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1、低碳烯烧类装置 典型的压缩机组 的控制应用 键入文档副标题键入作者姓名目录专利商工艺概述 2裂解气（合成气）压缩机组 2裂解气（合成气）压缩机的主要控制回路 3丙烯制冷压缩机组 5丙烯压缩机的主要控制回路 6辅机控制及联锁保护 6辅助机控制和联锁保护 11机组能效在线监测和防喘阀的选择 13机组状态监测 14机组节能优化改造案例 15低碳烯烧类的生产装置主要是指各类裂解方式包括蒸汽热裂解、催化热裂解、甲醇制 烯煌和烷烧脱氢装置用于生产乙烯、丙烯和丁二烯。采用丙烷脱氢制丙烯工艺流程，制丙烯有较大的成本优势。这几类低碳烯煌装置使用相同类型的压缩机组，有着相似的工艺气体压缩流程和加压深冷分离流程。这
2、三大产品是有机化工的基础产品，是衡量一个国家工业化水准的标志之一。专利商工艺概述以石油化工为基础，采用烧类蒸汽热裂解生产乙烯的专利商主要有：Lummus Stone &Webster、KBR Linde和Technip（KTI）。他们有不同的裂解炉炉型，和不同的分离流程。不 同的分离流程关系到乙烯装置压缩机组的功耗，裂解气压缩机组的功耗顺序分离流程最大， 前脱丙烷最小；丙烯压缩机组功耗前脱丙烷最大；乙烯压缩机组功率前脱乙烷最小。2009年8月，沈阳石蜡化工有限公司 50X104t/a催化热裂解CPP制乙烯项目在沈阳投 产。该项目采用中国石化石油化工科学研究院研发的重油深度催化裂解制乙烯技术，以
3、重质渣油为原料富产乙烯和丙烯，与国内现有的蒸汽热裂解乙烯装置相比，CPP项目生产的乙烯成本可降低20%以煤化工为基础，国内外具有代表性的四种甲醇制烯燃工艺技术包括：鲁奇公司的甲 醇制丙烯技术、UOPRSKHydro的甲醇制烯燃技术、中国大连化物所开发的甲醇制烯燃技术 以及清华大学的流化床甲醇制丙烯技术。目前世界上已经有10多套丙烷催化脱氢制丙烯装置在运转 ，主要专利商和工艺是 UOP 公司的 Oleflex 工艺、Lummus-Houdry 公司的 Catofin 工艺、Krupp Uhdewcng 公司的 STAR 工艺、Linde-BASF-Statoil 共同开发的PDHE艺等。低碳烯煌
4、装置主要有三大压缩机组，即裂解气（合成气）压缩机组、乙烯制冷压缩机 组和丙烯制冷压缩机组。这些机组的工艺流程及设备基本相同，控制方案与节能优化改造的技术策略也基本一致。有些专利商的深冷分离流程采用一台乙烯、丙烯和甲烷三元制冷压缩机，取代乙烯和丙烯制冷压缩机，在压缩机组的数量上减少一台。另外一些专利商在流程上对三种冷媒单独配置压缩机组，相对于传统乙烯装置多一台甲烷制冷压缩机。裂解气（合成气）压缩机组裂解气（合成气）压缩机其作用是对乙烯装置工艺裂解气进行压缩升压以便实现高效 的产品分离，由于裂解气压缩机的压比比较大，一般均在25以上，为了降低能耗并限制裂解气在压缩过程的温升，裂解气压缩机均采用多段
5、压缩方式。目前，在百万吨/年乙烯项目的裂解气压缩机多数采用五段压缩。裂解气压端机系统流程示意图T At第 h .Ht1.LMflU上脱挪菖修塔朝不#1气 杀一小二二3小睚V *收工正脖小凝气*自才高工1&段*白牙直.溟 东白分离双内W1利f-汽油*|段相,虚珞歪曲 慧日升高I投汽* tbor ra人现曲推理期般NUM翟目汽提耳会初气ms去分离 X5为了防止压缩机在开停车工况低负荷时发生喘振，设有三段返一段，五段返四段的流量控制。也有其它类型的工艺布置，如在第五段之后为碳二加氢工段，压缩机的防喘振回路的布置为三返一， 四返四和五返五。五返五由热回流 （五段出口直接返回五段入口） 和冷回流（碳二加
