Unipol氣相聚乙烯裝置經濟技術指標研究及控制措施

張佰運 呂明 李宏冰

摘 ? ? ?要： 某石化線性低密度聚乙烯裝置采用的是氣相流化床生產工藝技術，自裝置開工以來，技術人員通過反應優化、技術改造、低標準整治等多種方法使裝置生產水平及生產周期持續提高，并且裝置經濟技術指標持續改善，達到行業一流水平。論述了裝置能耗、物耗的一些計算控制方法，并列舉了一些節能降耗的措施，最后通過數據比對分析得出各項措施的有效性，對同類裝置生產有借鑒意義。

關 ?鍵 ?詞：氣相流化床;聚乙烯;物耗;能耗

中圖分類號：TQ 028 ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ?文章編號： 1671-0460（2019）12-2911-04

Abstract： A petrochemical linear low-density polyethylene device adopts a gas phase fluidized bed production process technology. Since the startup of the device， the technicians have continuously improved the production level and production cycle by various methods， such as reaction optimization， technical transformation， and low-standard remediation. And the economic and technical indicators of the device were continually improved， reaching the industry's first-class level. In this paper， some calculation and control methods for energy consumption and material consumption of the device were described， and some measures for energy saving and consumption reduction were enumerated. Finally， the effectiveness of each measure was determined through data comparison analysis.

Key words： Gas phase fluidized bed; Polyethylene; Material consumption; Energy consumption

某石化線性低密度聚乙烯裝置設計生產能力為45萬t/a，操作彈性60%～110%，年生產時間8 000 h。自開工生產以來，通過不斷地生產研究和控制優化使裝置的反應系統停工次數及時間大幅度減少，開工率從93.84%提高到98.86%，擠壓造粒系統年停工次數下降16%，年綜合能耗由103.99 kg Eo/t降至86.75 kg Eo/t，年綜合物耗由1 014.8 kg/t降至1007.04 kg/t。有效的措施使裝置經濟技術指標得到持續改善，裝置穩定運行時間不斷延長。

1 ?物耗、能耗分析計算研究

1.1 ?物耗控制因素

在裝置生產過程中，生產流程及控制的復雜性會導致部分原料的損失，因此物耗控制的目標是盡可能降低原料損失量，同時還要減少產品的過程損耗。原料中乙烯形成分子主鏈，丁烯（又稱共聚單體）形成支鏈，而氫氣作為鏈終止劑消耗量極低，所以其消耗不計入物耗計算內。因此，裝置的物耗是指乙烯和共聚單體單耗之和。裝置物耗計算公式如下：

對于生產過程中造成原料損失的因素包括：系統開工前流程置換、反應器超壓排放、精制床再生泄壓、回收率控制水平、停工后反應器放空等等。從降低原料消耗方面分析，有效的控制措施主要是通過優化操作減少反應器的日常排放、進行長周期生產控制研究減少停工次數、合理的降低精制床再生頻率、通過膜回收技術改造提高原料的回收率等幾個方法;從控制樹脂產量方面分析，一是實現高負荷穩定生產，二是通過多項措施減少廢料的產生和降低全生產過程的成品損失[1]。

1.2 ?能耗系數對控制的影響

1.2.1 ?能耗系數

裝置生產消耗的能量主要包括水、電、汽、風四種大項中的多種物料，依據生產工藝不同，各項物料消耗占比存在差異，而每種物料的能量折算值也不相同，即系數不同。儀表風是裝置消耗量前三位的動力物料之一，但由于氮氣的系數約為儀表風的4倍，導致氮氣能耗高于儀表風[2]。可見，對于能耗的高低，系數起著決定性作用。裝置常用動力物料系數見表1。

在生產操作上，控制能耗并不只是關注消耗量大的物料，還要考慮高系數物料的影響。例如，同等負荷下燃料氣的消耗量每多增加1 t，則對能耗的影響相當于循環水增加用量10 000 t。相比于高系數低用量的燃料氣，蒸汽則屬于較高系數、用量較大的物料，因此對此類物料的關注和調整顯得十分必要。

2 ?負荷結構對能耗、物耗控制影響

理論上，在相同生產條件下，樹脂產量越高則能耗、物耗越低。但在實際生產中，不能只是簡單強調產量的作用而不加以分析。比如，在裝置的設計階段，高生產能力裝置將采用功率更大的設備，流程的改變可能引入新的動設備;開停車物料排放量大，故障處理過程動力原料將保持更大的運行流量;高負荷生產可能使反應器內催化劑的停留時間變短，三劑費用增加等問題[3]。同樣地，在已經設計確定生產能力的裝置內，高產量對能耗和物耗的作用強弱會受到以下三種因素的影響：

