1#烯烴裝置停役后的乙烯系統平衡和應急策略研究

傅惠良

(中國石化上海石油化工股份有限公司，200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)烯烴部1#烯烴裝置于上世紀70年代建成投產，由于存在生產能力小、工藝流程落后、能耗高、日常檢維修費用高等突出問題，與世界先進水平的差距越來越大，成為上海石化發展的“瓶頸”。為了提高上海石化在國內外石化行業內的競爭力，1#烯烴裝置于2013年11月25日永久停役。1#烯烴裝置的停役為上海石化節能、降耗帶來的益處是顯而易見的，但也給物料平衡帶來了困難，特別是乙烯系統，從原來的耗略大于產到現在的耗遠大于產，原有的平衡被打破。在此就1#烯烴裝置停役后的乙烯系統的產耗平衡和供需平衡進行分析研究，提出事故狀態下的應對策略。

1 1#烯烴裝置停役前的乙烯系統平衡情況

1.1 上海石化乙烯生產裝置

上海石化現共有2套乙烯生產裝置，分別為1#烯烴裝置和2#烯烴裝置，2套裝置的產能和產量情況見表1。

表1 1#烯烴裝置停役前的乙烯產量

1.2 上海石化乙烯消耗裝置

上海石化現有的乙烯下游主體裝置(上海石化內部)主要有化工部的1#乙二醇裝置、2#乙二醇裝置和聚乙烯醇裝置，塑料部的1#聚乙烯裝置、2#聚乙烯裝置和4#聚乙烯裝置；主體外裝置包括上海石化資本運營部下屬上海金菲石油化工有限公司(以下簡稱金菲公司)的3#聚乙烯裝置和上海氯堿化工股份有限公司氯堿裝置(以下簡稱吳涇氯堿裝置)，乙烯消耗情況見表2。

表2 1#烯烴裝置停役前的乙烯消耗情況

1.3 上海賽科石油化工有限責任公司乙烯輸送能力

2011年開始，上海賽科石油化工有限責任公司(以下簡稱上海賽科)提供給上海石化的乙烯一直以氣相方式輸送，輸送壓力為3.5 MPa,最大輸送量約為15 t/h。

1.4 1#烯烴裝置停車前乙烯產、供、耗平衡情況

1.4.1 乙烯產耗平衡情況

根據1#烯烴裝置和2#烯烴裝置的乙烯產量、上海賽科的乙烯輸送量，可以計算出總的乙烯產量為126 t/h。上海石化乙烯消耗裝置除了表2所列以外，塑料部的聚丙烯裝置根據不同的牌號也使用少量乙烯，最大用量為2 t/h。因此，乙烯總的消耗量為136 t/h(見表3)。

表3 1#烯烴裝置停役前的乙烯產耗平衡 t/h

由表3可以看出：上海石化原乙烯產耗平衡為貼庫存10 t/h，每月約有7 kt的乙烯缺口，缺口部分由中國金山聯合貿易有限責任公司(以下簡稱金貿公司)通過外購加以彌補。

1.4.2 1#烯烴裝置停役前乙烯供需平衡情況

上海石化共有3個壓力等級的乙烯輸送系統，分別是：①1.6 MPa系統，由1#烯烴和2#烯烴裝置提供給聚乙烯醇裝置和吳涇氯堿裝置；②2.5 MPa系統，由1#烯烴提供給1#聚乙烯裝置；③3.5 MPa系統，由2#烯烴、儲運部E-43乙烯蒸發器和上海賽科提供給1#乙二醇裝置、2#乙二醇裝置、2#聚乙烯裝置、3#聚乙烯裝置、4#聚乙烯裝置及聚丙烯裝置(微量)。

1#烯烴裝置停役前乙烯供需平衡情況見表4。

表4 1#烯烴裝置停役前乙烯系統供需平衡

續表4

由表4可以看出：上海石化原有的1.6,2.5,3.5 MPa 3個壓力等級的乙烯輸送系統的供應均大于需求，為應急情況下的乙烯系統再平衡創造了條件。

2 1#烯烴裝置停役后的乙烯系統平衡情況

2.1 乙烯系統產耗平衡情況

1#烯烴裝置停役后，上海石化乙烯年產量減少150 kt，產耗平衡見表5。

表5 1#烯烴裝置停役后的乙烯產耗平衡 t/h

由表5可以看出：1#烯烴裝置停役后，在上海賽科乙烯供應正常(15 t/h)情況下，上海石化乙烯產耗平衡缺口由原來的10 t/h增加到28 t/h，一個月的乙烯缺口約為20 kt，全部需要通過金貿公司外購來滿足。如果按每船乙烯裝載量為3.5 kt測算，則一個月需要外購約6船乙烯，平均每5 d一船，給儲運碼頭2#泊位帶來較大壓力。因此在船不能如期到港、上海賽科不能正常供應或2#烯烴裝置生產不正常的情況下，制定相應的乙烯系統產、供、耗平衡的應急策略是非常必要的。

