气相法聚丙烯回收气压缩机开车关键点总结

时间：2024-07-28

黄聪，毛东辉，李进杰，吕钦文，姚圣兵

（中国石油广西石化公司生产四部，广西钦州 535008）

1 装置简介

聚丙烯装置放空气回收系统的主要作用是降低丙烯单耗，减少氮气消耗，避免丙烷在反应器过量累积。产品接收仓C-5013排放气经压缩、制冷、分馏3个阶段，最终分离为丙烯液体、丙烷液体、轻组分惰性气体（主要是氮气），丙烯返回反应器参与聚合反应，惰性气体用作物料输送气及产品接收仓净化气，丙烷送回上游装置作原料。图1为放空气回收系统流程示意图（轻组分惰性气体未画出）。

图1 放空气回收系统流程示意图

回收气压缩机是放空气回收系统的核心设备，气体压缩是系统实现单体回收的第一步，如果压缩机故障，放空气将要从火炬排放，导致极大的能源浪费及环境污染。系统的开车就是以压缩机的开车为核心，调整系统内外物料平衡的过程。因此，机组开车必然是系统开车的关键问题。本装置回收气压缩机是瑞士布克哈德产4D250B-3AA-1双作用迷宫式往复压缩机，活塞行程250mm，4缸3级压缩（第1级配置2个气缸），各个气缸各有一半气阀配置全顶开负荷调制装置，因此机组可实现50%、75%、100%等3种负荷状态下操作。

2 压缩机试车、正常开车的介质及运行模式的确定

2.1 原始设计

压缩机厂家与工艺包供应商的原始设计中，除了正常生产用的“Process mode”及压缩机调试用、维护用的“Maintenance mode”，还存在“Start Up mode”。“Start Up mode”即启动模式，用于系统热启动，即于环境温度启动，其控制逻辑及连锁值与正常生产有所区别，目的在于以氮气开车，在系统内逐渐注入液相丙烯，通过手动调节机组旁路阀控制机组压力、温度平衡，待压力、温度达到机组设计工况后切换至“Process mode”。同时，启动前系统冷剂及轻组分循环气都返回压缩机入口，待切换至“Process mode”后，再分别将流程改压缩机二级、三级。

2.2 原开车方案的不足

开工前，经与压缩机厂家与工艺包供应商协商，认为以氮气作启动介质及以“Start Up mode”进行热启动不具备充足的理论指导及实践经验，以该方法开车不可取，原因为：

①氮气作介质，压缩后机组级间温度超高，机组将连锁停车；

②机组共有3组共6个压力控制阀，每个阀门的开度变化会影响机组各段压力、温度，实现手动控制难度很大，也违背了自动化控制的要求；

③启动时其最初介质是氮气，然后逐渐注入液相丙烯。机组开车本身运行就不稳定，此时再加上介质不稳定带来的冲击，系统很难实现稳定运行。

2.3 压缩机试车、正常开车的介质及运行模式的确定

（1）任何情况下都不采用“Start Up mode”，只用“Process mode”开车，但可用“Start Up mode”的理念进行正式开车前的机组负荷试车。在反应器建立组分前回收系统分馏塔C-5260分离器C-5204（示意图中未画出）已引入丙烯的状态下，有必要进行回收压缩机的负荷试车，以确保机组运行状态良好。以“Process mode”操作，以氮气启动，冷剂返回压缩机入口，逐渐从分离器向系统内引入丙烯，操作过程中以机组自动控制为主，辅以手动调整，直至系统中出现丙烯液体冷凝。经实际操作，该工况下机组可运行1~2h，期间可完成机组状态检测及系统高压气密检漏等工作。需要注意：（a）由于系统内仍然是不稳定介质，操作时需要控制系统温度，防止系统过热或过冷；（b）在运行过程中，系统是逐渐冷凝的过程，因此会有大量未冷凝丙烯排放至火炬；(c)因此时反应器未建立组分，因此回收系统不能往反应器输送丙烯，所以当系统内出现一定量的冷凝丙烯后，需中断试车，防止过多丙烯进入分馏塔。

（2）经试车确认机组运行状态良好，在反应器建立组分期间，当反应器丙烯含量大于65%时，以“Process mode”启动压缩机。此时工艺介质符合设计工况，介质稳定，反应器系统及放空气回收系统逐渐建立循环，回收气压缩机可保持稳定运行，等待反应器投催化剂开工。

3 压缩机开车流程的确定

压缩机开车流程的确定是指回收系统自制冷换热器E-5231的冷剂及分馏塔C-5260塔顶轻组分循环气流程的确定，其他流程与正常生产一致。

压缩机有3种启动状态：

①上述以负荷试车为目的开车，分馏塔和分离器引入液相丙烯，但反应器未引入丙烯；

②原始开车或大修后回收系统内只有分馏塔C-5260和分离器C-5204引入液相丙烯，其他设备内没有丙烯的状态下开车，此时反应器正在建立组分；

③短时间停工后回收系统内各设备内储存有丙烯，此时反应器正常生产或正在建立组分。

对于第①、②种状态，因系统启动及平稳运行经历较长时间，为避免此时冷剂及塔顶循环气对压缩机级间压力、温度的影响，应将冷剂及塔顶循环气返回压缩机入口，待第②种状态中机组运行至正常工况后，可将冷剂及塔顶循环气分别切换至原设计流程，即压缩机二级和三级入口；对于第③种状态，系统介质与正常生产一致，压缩机启动后不稳定运行时间短，启动前可直接将冷剂及塔顶循环气分别切换至压缩机二级和三级入口。

