聚丙烯装置单耗偏高分析及对策

中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）第一章前言1.1问题的提出延安炼油厂聚丙烯装置，采用国产化第二代双环管液相本体工艺技术设计，以炼油厂气分装置生产的丙烯气为原料，设计生产能力为年产10万吨均聚物产品，于2005年5月31日一次投料成功，使炼油厂由单一燃料型加工企业向燃料化工型企业转变迈出了关键的一步。经过几年的运行，通过不断摸索，不断优化操作，多次技术改造，解决了许多生产运行瓶颈，运行状况得到较大改善，但装置丙烯单耗的生产统计数据始终与国内同行业平均水平存在较大差距，前几年，由于石化行业优势明显，厂里效益较好，未对此事加以重视，到2007年末，因全球金融危机影响，导致行业景气度下降，炼油厂经济效益滑坡，对节能降耗工作高度重视起来。[1]为了能切实降低丙烯单耗，更好提高企业经济效益，2014年初，厂里以聚丙烯装置“降低丙烯单耗”为课题，组织有关方面成立了技术攻关小组，力争在短期内将丙烯单耗降低至1.050tPR/tPP以下。为了达到预期目标，攻关小组多次召开专题会议，从多方面入手，研究对策。在结合装置两年多来生产实际的基础上，对丙烯单耗偏高的原因进行了系统分析，并提出了具体的工作计划和改进措施，有效地降低了丙烯单耗，提高了炼油厂的经济效益。[2]1.2延炼聚丙烯装置简况1.2.1聚丙烯装置主要工艺流程催化装置液化气经精制装置脱除H2S、COS、H2O等杂质后进入气分装置，经精馏塔多次部分汽化冷凝，得到纯度99.5％以上聚合级精丙烯在催化剂引发下，经预聚合后在双环管反应器中将丙烯、氢气和催化剂、助催化剂在一定条件下进行聚合反应，反应混合物经闪蒸、分离、汽蒸、干燥后成聚丙烯粉料，用氮气输送至造粒部分，挤压造粒、成型、均化、包装、码垛，送入成品库。具体原则流程示意图如下：图1-1聚丙烯装置工艺流程我们对延安炼油厂聚丙烯装置2013年丙烯单耗情况进行了统计分析，具体情况如下表：表1-12013年度聚丙烯装置物耗情况统计从表1-1统计数据可以看出，年平均物耗高达1.072tPR/tPP，2013年丙烯损耗量为：98029*1.072-98029＝7058吨，这样高的丙烯单耗，不仅浪费了丙烯资源，增加了装置生产成本，还污染了环境。[3]第二章原因分析及对策2.1丙烯单耗偏高原因分析攻关小组通过对造成丙烯单耗偏高的原因进行系统分析，初步认为装置满负荷生产状态下非计划停工、装置新技术改造投用滞后、开（停）工期间切排放时间较长、主要运转设备（PK301、PK501、挤压造造机等）故障、废料量较多以及丙烯单耗计算统计方法存在差异是造成丙烯单耗偏高的主要原因，具体消耗情况如下表所示。表2-12013年聚丙烯装置物耗及构成注：PK301故障损失是按照停机1小时排放2吨计算；非计划停工造成HV311切排放损失是由全年总消耗减去其它几项消耗计算出来；外送OG气是根据质量流量计计量而来，其它几项是由实际废料产出统计得来。从表2-1统计数据可以看出，非计划停工造成HV311切排、PK301故障、T501和T502捞料、排放罐粉料、挤压机头料、包装地脚料及外送OG气无回收是影响2013年聚丙烯装置物耗的主要因素，根据炼油厂生产的实际情况，我们制定了2014年度聚丙烯装置全年丙烯原料平均物耗目标：1.050tPR/tPP以下[4]。2.2降低丙烯单耗采取的具体措施狠抓装置平稳生产，确保装置长周期运行。装置的物耗受各种因素的影响，而非计划停车则是一个比较普遍存在的问题，从表2可以看出，2013年非计划停车造成丙烯消耗3182吨，占全年总物耗的45％，为此，攻关期间，我们通过一系列措施的实施，收到了明显的效果，装置非计划停车由去年的13次减少到今年的8次，各种物耗也随之大大降低。在线混合器Z203是催化剂混合物输送过程中的关键部位，反应在这里开始并逐渐形成聚合物颗粒。