2.2 乙烯系統供需平衡情況

1#烯烴裝置停役后，對相應乙烯輸送流程進行了調整：(1)上海石化聚乙烯醇裝置和吳涇氯堿裝置所需1.6 MPa乙烯改由2#烯烴裝置供應，儲運部E-701低壓乙烯蒸發器備用;(2)塑料部1#聚乙烯裝置所需的2.5 MPa乙烯改由從2#烯烴裝置向2#聚乙烯裝置和3#聚乙烯裝置提供3.5 MPa乙烯的管線上接出的一、三期乙烯聯通管降壓(3.5 MPa降到2.5 MPa)供應。

1#烯烴裝置停役后乙烯供需平衡情況見表6。

表6 1#烯烴裝置停役后乙烯系統供需平衡

由表6可以看出：正常情況下，1.6 MPa乙烯由2#烯烴裝置單獨供應給聚乙烯醇裝置和吳涇氯堿裝置，尚有6 t/h的余量，即使2#烯烴裝置無法正常供應，也可由E-701提供最大15 t/h的供應量，因此，1#烯烴裝置停車后，1.6 MPa乙烯系統供應不受影響。

1#烯烴裝置停車后，停止外供2.5 MPa乙烯，今后上海石化不再具備2.5 MPa乙烯供應系統。

就3.5 MPa乙烯系統而言，如果1#烯烴裝置對1#聚乙烯裝置停供2.5 MPa乙烯，則改由一、三期乙烯聯通管降壓供應(3.5 MPa降到2.5 MPa)，增加了3.5 MPa乙烯系統的供應壓力。因此有必要制定相應的應急策略，為事故狀態下的乙烯系統再平衡提供依據。

3 1#烯烴裝置退役后的乙烯系統應急策略

3.1 1#烯烴裝置退役后的乙烯產耗平衡應急策略

1#烯烴裝置停車后，上海石化的乙烯來源主要有3個：2#烯烴裝置自產、上海賽科輸送和金貿公司外購。因此，2#烯烴裝置生產不正常、賽科公司乙烯供應減少或停供、金貿公司外購乙烯船期推遲到港都會給上海石化的乙烯產耗平衡帶來困難，唯一的解決辦法是降低下游裝置生產負荷，而裝置降負荷的原則是先降低上海石化主體外裝置(吳涇氯堿裝置和金菲公司3#聚乙烯裝置)的負荷，再降低上海石化主體裝置的負荷。上海石化主體裝置的降負荷順序根據效益最大化原則安排，即先安排效益差的裝置降負荷，確保效益好的裝置高負荷運行，從而最大限度減少上海石化經濟效益的損失。

3.2 1#烯烴裝置退役后的乙烯系統供需應急策略

3.2.1 1.6 MPa乙烯系統供需應急策略

1#烯烴裝置退役后，1.6 MPa乙烯由2#烯烴裝置的低壓乙烯蒸發器E-446單獨供應(E-701備用)給聚乙烯醇裝置和吳涇氯堿裝置，需求總量約為9 t/h，E-446的最大供應量為15 t/h，尚有6 t/h的余量。若2#烯烴裝置生產出現異常，無法正常供應1.6 MPa乙烯，則需要立即安排儲運部開啟E-701向下游裝置供應乙烯，E-701的最大供應量為15 t/h，完全能滿足聚乙烯醇裝置和吳涇氯堿裝置的乙烯需求。

3.2.2 3.5 MPa乙烯系統供需應急策略

從上海石化乙烯輸送流程可以看出：3.5 MPa乙烯供應點共3個，分別是2#烯烴裝置、儲運部E-43乙烯蒸發器和上海賽科。1#烯烴裝置退役后，塑料部1#聚乙烯裝置原料乙烯改由一、三期乙烯聯通管降壓(3.5 MPa降到2.5MPa)供應，增加了上海石化3.5 MPa乙烯系統的供應壓力，上海石化3.5 MPa乙烯系統的供需冗余由1#烯烴裝置停役前的17 t/h降到了6 t/h，3.5 MPa供應系統的抗風險能力大大降低。上海賽科乙烯供應不正常、儲運部乙烯蒸發器E-43發生故障不能正常外供乙烯或2#烯烴裝置生產不正常，都會導致乙烯下游生產裝置因供應量不足而降負荷運行。為此，制定了以下3.5 MPa乙烯系統應急策略。

(1)上海賽科公司停供乙烯

上海賽科乙烯裝置發生波動或停車時，出于乙烯平衡考慮，有時會降量供應，甚至停止供應。上海賽科乙烯停供時，3.5 MPa乙烯供需平衡情況見表7。

由表7可以看出:在上海賽科停止供應乙烯時，3.5 MPa乙烯系統的供需平衡情況為供小于需，缺口為9 t/h，如果不提前調整下游裝置負荷，將無法確保3.5 MPa乙烯系統的正常運行。調整負荷的原則是先主體外裝置，即將3#聚乙烯裝置負荷降到最低，由原來的20 t/h降到14 t/h，再根據效益最大化原則，將4#聚乙烯裝置或乙二醇裝置負荷減少3 t/h(1#聚乙烯和2#聚乙烯因裝置特性無法降負荷運行)。這樣，在需求總量降低9 t/h之后，就能維持3.5 MPa乙烯系統的正常運行。

