富气压缩机用能分析与对策

褚昌辉

（中国石化扬子石油化工有限公司，江苏南京 210048）

中国石化扬子石油化工有限公司200万t/a 催化裂化装置富气压缩机组主要由离心式压缩机及背压式蒸汽轮机组成。其流程为，从分馏塔顶油气分离器来的富气经气压机入口油气分离器、入口风动闸阀进入压缩机一段，一段出来的富气经中间冷却器、中间气液分离器后再进入压缩机二段，二段出来的压缩富气与富气洗涤水汇合后，进入吸收稳定系统。富气压缩机由汽轮机提供动力驱动，来自锅炉系统的中压蒸汽进入汽轮机；出来的背压蒸汽排入1.4 MPa 蒸汽管网。进出口蒸汽皆可向系统供应蒸汽或由系统管网提供蒸汽。该催化裂化装置自2022年3月全面停工检修，到5月份开车后，发现富气压缩机用蒸汽量与停工前正常工况相比增加较大，特别进入7月份以来，汽轮机蒸汽用量进一步增加。7月份汽轮机蒸汽用量与停工前正常工况相比，蒸汽用量平均由63.7 t/h 增加至70 t/h，同比增加约9.89%。本文针对7月份富气压缩机能耗增加现象进行分析，并提出相应解决措施[1]。

1 富气压缩机用能分析

富气压缩机系统的能耗主要由富气压缩机的动力消耗与富气冷凝冷却部分构成[2]。其正常工况下工艺参数与现阶段工艺参数对比如表1所示。

表1 生产工艺参数对比

汽轮机进出口蒸汽工艺参数对比，如表2所示。

表2 汽轮机工艺参数对比

气压机压缩动力消耗f为：

f为气压机压缩动力消耗，kW/t富气；ΔH为进出口蒸汽焓值差，kJ/kg；FLS为汽轮机蒸汽质量流量，kg/s；FRG为富气质量流量，t。

计算得正常工况下气压机压缩动力消耗为51.32 kW/t富气，现今工况下气压机压缩动力消耗为54.15 kW/t富气，蒸汽消耗增加5.51%。

中压背压蒸汽轮机驱动，气体压缩机动力能耗Ee2：

Ee2为气体压缩机动力能耗，MJ/t原料；YA为干气与液化气产率之和；W为汽油组分分布于富气中的质量分数；YB为汽油产率；YG为富气中含烟气量。

中压背压蒸汽轮机驱动，压缩富气冷凝冷却部分能耗Ee4：

Ee4为压缩富气冷凝冷却部分能耗，MJ/t原料；E为富气压缩机系统能耗，MJ/t原料。

计算得正常工况下气体压缩机动力能耗Ee2为211.01 MJ/t原料，压缩富气冷凝冷却部分能耗Ee4为75.00 MJ/t原料，富气压缩机系统能耗为286.02 MJ/t原料；现今工况下气体压缩机动力能耗Ee2为219.15 MJ/t原料，压缩富气冷凝冷却部分能耗Ee4为74.19 MJ/t原料，富气压缩机系统能耗为293.33 MJ/t原料；现今工况下富气压缩机系统能耗相比正常工况下富气压缩机系统能耗增加2.56%。可以看出，富气压缩机组工况的改变增加了蒸汽能耗，总体上能源的消耗也大幅增加，减少了经济效益。

2 能耗增加原因分析

调阅生产趋势图发现，正常工况时富气压缩机一段入口流量平均为41 720 m3（标）/h，现工况条件下，富气压缩机一段入口流量升高至为44 214 m3（标）/h，相比增加了5.97%；同时气压机透平入口中压蒸汽流量增加至70.0 t/h。因此判断富气压缩机入口富气量的明显上升是导致富气压缩机汽轮机蒸汽用量上升的主要原因。下面对引起富气压缩机入口流量上升和汽轮机蒸汽用量上升的原因进行进一步分析。

