二元制冷系统的开车经验及优化操作.doc

二元制冷系统的开车经验及优化操作92中外能源sin0一gl0balenergy2011年第l6卷摘要关键词二元制冷系统的开车经验及优化操作林鹏(中沙(天津)石化有限公司,天津300270)中沙(天津)石化乙烯装置二元制冷系统(gb651系统)是一个封闭的段制冷系统,没计提供低温制冷范围为一40cl35c.二元制冷系统前期由于操作画面指示流量不准,机组循环量较大,功耗偏高,运行功率为10000kw左右,循环量为150180t/h,透平进气量为115t/h,均较没计值偏大很多.在2010年10月及2011年3月.进行了两次优化调整,对优化调整前后压缩机功率及其他参数进行对比,调整后循环量基本与设计值相吻合,机组功率大大降低,由开车初期的10000kw逐渐降至7800kw,折算全年产生直接经济效益达1100万元;二元制冷系统各点温度,压力,流量在装置满负荷时基本与设计值一致,满足乙烯装置的高负荷稳定运行.二元制冷系统此前的一次联锁停车时惰走时间很短,机组发生反转现象.提出应对二元制冷压缩机联锁停车后反转的对策及改造措施;对二元制冷系统干气密封泄漏量频繁波动现象进行分析.目前,二元制冷系统反转问题及干气密封泄漏量波动问题还未得到彻底解决,需要在装置大修期间进行完善,并进一步跟踪观察.二元制冷机组功率连锁停车反转干气密封1二元制冷系统简介中沙(天津)石化乙烯装置二元制冷系统(gb651系统)是一个封闭的三段制冷系统,设计提供低温制冷范围为一40一135.二元制冷剂由甲烷和乙烯组成,另外还含有少量的氢气.设计甲烷含量为42.3%(物质的量分数),乙烯含量为57%f物质的量分数),氢气含量为0.7%(物质的量分数).二元制冷混合物由离心压缩机压缩至4.351mpa(表).压缩机排出物用冷却水和丙烯冷剂脱过热后.用冷箱尾气,工艺液体,一40丙烯冷剂以及二元冷剂自身冷凝下来.二元制冷系统将裂解气分别冷却到一72,一95和一134f包括向分凝分馏塔冷凝器提供冷量),还冷凝脱甲烷塔顶物流,同时为自身的冷凝提供冷量.二元制冷剂可以分成三个温度等级,有效满足用户需求2二元制冷系统流程描述压缩机出口的气相冷剂,先在1号二元冷剂冷却器(ea651)中与冷却水换热,再在2号二元冷剂冷却器(ea653x)中与13qc和一4丙烯冷剂换热,以及在3号二元冷剂冷却器(ea654x)中与一27丙烯冷剂换热.然后,进入8号尾气换热器(ea3l8x),被一40c丙烯冷剂部分冷凝,最后在7号尾气换热器(ea317x)里通过自身换热而全部冷凝.冷凝后的液相冷剂收集在二元冷剂收集罐(fa654).部分液相冷剂在5号尾气换热器(ea315x),4号尾气换热器(ea314x)以及3号尾气换热器(ea3l3x1中过冷到一134oc,进入二元冷剂返回罐ffa655x).二元冷剂返回罐ffa655x)来的过冷液相减压到一段入口压力后,分别向脱甲烷塔顶冷凝器(ea308x),分凝分馏塔冷凝器(ea305),ea313x,ea314x中的裂解气提供冷量.然后在4号尾气换热器fea314x)中过热到一96,送往一段吸入罐(fa651).从用户返回至各吸人罐的气相冷剂,过热到露点温度之上,以防止液体积存.从5号尾气换热器fea315x)来的部分过冷后的液相冷剂,减压到二段人口压力,向裂解气提供深冷冷量,然后在7号尾气换热器(ea317x)中过热至一40,进入二段吸入罐(fa652).二元冷剂收集罐(fa654)来的部分液相冷剂减压到三段入口压力,作者简介:林鹏,助理工程师,2006年毕业于大连理工大学化学工程与工艺专业,目前担任中沙(天津)石化有限公司乙烯装置压缩单元技术员,在乙烯装置开工阶段主要负责二元制冷系统的前期准备工作及开工完善工作.email:peng.1insstpc.corn第10期林鹏.二元制冷系统的开车经验及优化操作?93?在7号尾气换热器(ea317x)中为二元冷剂自身冷凝提供冷量.然后在8号尾气换热器(ea318x)中过热至一28c,进入三段吸入罐(fa653).二元冷制系统流程简图如图1所示.图1二元制冷系统流程简图ea6511号二元冷剂冷却器;ea653x-2号二元冷剂冷却器;ea654x-3号二元冷剂冷却器;fa654-z.元冷剂收集罐;ea315x-5号尾气换热器;ea314x一4号尾气换热器;ea313x一3号尾气换热器;fa655x-元冷剂返回罐;ea308x-脱甲烷塔顶冷凝器;ea3o5一分凝分馏塔冷凝器;fa651一一段吸人罐;ea317x-7号尾气换热器;fa652一二段吸入罐;ea318x-8号尾气换热器;fa653-.