乙烯蒸發氣液化回收控制系統研究

范文進

(揚子石油化工設計工程有限責任公司,南京 210048)

乙烯蒸發氣液化回收控制系統研究

范文進

(揚子石油化工設計工程有限責任公司,南京 210048)

針對低溫乙烯儲運裝置中的乙烯蒸發氣液化回收系統作了研究,闡述該系統的作用、組成及工藝控制要求,說明了該系統的三種實際運行工況,并對乙烯壓縮單元中的兩套壓縮機做了定義,其中一套定義為基值壓縮機,另一套定義為峰值壓縮機,對基值壓縮機、峰值壓縮機、丙烯制冷機和節能器的協調控制作了分析,明確了該系統可靠運行的控制過程,給出了相應的工藝控制參數和該系統的程序控制邏輯圖,同時考慮電氣設備的安全運行,提出在控制系統中還應設置安全聯鎖等措施。

低溫乙烯儲運裝置;乙烯;壓縮機;丙烯制冷機

0 引 言

近年來,隨著石油化工企業規模的迅速擴張,揚子石化設計公司承接了多個低溫乙烯儲運裝置項目,包括嘉興三江化工、泰興丹天化工、寧波瑞福特、新浦化學等公司的2×104m3乙烯低溫儲運裝置,在裝置的設計和施工建造過程中,該公司積累了寶貴經驗,在此,筆者通過總結已設計完成的項目和正在設計中的項目,對裝置中的乙烯蒸發氣液化回收控制系統做些探究。

1 低溫乙烯儲運裝置簡介

裝置主要由乙烯儲存、液態乙烯裝卸船、液態乙烯增壓汽化、液態乙烯裝卸車、乙烯蒸發氣液化回收等系統組成。液態乙烯可通過卸船系統卸裝到低溫乙烯儲罐,在儲罐內,低溫乙烯產生的蒸汽進入壓縮單元,壓縮后經冷凍或節能單元液化后回收,同時乙烯可裝車或汽化輸出至下游生產系統,其流程示意如圖1所示。

乙烯儲存系統可根據實際需求由1臺或2臺2×104m3低溫罐組成,每臺儲罐的實際有效容積可超過2×104m3;乙烯裝卸船系統由卸船泵、裝車泵、輸液臂以及預冷管線等部分組成,其設計能力一般為250 t/h;液態乙烯增壓氣化系統由輸出泵和汽化器等部分組成,通過輸出泵抽出罐內低溫乙烯,經汽化器加熱氣化實現氣態乙烯輸出,乙烯的輸出能力可達20 t/h;液態乙烯裝卸車系統由裝車泵及相關管線組成,液態乙烯裝車與卸車共用管線,同樣在裝卸車時需要對管線預冷,乙烯裝卸車的設計能力為25 t/h;乙烯蒸發氣液化回收系統是裝置的核心系統,以下將詳細介紹。

圖1 低溫乙烯儲運裝置流程示意

2 乙烯蒸發氣液化回收系統

乙烯蒸發氣液化回收系統的目的是保證儲罐內乙烯維持在低溫液態狀態,是整個裝置的核心系統。該系統含乙烯壓縮、乙烯冷凍和節能三個單元,其中壓縮單元有兩套子單元,每套子單元都由一臺壓縮機及相應的冷卻器等設備組成;乙烯冷凍單元主要由丙烯制冷機和冷卻器等設備組成;節能單元由換熱器和凝液罐組成。

低溫乙烯罐內氣化產生的氣態乙烯經壓縮單元壓縮至1.7 MPa,并經冷卻器冷卻至40℃,再進入冷凍單元與丙烯換熱至-40℃,產生的液態乙烯返罐,閃蒸氣進乙烯壓縮機一級進口。同時,考慮到綜合利用能量,裝置設置節能單元,當下游廠區對裝置有氣態乙烯外輸要求時,經壓縮冷卻后的乙烯通過節能單元與泵出的低溫乙烯換熱液化回收,充分利用外輸的低溫冷量。

回收系統運行的前提是罐內乙烯產生氣化,根據實際工況下乙烯蒸發量的大小,回收系統可工作在以下三種模式。

a)存儲。此時罐頂壓力相對穩定,液態乙烯主要是因罐體受熱氣化,當乙烯蒸發達到一定量時,才會起動液化回收系統,一般有一套乙烯壓縮機參與液化回收即可。

b)氣化輸出。下游有乙烯需求時,需將乙烯泵出,此時罐內擾動較大,蒸發量較存儲工況下變大,乙烯壓縮單元會根據罐內蒸發量,選擇啟動一套或兩套乙烯壓縮單元,同時節能器參與液化回收工作。