4 压缩机压力控制逻辑的优化

4.1 压力控制平稳是机组平稳运行的关键

机组控制系统复杂，在开车前需要进行充分的逻辑测试，确保实际逻辑与设计相符；而开车后更需要严格监控机组控制逻辑运行状态，经实践检验后进行优化。在机组所有的控制逻辑中，压力控制尤为关键。

机组入口压力、级间压力及出口压力分别配置2个控制器，每个控制器控制1个压力控制阀。6个控制阀的开度直接影响着机组各段压力，同时因为维持压力的气路来源有冷流和热流，所以控制阀的开度影响着机组各段温度。因此，3组共6个控制器合理运行是实现机组平稳运行的关键因素。此外，在压缩机前缓冲罐设计有压力控制器实现机组负荷调节（详见第5部分）。图2为压力控制系统示意图。

图2 压力控制系统示意图

4.2 原控制逻辑的不足

开车后实践检验，原始设计存在不足。以入口压力控制为例，压力探头PT2A，2个控制器分别为 PIC2A、PIC2B，对应控制阀为 PV2A、PV2B，其中PV2A气源是压缩机前缓冲罐，PV2B气源是压缩机出口返回热流。原始设计逻辑如下：PIC2A设定0.027MPa，PIC2B设定0.021MPa，且PIC2A输出100%时才允许PIC2B动作，即PV2A全开后才允许PV2B开。该设计意图是：如果入口压力偏低，则逐渐全开正常气源阀门，如果压力继续偏低，再逐渐开大机组出口返回阀门补充压力；同理，如果入口压力偏高，则先逐渐全关机组出口返回阀门PV2B，截断出口返回补充压力后再逐渐关小正常气源阀门。在仪表逻辑中利用控制器设定值的不同以及手自动切换实现以上所述的“先后”，例如实际压力偏低小于设定值0.027MPa时，如PIC2A输出小于100%，则PIC2A在自动位置，PIC2B在手动全关位置；如PIC2A输出增大至100%，则PIC2A切换至手动位置，输出固定在100%，PIC2B切换至自动调节，压力继续偏低小于设定值0.021MPa，则PIC2B输出持续增大。在实际运行中，发现该逻辑存在以下2个弊端：①如果压力变化较大，因为逻辑制约2个控制器不能同时自动控制，而要实现“完全先后”，压力的调节过慢，导致机组连锁停车；②仪表逻辑实现“先后”控制存在“自锁盲区”。当因压力持续偏低PIC2A输出增大至100%切换至手动时，PIC2B切换至自动，如果此时实际压力未低至PIC2B设定值，则PIC2B输出未发生变化；如果此时实际压力增大，高于PIC2A设定值，则会因PIC2B未曾发出“变化至0%”的瞬时信号，PIC2A没有接收到切换至自动控制的信号源，其输出一直保持100%位置，如此便失去了逻辑控制作用，无法完成压力的自动调节。

4.3 压力控制逻辑的优化及效果

基于以上现象，可认为即便从逻辑上消灭“自锁盲区”，仍然存在第①点弊端。为消除以上弊端，根据压力调节的要求，将仪表逻辑简单化，解除“完全先后”，保留“部分先后”，即2个控制器之间不相互牵制，完全根据各自设定值实现调节，只通过设定值的大小不同实现“部分先后”。进行以上逻辑优化后，机组压力控制平稳。

5 压缩机负荷调节方式的调整

机组可在50%、75%、100%这3种负荷状态下运行。道化学设计中，压缩机前缓冲罐压力实现负荷的自动调节。缓冲罐压力探头PT-5236-4，控制器PIC-5236-4，控制着压缩机出口压力回流调节阀PV3B（PV3B为高选控制阀，同时受出口压力控制器PIC3B控制）。当PT-5236-4偏高，PIC-5236-4给PV3B的输出小于2%保持2min，则发出升负荷信号；反之，当PT-5236-4偏低，PIC-5236-4给PV3B的输出大于30%保持2min，则发出降负荷信号，即以PIC-5236-4的输出来发出升降负荷信号，其中PT-5236-4采用的是前6min平均值，DCS厂商能做到的最短计算周期为1min。

设计理念正确，但在实际运行中发现以下不足：当缓冲罐压力低，PIC-5236-4控制PV3B的持续开大，但输出未到达30%压力便稳定住，PV3B是压缩机出口压力调节阀，长时间保持回流开度不仅降低了压缩机效率，增加了能耗，而且由于回流太多，造成后系统的不稳定。实践中曾尝试减小降负荷信号设定值，未能找到最佳设定点，分析认为可能是计算周期过长的原因。根据以上不足，在未找到缩短计算周期的方法之前，将负荷调节方式改回手动，内操根据缓冲罐压力变化情况手动升降负荷。经开工至今的实际检验，手动调节压缩机负荷运行平稳。