因此，在操作上要特别注意，防止物料倒串，引起Z203堵塞。结合炼油厂聚丙烯装置实际情况，从以下几点加强了操作：[5]在原设计基础上进一步细化了D108A/B的切换方案，规范操作步骤，确保了切换过程中不出现差错:当D108A/B需要切换时，操作人员必须先关闭D201前主CAT手阀，减少因D108A/B切换失误而造成Z203堵塞的可能。在夏季，通过调整E201的操作，将丙烯出口温度由原来的10℃降至9.5℃，防止丙烯与Cat在Z203处反应堵塞。对Z211A/B线进行了更换，避免其内壁挂料造成系统压力波动，导致Z203堵塞现象发生。对P104A/B（硅烷计量泵）进行了改造，在其出口增加了蓄能器，保证了硅烷输送压力和流量稳定，避免了反应系统因硅烷量的波动引D201压力波动，造成Z203A/B堵塞现象发生。将FIC204量由设计的1200Kg/h提至1250Kg/h，防止催化剂缓慢累积导致堵塞。如果PI211压力有上升趋势，可打开高压油阀顶油，然后缓慢关闭，继续观察并及时进行处理。内操人员应密切注意观察PI142、FIC111、FIC121的压力、流量及阀位变化，发现问题及时与班长联系，派人到现场进行处理。经过这些措施制定和实施，收到了明显的效果，彻底消除了人的不安全因素，全年因Z203A/B堵塞造成聚合单元停工，导致HV311切排放4次，比上年度8次明显减少，未发生一例因人的因素造成Z203堵塞，甚至聚合单元停工事故发生，装置平稳运行周期明显变长。[6]加强外围系统协调，保障水、电、汽、风、氮气等资源的平稳供给，提高丙烯原料品质，确保装置不因外部因素的突然变化引起主要设备停运和装置停工。2013年因晃电造成装置紧急停工2次，造成大量丙烯外排火炬，丙烯消耗增大。另外，由于分子筛内丙烯无法回收，只好送入火炬管网，每再生一次，排放不少丙烯，针对实际情况，我们通过优化事故应急预案，加强对电器设备的维护和检查，更新部分主要控制元件，提高突然断电应急能力，以及加强原料罐区脱水，严格控制原料丙烯水含量，减少分子筛再生次数等措施，最大限度的保障了丙烯原料的节约和装置的运行效率。优化预聚反应条件，改善PP粒径分布，减少细粉含量。PP细粉给生产带来了很大的影响，细粉太多将引起工艺系统的堵塞和设备使用寿命降低，影响装置的长周期运转，增加了产品的消耗。2013年，因细粉堵塞设备造成装置非计划停工1次，针对装置生产实际情况，我们通过优化操作方案，反复摸索试验，对预聚部分相关工艺参数进行了适当调整，具体情况见表2-2调整前后对比表从运行情况看，系统细粉量明显减少，未发生细粉堵塞设备现象。采取有效措施，确保PK705平稳运行。影响装置非计划停工的另一个主要因素是制氢系统故障导致氢气的中断，引起装置操作波动甚至停工。PK705是氢气压缩机组，作用是将来自制氢站的氢气（1.4MPa）升压到5.1MPa以便有足够压力向反应器进料，2013年，因制氢系统运行不正常导致聚合单元停车3次，HV311多次切排放，造成物耗增大。为了保证制氢单元设备能长周期运行，通过加强设备管理，增加巡检频次，优化部分操作参数，将压缩机吸入低低压停车值由原来1.15Mpa调整至1.05Mpa，对纯化系统填料进行了更新，对制氢系统脱盐水成套设备改造，冷却系统介质由原来循环水改用为除盐水，以及对关键部分单向阀位置进行了调整等措施，使PK705运行周期大大延长，减少了装置非计划停工次数，为降低丙烯单耗起到了积极作用[7]。加强职工的技能培训，提高操作工的责任心，消除人的不安全因素造成非计划停工。聚丙烯装置联锁繁多，操作工的一个小小误操作，如PK101（未投自动）误操作将造成催化剂的中断，直接导致装置停工，而这种误操作从开工至今已发生了多起。