2.1 原料性质变化

在相同的反应条件下，原料性质对产品分布有着决定性的影响，而产品分布又进一步影响富气压缩机负荷和能耗。两种工况下的原料性质如表3所示。

表3 原料性质对比

根据表3 分析可知，现今工况下原料油的密度和各馏出点温度相比正常工况下有了很大程度的降低，而500℃馏出量和538℃馏出量都增加了约10%。在相同反应条件下，原料油密度的减少以及500℃和538℃馏出量的增加，对于原料油的气化性能和可裂化能力都有很好的提升。对于原料油的四组分分析可以看出，饱和烃含量增加了约11.67%，而饱和烃作为催化裂化反应液化气和汽油的主要提供者，含量的增加有利于提高轻烃和汽油的产率[3]。芳烃、胶质和沥青质多为贫氢化合物分子，催化裂化反应受碳氢平衡的限制，胶质和沥青质含量的增加，势必会导致转化率降低，液化气与汽油产率降低，油浆产率快速增加，油浆中芳烃含量也相应增加[4]。对比分析发现，现阶段原料油中的芳烃、胶质和沥青质含量都有不同程度的降低，从而增加了转化率，增加了富气压缩机的负荷，使得气压机动力消耗相应增加。

2.2 不凝气量

本装置增加了从催化稳定塔回流罐顶不凝气和汽油吸附脱硫装置稳定塔顶气至气压机中间凝液罐的入口管线，两条管线依靠阀门开度粗略判断至气压机中间罐不凝气的流量。汽油吸附脱硫装置稳定塔顶气现阶段正改入气压机中间凝液罐的入口。在稳定塔顶回流罐采取压力自动控制的条件下，现阶段催化稳定塔回流罐顶不凝气至气压机中间凝液罐阀门开度由5.0%增加至15.76%。因此富气压缩机的处理负荷的上升增加了能耗。

2.3 气压机进出口温度和压力

选取一个月中平均气压机进出口温度、压力和中间段温度、压力，如表4所示。

表4 富气机各段工艺参数对比

根据表4中各进出口温度对比发现，现今工况下各点温度明显高于正常工况下的温度，从而导致了气压机效率的降低。现今工况下富气机的一段进出口压力和二段进口压力则低于正常工况下的压力，而二段出口压力则高于正常工况下的压力，这是由于为了保证反应器压力稳定，增加了气压机转速，从而使得一段入口压力降低而二段出口压力升高，这也导致现阶段的压缩比升高。各段温度和压缩比增加都在一定程度上增加了气压机的能耗。富气压缩机各段进出口都有以循环水为冷却介质的冷却器，对比发现，现阶段循环水平均上水温度32.91℃，相比正常工况下上水温度27.53℃增加约19.5%，这也是导致富气压缩机各段温度上涨的根本原因，从而极大地影响了冷却器的取热效果。

2.4 蒸汽性质

中压蒸汽作为气压机的动力源，其性质的变化会直接影响气压机的工艺参数。从表2汽轮机各工艺参数对比可以发现，现阶段工况下蒸汽的进出口焓值相比正常工况下均有一定程度的降低，这主要是受气压机进出口中低压蒸汽管网性质变化的影响。汽轮机进口中压蒸汽温度和压力的降低则需要增加蒸汽消耗量来增加其能量，而出口压力的增加也增加了汽轮机的动力消耗。

3 结束语

气压机各段入口富气量的增加是气压机能耗增加的主要原因，这主要受到原料性质变轻和中间段不凝气量增加的影响。循环水温度的增加，导致了气压机做功效率的降低，而中低压管网蒸汽性质的变化则直接导致汽轮机动力消耗的增加。

为进行装置的节能降耗和降低气压机的用能消耗，在蒸汽性质发生大幅波动时应及时对管网做出相应调整；对循环水温度进行及时调节稳定上水温度，评估循环水塔在高温条件下的冷却能力，对循环水装置进行改造，以变频调节代替现有调节方式。