（1）產量相同，連續穩定的長周期運行效果要好于波動生產。氣相流化床反應器降負荷過程尤其是快速降低過程會引起反應氣體的短時間超壓排放;誘導冷凝劑短時間內無法降低至正常含量而誘發分布板堵塞，進而導致流化狀態變差，塊料增多等問題。停車和開車過程會造成大量反應原料的損失，使物耗大幅度升高。短時間停車，除電量消耗明顯降低，其余動力原料基本保持不變，使能耗大幅度升高。即使開車后提高負荷，短時間內也無法使能耗和物耗達到最優。以生產DFDA-7042為例，反應器開工過程中管線置換，每次大約損失乙烯139.7 t， 丁烯36.2 t，開工前3天內各項動力物料基本保持運行，能耗提高約200 kg Eo/t（以冬季為例，夏季略低）。裝置正常生產階段與開工階段能耗和物耗對比見表2。

（2）在高負荷生產情況下，應研究如何降低成品樹脂的損失。裝置生產過程中產生的廢料包括粉料、落地料、水澇料和餅料四種。粉料是指通過粉料振動篩篩除的塊料;落地料是指通過顆粒振動篩篩除、餾出口采樣、料倉采樣和凈化細粉過程產生的粒料和粉料;水澇料是顆粒冷卻水帶出的細粉料;餅料是擠壓機開車階段排出的熔融樹脂。其中，落地料和水澇料會隨著產量的升高和產品質量的提高相應增加，但在廢料中的占比較低;在擠壓機開車過程中，控制每次開車拉料的數量，可以減少餅料的產生。粉料在廢料中的占比超過80%，成為裝置控制廢料的研究重點。通過對反應器產生塊料的原因進行跟蹤分析研究，適當降低PDS停留和出料時間、穩定生產負荷、優化誘導冷凝劑用量從而減少分布板堵塞幾率等多種方法，大幅度減少了反應器廢料的產生。

（3）同時，經過對粉料振動篩擴網技術改造，將邊長1.9 cm方形編織篩網更換為直徑2.5 cm沖壓圓孔篩網，進一步降低了塊料的產生。兩種措施效果明顯，在產能大幅度提高的前提下使粉料量減少174.1 t/a，廢料量的減少，直接使得2018年綜合物耗較2017年降低0.44 kg/t。2017年與2018年裝置廢料產生量對比見表3。

（4）通過對動力物料消耗的研究，確定能夠最大程度降低能耗、物耗的負荷區間。以裝置使用的LCM450H型擠壓機為例，擠壓機主電機功率與負荷關系見圖1（生產DFDA-7042，調節門開度36.8%，熔融泵入口壓力0.2 MPa）。

由圖1可見，功率與負荷成線性關系，但是當擠壓機負荷達到約50 t/h以上時，功率隨著負荷的增加而變緩，所以擠壓機保持在50 t/h以上負荷運行，并且逐漸升高產量，則對電耗的控制有利。如果生產負荷長時間保持在50 t/h以下，或出現持續的負荷波動，則擠壓機效率較低，電耗較高。同樣地，對某項物料與負荷關系的研究也可以找出較低能耗下的負荷區間，對裝置整體能耗控制有利[4]。

3 ?能耗、物耗控制的重要因素及其他控制措施

3.1 ?電耗控制的重要性

統計全年線性低密度聚乙烯裝置能耗數據，居前三的分別為電、循環水、氮氣，其中電耗約占總能耗的66%，是控制能耗的關鍵因素（裝置主要能耗項目占比情況見圖2）。

穩定生產條件下，提高生產負荷過程一般不會導致水、汽、風用量的增加，這時的輸送泵、排放氣壓縮機、擠壓機系統、顆粒輸送風機的實際功率上升且高功率工作時間延長，出現整體電消耗量上升情況，而循環氣壓縮機的功率與固定反應器床重條件下的導葉開度相關，一般不會隨負荷變化而變化。

依據能耗計算公式，產量增加而消耗不增加使高負荷階段除電以外的其他動力物料能耗下降非常明顯，這一點從不斷降低的電能耗在整個能耗中的占比卻不斷上升可以判斷。不同負荷下電量、電耗及占比情況見表4。

以共聚單體干燥床C-1004為例，再生加熱過程需要增加電量7 304 kW·h，裝置共10個精制床需要定期再生，通過合理的計算可以保證在安全控制的條件下減少再生頻率，減少電耗;解決粒料風機送料過程中旋轉閥氣托而進行低轉速運行的問題，減少風機在線使用時間;盡可能保證擠壓機負荷在50 t/h以上運行，提高運行效率。