针对操作人员流动较快、经验较少的实际情况，攻关小组制定了具体的业务培训计划，通过每周一题的岗位练兵、每月举行一次事故演习或技术大比武等学习形式，以及对近期事故原因、处理方法及防范措施进行专题分析讨论，使大家从中汲取经验教训，从而提高了业务能力，彻底杜绝了人为因素造成装置非计划停工。[8]2.2.2.采取多项措施，主要运转设备运行周期明显增长。确保PK301长周期平稳运行。PK301是聚丙烯装置丙烯气体回收的关键设备，运行工况稳定与否，对聚丙烯装置丙烯单耗起着决定性的作用，2013年，因PK301停运造成低压丙烯外排时间达129小时，按每小时损耗约2吨计算，全年消耗丙烯129*2＝258吨，对丙烯单耗影响较大，究其原因，从以下几方面进行了改进。减少TEAL加入量，调整AL/PR比值。今年检修期间，通过对带入PK301系统内的粉末组成进行了化验分析，发现主要成分为AL2O3，说明系统内TEAL过剩，并带入PK301，导致PK301的运行工况不佳，停机频繁。炼油厂聚丙烯装置自开工以来，AL/PR比值按设计定为0.15～0.25kg/T，TEAL加入量为3.14kg/h，但由于炼油厂丙烯原料含杂质量小，品质较好，导致系统内TEAL大量过剩，具体情况见下表。[9]表2-3粉末组成对比表从表中可以看出，丙烯原料纯度较高，各种杂质含量远低于设计值。经过认真分析和讨论，我们将TEAL加入量调整为2.0kg/h，铝烯比约为0.15kg/T。今年4月份，再次将TEAL加入量降至1.5kg/h，铝烯比调整为0.11～0.12kg/T。从运行情况来看，反应没有减弱，催化剂的活性仍保持原来的水平，PK301的运行效果较好。具体情况见下表：表2-4化验分析结果统计表从表中可以看出，在装置负荷一定时，TEAL加入量适当减少，催化剂单耗并无明显变化，说明没有影响反应活性。优化T302操作，减少因T302换油等因素对PK301运行造成影响，保障PK301平稳运行。T302的运行工况，对PK301的安全平稳运行至关重要，从今年大检修打开T302情况可以判断，T302运行状况不是很好，塔盘失效，顶部冷凝器E304被油膏状物严重堵塞，冷却效果大大降低。针对实际情况，攻关小组对T302一些相关操作参数进行了优化，严格控制该塔液位、压力、及洗涤循环量等重要工艺参数，增加了洗涤液更换频次，保证充分除去气体中夹带的细粉和其它杂质，防止细粉及高浓度三乙基铝夹带白油进入压缩机组。对雾沫分离器D304进行了清理，出口滤袋进行更换，有效防止了将烃油带入压缩机组。为了解决二级出口温度偏高的问题，对级间冷却器E306进行了更换。为了减少PK301系统带粉问题，在其入口增加了两个200目过滤器F303A/B（图2-1），使根据PV3511开度变化情况及时切换使用，防止压缩机二级出口温度超高引起PK301连锁停机，确保压缩机正常运行，减少了压缩机在非正常工况下长时间运行对机组的损害，从目前运行情况看，达到预期效果。[10]图2-1运行流程图经以上措施实施，PK301的运行工况明显变好，平稳运行周期增长，低压丙烯气得以全部回收，降低了丙烯损耗。具体情况见表表2-5PK301统计表加强挤压造粒机系统和包装环节技术管理，严格控制废料量。从生产出来的粉料到造粒、包装，也会有一部分损耗，其中主要体现在机头料、落地料较多。而反映在生产上，一是造粒机在开、停车过程中会产生一部分机头料，2013年，挤压造粒机停机15次，机头料产出较多，今年检修中，通过更换模板、改造供料系统工艺等措施，使造粒机运行工况大有改善；二是由于包装环节人为和设备因素所造成的一部分粒料损失。为此，我们通过提高缝合质量、规范叉车司机操作和改善托盘质量等措施，使包装落地料得到了有效控制。优化部分工艺参数，寻找最佳的操作点。经过对部分运行工艺参数以及产品质量指标等相关数据的分析和尝试，发现环境变化对装置操作有一定的影响，结合季节特点和生产实际情况，对部分相关工艺指标做了适当调整，具体情况见下表表2-6工艺调整统计表从调整后运行的情况来看，效果明显，在保证了产品质量和装置收率前提下，减少了堵塞事故发生，降低了丙烯损耗，提高了装置运行效率。