表7 上海賽科停供時3.5 MPa乙烯供需情況 t/h

(2)儲運部E-43乙烯蒸發器發生故障

乙烯蒸發器E-43發生故障時，先要求烯烴部將3.5 MPa乙烯供應量增至最大(93 t/h)，同時將上海賽科乙烯接收量提到最大(15 t/h)，詳見表8。

表8 E-43停車時3.5MPa乙烯供需情況 t/h

由表8可以看出：當E-43停車時，3.5 MPa乙烯系統的供需平衡情況為供小于需，缺口為19 t/h，對此可以采取以下措施：①3#聚乙烯裝置負荷降到最低(14 t/h)；②若聚丙烯裝置生產需要使用乙烯，則立即安排聚丙烯裝置切換牌號，停止使用乙烯；③根據效益最大化原則，降低4#聚乙烯裝置或乙二醇裝置負荷。這樣，在需求總量降低19 t/h之后就能維持3.5 MPa乙烯系統的正常運行。

(3)2#烯烴裝置生產異常

2#烯烴裝置新區和老區分別配備有3.5 MPa乙烯蒸發器EA-2628和EA-442，最大供應能力分別為40 t/h和53 t/h。同時，2#烯烴裝置又配有3.5 MPa乙烯事故蒸發器EA-444A和EA-444B(在EA-442和EA-2628不能正常供應的情況下分別啟動，最大供應量均為40 t/h)，以確保事故狀態下的乙烯供應。

①當2#烯烴裝置新區因生產波動停止外供3.5 MPa乙烯時，要求烯烴部立即開啟3.5 MPa乙烯事故蒸發器EA-444B，以替代新區EA-2628外供3.5 MPa乙烯，確保3.5 MPa乙烯系統的正常運行；②2#烯烴裝置老區因生產波動停止外供3.5 MPa乙烯時，要求烯烴部立即開啟3.5 MPa乙烯事故蒸發器EA-444A，以替代老區EA-442外供3.5 MPa乙烯。由于EA-444A最大供應量比EA-442小13 t/h，要調整下游裝置負荷來滿足供需平衡需要，具體調整策略與上海賽科停供時相同；③當因公用工程等方面的共性故障造成2#烯烴裝置(新、老區同時)停車時，3.5 MPa乙烯供需平衡情況見表9。

表9 2#烯烴裝置(新、老區)停車時3.5 MPa乙烯供需情況 t/h

由表9可以看出：即使2#烯烴裝置全線停車時，上海賽科和E-43以最大量供應、2#烯烴裝置及時開啟事故蒸發器EA-444A和EA-444B供應3.5 MPa乙烯，上海石化3.5 MPa乙烯系統仍有7 t/h的供需缺口。對此調整負荷的原則也為先主體外裝置，即將3#聚乙烯裝置的負荷降到最低，由原來的20 t/h降到14 t/h，再根據效益最大化原則略降4#聚乙烯裝置或乙二醇裝置負荷。這樣，在需求總量降低7 t/h之后就能維持3.5 MPa乙烯系統的正常運行。

4 建議

1#烯烴裝置永久停役后，上海石化乙烯的產、供、耗發生了較大的變化，需要進行再平衡并制定相應的應急預案，為不同事故狀態下的生產安排提供依據。隨著國家產業結構的調整、上海石化及上海賽科的發展，從以下幾方面入手，努力做好上海石化的乙烯系統平衡工作。

(1)隨著乙烯原料價格的不斷走高，下游衍生物(如乙二醇、聚乙烯產品)的生產成本大幅上升，在邊際貢獻為負的情況下，上海石化應該考慮外賣乙烯產品，安排乙二醇、聚乙烯裝置階段性停車以提高化工板塊的經濟效益，同時為上海石化乙烯系統產、供、耗平衡帶來一定的冗余。

(2)恢復上海賽科超臨界乙烯輸送。上海賽科超臨界乙烯輸送系統的改造已經完成，相關部門批準后即可投用。上海賽科乙烯恢復超臨界輸送后，輸送量將由現在的15 t/h提高到37.5 t/h,能大大緩解上海石化3.5 MPa乙烯系統供應壓力。

(3)1#烯烴裝置停役后，上海石化新增3.5 MPa乙烯蒸發器(供應量為30 t/h)項目已通過了可行性研究審批，正處于詳細設計階段，預計2014年年末可投入使用，這也將大大緩解上海石化3.5 MPa乙烯系統供應壓力，為事故狀態下的乙烯供應提供保障。