段吸人罐3二元制冷系统开车过程中的问题3.1透平振动大导致联锁停车2009年l1月28et凌晨.二元制冷压缩机驱动透平单机试车:5时13分,机组转速升至最小控制转速5223r/min,准备在最小控制转速运转4h后考核机组性能;7时50分.透平排气端振动值突然上涨,导致机组联锁停车.事后经分析发现,由于透平单机试车.蒸汽做功不完全,导致排气温度上升很快.最高上升至253并持续高温,最终导致透平末级叶轮,排气缸及轴承座受热膨胀,使联锁停车.在此后开车低速暖机时.透平排气温度也会快速上升,由于gb651低速暖机时间设置为2000r/min以下暖机50min,在1000r/min暖机时较2000r/rain时温度上升快,故为保证排气温度不高,尽量在lo00r/min停留较少时间,在2000r/min停留较长时间,监控整个升速过程排气温度不高于235.采用此方法,可以缓解排气温度上升过快而导致的机组低速暖机时间不足的问题.但有时排气温度仍然会上升至235,此时暖机时间距低速暖机的50min相差不多,一般采取的措施是直接跳过暖机步骤,透平升速至最小控制转速,此时排气温度下降.3.2开车时干气密封问题2010年1月3日19时.gb651系统开车.系统内乙烯充压至0.9mpa.干气密封低压缸一级气进汽压差pdi62440a出现低报警,不能满足开车条件.此次开车发现.干气密封低压缸一级气进气压差pdi62440a与缸体压力高低有关.当缸体压力升至0.75mpa以上时,即使进气阀全开.pdi62440a压力也会降到0.085mpa以下并低报,当系统压力降至0.7mpa左右时.pdi62440a可以达到0.09mpa的正常压力值,满足开车条件.此后,gb651开车时系统充压至0.7mpa.3.3fa653液位高联锁停车2010年1月3el,gb651系统开车,转速到达5223r/rain后出口温度上升较快,开大出口压力控制阀pv60004后,fa653高液位联锁停车.分析原因认为,由于gb651首次存乙烯开车,经验不足,在出口温度上升较快时,为防止出口温度过高,将pv60004阀开得过大,导致大量液态乙烯来不及汽化直接进入fa653,fa653液位上涨很快,最终导致高液位联锁停车.由于机组转速从2000r/min直接通过临界转速到达5223r/min时间较短,压缩机出1=i温度上升很快,至此以后,gb651?94?中外能源sin0一globalenergy2011年第16卷开车在2000r/rain低速暖机准备升速前.将最小流量阀打全手动,提前关小最小流量阀门,同时适当开大激冷fii寸门,给机组提前降温,避免转速达到5223r/rain后出口温度过高的情况.同时.当转速到达5223r/min后再慢慢开大pv60004阀.并注意监控fa653液位,防止其高液位联锁.4二元制冷系统的优化调整gb651前期运行功率为10000kw左右,循环量为l50180t/h,透平进气量为ll5t/h,均较设计值偏大很多.2010年10月24日,gb651进行优化调整,根据康吉森公司提供的信息,当时gb651各吸入排出流量值未进行开方运算,ccs上指示值较实际值偏低.计算公式如下:实际流量:,/器最大量程(1)也就是说,如果ccs指示出口流量为15lt/h,则实际流量为182t/h,这样便增大了压缩机功率.所以,需要通过设计值进行反向计算,得出目前应该控制的流量.根据设计值计算的各段流量见表1.表l各段设计流量与相应显示流量对比t/h设计流量30一段吸人显示流量18设计流量77一段吸入显示流量49设计流量43一段吸人显示流量30.8设计流量151i段排出显示流量103由表1可以看出.需要将各段流量调整至以上显示流量,实际流量才能基本与设计流量相符.2010年10月24日,开始对gb651进行优化调整,首先降低二段,段用户冷剂量.同时将转速由7400r/min降至7250r/min.然后根据冷箱及脱甲烷塔各点温度,适当降低一段用户冷剂用量.补入甲烷,增加甲烷在二元冷剂中的比例.调整后数据与之前的数据对比见表2由表2可见,优化调整后,压缩机功率及蒸汽用量均有大幅降低,装置能耗降低.调整后防喘点接近防喘线,受防喘流量计算不准的限制,不能继续调整fa651汽化线仍然有50%的开度,透平高压蒸汽用量较设计值偏高.2011年3月6日gb651停车后对其防喘振计算进行校正,调整后流量恢复正常值.此时防喘点离防喘线有了一定距离,给优化调整创造了一定裕量.此后,对gb65l再次进行优化调整.