6、氢后引出回流至五段入口） 。其他方法制烯烃的压缩流程与蒸汽热裂解的裂解气压缩工艺流程基本相同，这里不再赘述。北京康吉森在各类工艺流程方面都有专用的算法和成熟的应用业绩。裂解气（合成气）压缩机的主要控制回路裂解气（合成气）压缩机进口压力的控制裂解气压缩机组是乙烯装置的核心设备，其入口压力控制通常是单回路控制，即通过转速控制入口压力， 康吉森将单一的入口压力控制转速的回路改为入口压力的 PID 输出同时控制压缩机转速与防喘振控制阀， 使压缩机的入口压力更趋于稳定， 减少裂解炉开停对入口压力及流量变化的影响。裂解气（合成气）压缩机的防喘振控制裂解气压缩机通常有两至三个防喘振控制回路， 当控制系统监测
7、机组接近发生喘振时，系统控制输出打开放喘振阀，增大压缩机的运行流量，使压缩机平稳地工作在安全区。防喘振控制回路之间设置解耦功能，防止防喘振回路之间的互相干扰。裂解气（合成气）压缩机的过程控制机组控制系统对裂解气压缩机每一段进、出口都有温度和压力的监测，并对段间的冷却器换热效果进行监测， 对段间吸入罐（分离罐） 的液位进行控制。防止液态烃和水吸入压缩机，引起压缩机故障。汽轮机转速控制汽轮机作为原动机， 汽轮机启动阶段的转速控制， 根据汽轮机主机厂提供的升速曲线，进行升速控制，升速过程设有暖机转速和临界转速区，保证机组安全平稳的升速。汽轮机正常运转阶段，按乙烯装置工艺的要求，通常通过调节转速来保持
8、裂解气压缩机的进口压力保持恒定。机组节能优化控制裂解气 （合成气） 压缩机组入口压力控制与双烯收率有直接的关系， 压力越低 , 烯烃收率越高， 但机组功耗会增大。 康吉森把入口压力与压缩机转速串级控制更改为压缩机入口压力作为主控变量， 同时控制压缩机转速和三返一防喘振控制阀， 实现了压缩机入口压力的全自动控制。 将入口压力保持在相对低的一个最优的数值， 机组功耗又不会增加过多， 最大限度地提高企业的经济效益。典型裂解气压缩机组操作控制画面:总貌O o o oo丙烯制冷压缩机组典型的丙烯制冷压缩机组系统的作用也是提供工艺流程中深冷分离所需的部分冷量。本系统也是密闭的，丙烯制冷压缩机通常是用高压抽
9、汽式蒸汽轮机驱动的单缸四段离心式压 缩机。其流程见下图：HP SteamTurbodyne 4,700 RPM22,135 KW105 kg/cm2490 CT-1501Steam TurbineC-1501(Dresser-Rand)Propylene Refrigeration CompressorStage 3Stage 2Stage 1白3ller I lCE-1501 It0 J J 0Re-BollerDD口CondenserLV-15030Stage 4LV-15039丙烯压缩机流程图丙烯压缩机的主要控制回路丙烯压缩机的防喘振控制丙烯压缩机防喘振控制回路较多，有三个防喘振回路，机
10、组控制系统将按监测到的数据进行计算，如果判断到喘振，系统输出打开防喘振阀实现喘振的控制，系统同时协调好三个回路之间的关联关系。性能控制根据工艺要求，压缩机组通常有入口压力保持恒定的要求，正常运转时，通过升高或降低汽轮机的转速从而保持压力的稳定。在机组有喘振发生时， 性能控制与喘振控制需要采取优化的控制方案。OPEN100%Mlax Gov 100%SurjtCLOSE0%0%Cauadh- Centro Ou tour机组性能与喘振优化控制原理图辅机控制及联锁保护SptedSetpointMin Got 0%丙烯压缩机操作控制画面: 总貌画面机组油路系统画面:压缩机密封系统画面:机组轴振动、位