通过设备技术改造，消除生产运行瓶颈，降低丙烯单耗。E301更换改造。聚丙烯装置自开工以来，存在T301系统压力偏高，E301液位偏低，操作难度大的问题，给装置平稳操作带来困难，为保证全年生产任务完成，不降低装置运行负荷，调节阀FV323一直向火炬管网卸压较大，造成丙烯消耗增大。经分析T301系统压力偏高的原因主要是：E301冷量不足，大量的气态丙烯无法有效冷凝而导致T301压力居高不下，不得不排放。针对实际情况，2014年7月聚丙烯装置抢修期间，更换了E301，增大其有效换热面积（由原来的340m2增至550m2），改善其换热效果。自2014年7月24日投用以来，使用效果良好，T301系统压力由原来的1.85MPa降至1.75MPa。有效解决了T301系统压力高、E301液位偏低、操作难度大从而影响装置物耗的问题。一闪工艺管线加注ATMER163的技术改造。炼油厂聚丙烯装置一闪线原始设计没有Atmer163注入线，从以前300#、500#单元发生堵塞事故分析，是系统内残留了TEAL，导致反应后移，产生粘料所致。并且依聚丙烯装置工艺要求，开工中环管密度达450kg/m3之前，以及停工中环管密度降至450kg/m3之后，HV311处于切排放状态，导致丙烯损耗增大。借鉴国内多套同类装置经验，为了克服目前装置易发生堵塞现状，减少开停工过程中丙烯排放火炬，2014年7月聚丙烯装置抢修期间，利用LV231的冲洗丙烯线完成该技措项目。即在目前使用的D110底部预留口引出一条管线至新加F110后，引入新加柱塞式计量泵P111，通过流量计计量后注入环管出料阀LV231后，目前该技措已成功投用，使用效果非常良好，不但避免了堵塞事故发生，提高了装置运行质量，而且装置开停工过程中达到零排放，节约了丙烯原料，降低了装置物耗。

第三章攻关效果分析3.12014年主要技术经济指标完成情况表3-12014年主要技术经济指标完成情况统计表从2014年的统计数据来看，已经完成了将装置丙烯单耗降至1.050t/tpp的攻关任务，丙烯平均单耗与相比下降了0.031，全年生产聚丙烯粒料107348吨，装置首次实现达产达标，其它主要技术经济指标同比均创新高，取得了显著成绩。图3-1丙烯单耗对比图表3.2、经济效益测算效益分析按全年累计生产10.7348万吨聚丙烯粒料（T30S）计算，原材料单价按2014年平均价格计算，经济效益测算见下表：表3-2效益预算统计表从上表可以看出，通过各项措施的实施，取得了令人满意的结果，各种主要物耗指标降低明显，若不计攻关成本，全年共节约生产费用3434.5（万元），经济效益相当可观。技术攻关相关费用分析攻关以来投入的费用主要由设备技改项目和人员业务培训两部分组成，具体情见下表：表3-3技术攻关费用统计表从上面的统计数据可以看出，攻关投入的费用远远小于节约的生产成本，而且是一次性投入长期受益，经济效益十分可观，经测算，2014年技术攻关共节约生产成本为：3434.5-135=3299.5（万元）

第四章结论自年初展开“降丙烯单耗”攻关以来，我们依靠科学管理和技术创新，切实提高了装置运行质量，成功的将丙烯单耗降低至1.050TPR/TPP以下，装置加工量首次实现达产达标，各项主要经济指标均创历史新高，攻关实现了预期目标。（1）系统分析认为装置满负荷状态下非计划停工、装置新技术改造投用滞后、开（停）工期间切排放时间较长、主要运转设备（PK301、PK501、挤压造造机等）故障、废料量较多以及丙烯单耗计算统计方法存在差异是造成丙烯单耗偏高的主要原因。(2)提出了降低丙烯单耗采取的具体措施，如狠抓装置平稳生产，确保装置长周期运行；加强外围系统协调，保障水、电、汽、风、氮气等资源的平稳供给，