适当关小tic30016,提升ea314x温度,从一72qc提升至一70c【=左右,增大fa655x的二元冷剂在ea314x中的汽化量,降低fa651汽化线的开度,最后汽化线开度由50%关至20%,gb651功率进一步降低.此后尝试将汽化线全关,将冷剂投入用户,但效果不好.故目前fa651汽化线保持较小开度.通过2010年9月至2011年4月的gb65l功率及ff201出口裂解气量f装置负荷1的平均值分析,装置负荷呈逐渐上升趋势,而二元制冷系统(gb651)的功率呈下降趋势,由l0000kw逐渐降至7800kw,折算产生直接经济效益达1100万元/a.优化效果显着(见表31.表2第一次优化调整前后数据对比ccs显实际没计值100%设计值100oh项目状态示流量对应量负荷ft况11负荷ft况2,一段吸人调整前32483035流量/(t?h)调整后2434.6二段吸人调整前5883.47764流量/(t?h1调整后4271段吸人调整前435o.84338流量/(t?h1调整后3143i段排出调整前160187.6l51l36流量/(t?h)调整后11o155.6调整前980o71747296功率/kw调整后8500透平高压蒸汽调整前11881.582.5用量/(t?h1调整后100表3gb651功率及装置负荷各月平均值时间gb651功率,kwff201出口裂解气量/(t?h12010-0982332522010-1097392932010-1185882952010-l28455290201l一0189163o12011-0281872892o11-0377213192011-047740325目前,gb651系统运行平稳,机组各点振动,位移,温度均满足设计要求.满负荷时功率与设计功率基本一致.高负荷时各级别冷剂能满足工艺要求,甲烷,乙烯冷剂配比与设计值基本相符.第10期林鹏.二元制冷系统的开车经验及优化操作?95?5二元制冷系统存在问题及对策5.1gb651反转问题2011年3月6日,gb501联锁停车后,gb651紧急停车,惰走时间仅为5s,然后2s反转,转速达到512r/min.后6s转速为零.gb651前期曾发生过一次联锁停车,当时出口压力为3mpa左右,通过此次事故可见,gb651系统正常运转时(出口压力达到4.2mpa以上)联锁停车,会导致反转.针对以上情况,采取如下措施:借鉴gb501防反转经验,在gb651出口及fa653罐顶放火炬调节阀处增加联锁后全开.委托中国石化工程公司(sei)设计,在三段吸人管线至一段吸人管线增加防喘振线,防喘振线上安装防喘阀,压缩机联锁停机时防喘阀快速开启,迅速平衡段间压力,以降低压缩机反转的可能性,保证设备不受损害.5.2gb651干气密封低压缸低压侧火炬泄漏量波动干气密封火炬泄漏量是判断干气密封系统是否完好的标志.加10年4月3日.gb651干气密封低压缸低压侧fi62447放火炬流量开始波动,此前运行时该值稳定在3m3/h(标准),波动后流量值时高时低,且没有规律性.此后的几个月最高波动到12.5m,/h(标准,其联锁值由10.38m/h(标准)改为14.9m,/h(标准).经过长时间的观察摸索,发现其波动与环境温度有一定的联系.现场加装保冷后效果较好,波动幅度明显降低.2010年冬季,其流量一直保持在2.73.0m/h(标准)且很稳定,2011年5月以后气温升高.流量又开始波动,这也验证了其泄漏量一定程度上受环境温度影响.根据以上情况进行分析,gb651干气密封使用的是约翰克兰公司的串联式干气密封,其端面材料为石墨+碳化硅,准素环采用石墨材质,接合环采用碳化硅材质.表4给出了不同材质的物理特性.与其他材料相比,碳化硅在满足温度和压力的要求方面均显示出特殊优势,又因密封间隙的几何形状受端面材料的压力和温度分布的影响.从表4材料的物理特性分析,碳化硅做端面材料的优势最大.碳化硅的弹性模量(420gpa)较高.在压力和温度影响下,密封面和辅助件的变形最小.因此,在不同操作条件下,确保了密封间隙的稳定.碳化硅优良的热传导性导热系数为100125w/(m?k)保证必要的热量消散,因此密封端面的温度分布也是均匀的.而石墨的弹性模量和导热系数相对很低,密封间隙受温度及压力影响较大,且gb651低压缸低压侧介质温度为一100oc,工作温度很低.故根据目前运行情况推断.环境温度较高时,对石墨侧的影响大.石墨有极微小的形变.进而引起干气密封泄漏量的波动.由于二级进气量稳定,所以问题很有可能出在一级石墨端面上.表4各种材质物理特性项目石墨wcsicsi3n4密度/(kg?dm12-2.56弹性模量,gpa20-40600420350导热系数/w?