11、移及轴温画面:汽轮机速度控制画面:Oiahfl4frirmin| miif* jTrJta-IUU TWW-C-tr IrfwjIfT ”好 手星冷 | ? -H iHajI E|r2I jwd LI Q gI E F I E】Kr： i 一心口 如2“烟 11窗口口iMM i M-urtLiihCHf#cw. wwi snrwirJM.TMJ. d汽机冷凝系统画面:压缩机防喘振控制画面:启机调速画面:联锁逻辑画面乙烯制冷压缩机乙烯制冷压缩机组系统其作用是提供工艺流程中深冷分离所需的高级别的冷量。乙烯制冷为乙烯装置分别提供-102、-75、-55 c三个冷冻级别，主要提供分离工段脱氢系统及脱甲
12、烷塔顶冷凝器的冷量，其流程见下图。HP SteamC-1601T-1601Ethylene Refrigeration CompressorSTEAM TURBINEStage 3Stage 2FromD-1310Condenser二八1 16020 D-V-16032UV16007 ( 2)+ 6 Other UnitsTurbodyne 11,286 RPM5,770 KW 105 kg/cm2 490 C(Dresser-Rand)Stage 1-V-16020一LV-16011-12_/T1 16015 I1 16028PDT1 160031E-1601EP-1505A-D乙烯压缩机流
13、程图（示例）在新的大型乙烯装置中，传统的乙烯制冷压缩机增加了乙烯气相产品增压的功能，即在三段出口引出一股乙烯作为产品气继续压缩外输。增压机部分形成开放系统，此时改段的防喘振阀通常也会被作为工艺控制阀使用，仅在必要时保持机组满足防喘振所需最低回流量的需求。乙烯制冷压缩机组的控制、辅机控制和联锁保护与丙烯机组类似，不再赘述。辅助机控制和联锁保护机组油路系统控制包含润滑油和控制油油温、油压的控制；主油箱和事故油箱的液位控制；主辅泵的切 换控制。油路油质监测通过对油的几个关键指标（水分、金属颗粒数、油质老化度等）监测，分析判断油质 情况，并对未来的发展进行预测。汽轮机的抽汽控制当装置蒸汽中压管网需要增
14、多 /减少的蒸汽量时，我们可以通过抽汽来满足需求，当抽汽量改变时，控制系统促使汽轮机进汽量做相应的调整，两者应平衡，保证汽轮机的轴功率不会改变，即汽轮机的速度平稳。丙烯制冷压缩机段间的储液罐 /闪蒸槽的温度和液位的监控储液罐/闪蒸槽温度如果偏高/低都会影响到丙烯闪蒸的压力，进而影响到压缩机的进 口压力；储液罐/闪蒸槽液位如果偏高，液体有可能进入到压缩机的内部，打坏叶轮，损坏 压缩机。通过优化改造与防喘振控制回路共同协调控制，防止制冷系统的波动。丙烯机组其他辅机控制与联锁保护和裂解气压缩机组相同。密封气监控机组密封多采用干气或氮气，控制系统始终保持密封气体于平衡管气恒定的差压制， 不让压缩机气缸