c)裝卸船/車。此時需要預冷管線,乙烯蒸發量最大,一般兩套乙烯壓縮機需共同參與液化回收。

應該注意:為防止乙烯壓縮機超負荷運行,在裝卸船/車時,應避免乙烯氣化輸出,保證液化回收系統的安全可靠運行。

3 回收系統的控制過程分析

氣化乙烯經壓縮冷卻,再經冷凍凝液后回收,前一個階段由兩套壓縮機組成,啟動一套還是兩套壓縮機是由罐內乙烯的蒸發量來確定的,而乙烯蒸發量,可通過在罐頂設置的壓力變送器來檢測。若罐頂氣壓到達一定值(基值),即可認為乙烯蒸發量較大,需啟動其中一套壓縮機(基值壓縮機),若壓力繼續增大到一個較大值(峰值),說明乙烯蒸發量更大,還需啟動另一套壓縮機(峰值壓縮機)。乙烯經壓縮冷卻后進入冷凍凝液階段,該階段可由丙烯制冷機或節能器來實現,當下游廠區沒有乙烯需求時,運行冷凍模式,由丙烯制冷機冷凝乙烯;反之,運行輸出模式,將壓縮冷卻來的乙烯與需氣化的乙烯進行換熱。

通過以上分析,保證回收系統穩定可靠運行的關鍵是協調好上述兩個階段,也就是必須保證乙烯壓縮機、丙烯制冷機和節能器能得到有序地控制。具體來看,在系統啟動過程中,需先判斷冷凍凝液的運行模式,若為輸出模式,將直接啟動乙烯壓縮機;若為冷凍模式,必須先啟動丙烯制冷機,一段時間后,才可啟動乙烯壓縮機,保證丙烯制冷機有足夠的冷量來冷凝乙烯。在系統停止過程中,首先應停止基值壓縮機,當罐頂氣壓繼續下降到給定值后,再停峰值壓縮機,只有2套壓縮機都停,并且都停止一定時間后才可停止丙烯制冷機,以保證剩余的壓縮乙烯得到充分液化。

在系統停止過程中還應注意:基值壓縮機應先于峰值壓縮機停止。由于基值壓縮機啟動的基值壓力低,可以保證在停機后,氣化量再次上升到基值時,快速再次啟動基值壓縮機,以使罐內氣化乙烯得到快速液化。

4 回收系統的控制參數及邏輯圖

根據工藝對回收系統的控制要求,基值壓縮機的啟停控制點分別設置為0.15 MPa和0.1 MPa,峰值壓縮機的啟停控制點分別設置為0.2 MPa和0.07 MPa,丙烯制冷機運行的提前時間和停止的滯后時間都為5 min。

乙烯壓縮機可運行在自動或手動模式,其基值和峰值模式也可手動選擇,根據上述控制過程,得到乙烯壓縮機的啟停控制邏輯如圖2所示。

當罐頂氣壓降低到正常范圍內,可認為液化回收過程已完成,應先停止乙烯壓縮機,在2臺壓縮機都停止5 min后,丙烯制冷機才可停止,控制邏輯詳見圖3所示。

5 回收系統的安全控制

為達到乙烯蒸發氣液化回收系統的工藝要求,控制系統可選用技術成熟且性能穩定可靠的DCS,通過在DCS上對以上控制邏輯進行組態,保證乙烯蒸發氣液化回收系統的可靠運行。同時,對于系統的安全運行,還應設置相應的安全控制措施。

乙烯壓縮機作為回收系統最關鍵的設備,保證其安全運行很重要,為防止壓縮機剛啟動時沖擊電流過大,壓縮機在接受啟動信號后,應在50%負荷下先運行60 s,之后再自動切換到滿負荷運行。對于該系統中的壓縮機、制冷機和相關的輸出泵等電氣設備,還應設置必要安全聯鎖控制,例如:過載和故障保護,工藝過程異常,人為的誤操作等聯鎖,該部分聯鎖可由獨立的可靠性比較高的安全聯鎖系統來完成。

6 結束語

低溫乙烯儲運裝置作為該公司的拳頭產品,打破了此類項目由國外公司壟斷的局面,同時,公司在實踐中積累了豐富的經驗,使得公司在大型低溫液化烴儲運裝置的技術上更加成熟和完善。

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The Study of Control System in Ethylene Vapor Liquefied and Recovered

Fan Wenjin
(Yangzi Petrochem.Design Eng.Co.Ltd.,Nanjing,210048,China)

Low temperature ethylene terminal and the core system(ethylene-vapor liquefied system)of the terminal are introduced;the function,composition,process control requirements and the actual three operations of the system are described.Definition of the two ethylene compressors is presented, one is defined as the base compressor and the other is defined as the peak compressor,the coordinated control of the base compressor,peak compressor,propylene refrigerator and economizer are analyzed, then process control parameters and control logic diagrams are described.Finally it is proposed that the control system should also set safety interlocking etc.as considering the safe operation of electric equipment.

low temperature ethylene terminal;ethylene;ethylene compressor;propylene refrigerator

TP273

B

1007-7324(2010)06-0049-03

2010-09-15(修改稿)。

范文進(1982—),男,江蘇溧陽人,2008年畢業于江蘇大學控制理論與控制工程專業,現在揚子石油化工設計工程有限責任公司電控室工作,任助理工程師。