(m?k)】712801o012530热膨胀系数454.842.1装置准备在大修时更换gb651低压缸低压侧干气密封,更换新密封后继续观察,如能长周期保持正常泄漏量,则说明当前密封已有一定程度上磨损:如运转一定时间仍出现此种情况,则要考虑石墨材质在此种条件下(一100%)的应用是否合适,需要设备制造厂家进行评估.6结论二元制冷系统在中沙f天津)石化乙烯装置实际生产中的操作参数与设计参数基本吻合,可以满足高负荷时装置的平稳运行.二元制冷系统在开车过程中应注意对排汽温度的监控.防止透平排汽温度高引起机组振动值增大:在通过临界转速前应提前给各吸入罐降温,防止达到最小控制转速后机组排出温度超高.将操作值向设计值靠近,合理分配各级别冷剂用量,有利于降低系统功耗.目前,二元制冷系统反转问题及干气密封泄漏量波动问题还未得到彻底解决.需要在装置大修期间进行完善,并且进一步跟踪观察.参考文献:【1】李桂芹,王玉华.压缩机干气密封基本原理及使用分析j】_风机技术,2000,52(1):1923.(编辑常雪红)?96?中外能源sinogl0balenergy2011年第16卷startupskillsandoptimizationoperationsforbinaryrefrigerationsystemslinpeng(sinopec/sabictianjinpetrochemicalco.,ltd.,tianjin300270)abstractthebinaryrefrigerationsystem(gb651)ofsstpcsethyleneunitisaclosedthreestagerefrigerationsystemdesignedtoproviderefrigerationfrom一40一135.duetoinaccurateflowdisplaysbythecontrolsystem,thescaleofcirculationofthebinaryrefrigerationsystemwasverylarge,resultinginahighpowerconsumptiontheoperatingpowerwasabout10,000kw,thecirculationscalewas150180t/handthevolumeofairinflowoftheturbinewas115t/h,allsignificantlyhigherthanthedesignvalues.twooptimizationadjustmentswerecarriedoutduringoctober2010tomarch2011.comparingtheparameters(includingconpressorpower)postandpriortotheoptimization,thecirculationscalebasicallymetthedesignvalueandtheunitspowerdroppedsignificantlyfrom10,000kwsincethestartupoftheunitgraduallyto7,800kw,equivalenttogenerating11millionyuaninrevenue.thetemperature,pressureandflowratevaluesatallpointsofthebinaryrefrigerationsystemwhentheunitworksatfullcapacityhavemetdesignvalues,enablingtheethyleneunittooperatestablyatfullcapacity.thebinaryrefrigerationsystemhadaveryshortidlingtimewhenithadaninterlockingparkinglasttimeandareversaltookplacetotheunit.thearticleproposescountermeasuresandoptimizationmeasurestowardsthereversalofthebinaryrefrigerationcompressorafterinterlockingparkingandanalyzesthefrequentfluctuationofleakageratesofthedrygassealingunitofthebinaryrefrigerationsystem.th