15、内的气体有任何的向外泄漏，同时对密封的排气加以监测保护。汽轮机冷凝器控制汽轮机冷凝器控制包括：抽真空、温度控制及液位保护。冷凝器真空度越高，排气温 度越低，汽轮机热循环还效率越高。汽轮机盘车采用冲击式盘车装置，满足相关条件后，控制系统可进行单机或整个轴系的自动连续 盘车。汽轮机超速保护按照API标准要求，机组配置有独立的三取二超速保护器对机组实行超速保护。并且,在机组控制系统内部也组态了超速保护停车联锁逻辑。润滑油压力低低联锁停车轴位移/轴振动高联锁停车轴瓦温度高报警段间吸入罐液位高联锁机组能效在线监测和防喘阀的选择机组在线性能监测机组在线性能监测是考核机组能效的度量手段。当原料发生变化时，裂
16、解气（合成气）的组分也发生相应的变化，机组的能效指标会发生改变。当加热炉（反应器）出口温度、一 段吸入罐压力、工况负荷发生改变，同样引起机组的能效改变。对机组进行在线性能监测， 可实时监视汽轮机、压缩机功率和效率的变化。可对机组节能优化改造的实际效果进行评估， 为进一步计算烯胫装置的收益提供参考。防喘阀的选择防喘阀的选型原则包括：通过计算满足防喘振控制的流通能力，阀体形式要考虑工艺 介质、工艺参数的条件。阀体材质要考虑腐蚀、磨损和介质温度，执行机构应有足够的推力, 与阀门定位器配合，做到开度准确。阀门的动作响应要求快速打开，失效方式要满足故障 安全模式，确保在失电或失去气源的情况下机组处于安全
17、状态。机组状态监测机组配有状态监测系统，监测机组轴振动与轴位移，如数值达到报警值，发出报警；如达到联锁值，将联锁停机。在机组升速过临界转速时，状态监测系统应自动放大轴振动联锁值，避免过临界转速误停车。探头安装要求键相位探头与相互垂直的 YX探头配合，可用来确定轴径向振动的方向。调整转子动平衡时，可以根据键相位探头测量的振动相位角，确定在转子的什么位置增加或减少配重。诊断案例某70万吨蒸汽热裂解乙烯装置裂解气压缩机， 该压缩机低压缸突然出现振动增大的现 象，从正常工况的10 dm以下升高到24 m,严重影响到压缩机的稳定运行，成为制约乙烯 装置长周期运行的瓶颈。原因分析：一倍频升高，属于转子不平
18、衡现象，是转子结焦还是其他原因？经初步判 断，压缩机一段入口管线带液是造成低压缸振动的主要原因。采取措施：调整入口管线的排液操作，避免入口管线积液，同时将低压缸的注水改为 注油，以控制注油量和阻聚剂量。此外，为了提高排液速度，在吸入管线低点处新开了两个排液孔，配置并投用排液配管，压缩机轴振动恢复正常。机组节能优化改造案例某装置丙烯制冷压缩机。压缩机入口压力的稳定直接影响到整个装置的运行品质，通 过变频电机转速及防喘振阀之间的优化来自动控制压缩机的入口压力，控制系统将根据工艺操作，通过转速及防喘振阀之间的优化控制，实现机组的全自动控制， 保证安全并实现优化高效，要求使压缩机处在最佳工况和平稳运行
19、。所以要求在压缩机负荷发生改变时保持压缩机入口压力不发生变化。这些都对压缩机 控制系统提出了很高的要求。喘振线实测现场进行了压缩机喘振线的实测，验证机组厂家提供的性能曲线。投用压缩机入口压 力优化控制后，精调了控制参数，保证工艺波动时，控制系统及时响应使机组平稳运行。需要升高入口压力时，控制系统将首先降低转速，然后再打开防喘振阀；需要降低入 口压力时，控制系统将首先关闭防喘振阀，然后再提升转速。控制效果机组完成精调后，通过自动调节变频电机转速及防喘振阀之间的优化控制压缩机的入口 压力，真正实现了压缩机自动匹配装置工艺运行的目的，装置运行平稳。在压缩机负荷发生改变时，系统自动判定压缩机运行状态，确定通过转速变化或防喘阀开关来响应负荷变化， 当防喘阀或转速中的一个进行调整时，另一个同时做出相应的调整来补偿。确保压缩机安全运行，满足对压缩机性能控制的要求，并且使压缩机工作在最佳效率区，达到了节能运行的目的。