3.2 ?技術改造對能耗、物耗控制作用

裝置開工以來，進行了多項技術革新，對能耗、物耗的控制效果較為明顯，這些改造基本在不增加新的消耗條件下進行。主要有以下幾種：

（1）滾瓶間伴熱形式改造

催化劑滾瓶間原伴熱形式為低壓蒸汽伴熱，現更換為低壓蒸汽與返回凝液交替伴熱，這種伴熱方式不僅對裝置返回凝液進行回收再利用，而且還大大降低了低壓蒸汽的使用量。改造后，在伴熱使用周期（254 d）內，可降低低壓蒸汽使用量約1.2 t/h，按照裝置滿負荷生產計算，能耗降低約1.07 kg Eo/t。計算公式如下（低壓蒸汽系數見表1）：

能耗降低量=降低量×使用時間×系數/產量=1.07 kg Eo/t

（2）增加尾氣回收裝置

利用新增加的深冷膜回收技術可以將原回收系統無法回收的乙烯、共聚單體、誘導冷凝劑和氮氣進行分離、回收、再利用[5]。該技術的動力來源為少量的凝液廢熱及排放氣壓縮機正常工作產生的壓力，從而不產生新的能耗和物耗。投用后可以回收乙烯約73.13 kg/h，丁烯約70.31 kg/h，按照滿負荷生產計算，降低物耗約2.55 kg Eo/t。計算公式如下：

（3）增加高壓凝液閃蒸罐

高壓蒸汽在本裝置內唯一作用就是為擠壓機系統提供熱源，并且經過系統后形成凝液排出裝置。由于返回的凝液具有較高熱量和壓力，直接排出裝置會造成高熱量浪費，所以裝置增設一套高壓凝液閃蒸罐設備將高壓凝液閃蒸為低壓蒸汽，之后進行使用。增加該設備后，可節約低壓蒸汽0.5 t/h，改善能耗約0.59 kg Eo/t。

3.3 ?優化控制對能耗、物耗控制作用

通過對各項操作參數的跟蹤與研究，及時對控制條件進行調整，可以有效改善物料的消耗。根據近幾年實際調整總結出以下幾項主要措施：

（1）反應系統波動導致超壓時，將原操作利用循環氣管路泄放的操作方法來降低反應器壓力改為通過減少PDS出料時間從而將壓力泄放到出料系統內再返回回收系統的操作方法，這種操作的改變大大降低了循環氣體的損失，節約了原料改善了物耗;

（2）在膜回收技術改造之前，通過對原回收系統回收罐壓力的研究，將壓縮機出口壓力由1.28 MPa提高至1.5 MPa。在設備安全的前提下，提高了氣體組分的液化壓力條件，使部分處于超壓排放的烴類氣體重新液化回收，改善物耗約1.2 kg/t;

（3）循環氣壓縮機的功率受導葉開度的影響，在循環氣流量可以完成流化撤熱的區間內，及時的降低導葉開度可以防止床層過高細粉夾帶量大的問題，還可以改善壓縮機的電耗;

（4）低壓火炬由于燃燒不完全而出現黑煙現象時，使用中壓蒸汽的水煤氣反應控制黑煙現象。中壓蒸汽全開用量達到25 t/h以上，投用1 h可增加能耗33.78 kg Eo/t（設計生產能力56.25 t/h，系數見表1），對能耗的影響非常大。現將中壓蒸汽的啟停與排放量建立聯鎖能夠最大限度的降低中壓蒸汽的投用時間，可以最大幅度的控制裝置能耗。

3.4 ?降低動力物料措施

裝置能耗在同等生產負荷條件下，通過不斷的減少動力物料損失，使能耗不斷改善。主要有以下措施：

（1）低壓火炬水封罐是裝置生產水的主要消耗部位，通過將水封罐的伴熱溫度由60 ℃降低至10 ℃控制，減少生產水的蒸發損耗。調整前每個生產日約消耗4.7 t，調整后約消耗0.13 t。依據不同樹脂添加劑析出的不同，脫鹽水用量在2～7 t/h波動調整，及時調整脫鹽水的用量，降低脫鹽水損耗;

（2）正產生產條件下，誘導冷凝劑的使用量平均值約9.5 kg/h，使用量小且為間斷進料。將精制系統的進料泵由連續運行改為間歇運行，電機運行時間降為原來的2.8%，減少了泵的運行損耗和電耗;

（3）通過對高壓蒸汽用戶的優化調整，在不影響生產的情況下，將高壓蒸汽用量由2.4 t/h調整為1.2 t/h，一項調整降低能耗1.88 kg Eo/t，效果明顯。

4 ?結 論

了解能耗、物耗計算，發現能耗物耗控制的重要性。通過分析研究，掌握了影響裝置經濟技術指標的相關條件，經過長時間的調整及優化，不斷地改善裝置物耗能耗指標，為同類裝置提供一定的借鑒。

參考文獻：

[1] 王文.高壓低密度聚乙烯裝置能耗分析及優化[J].石油化工技術與經濟，2015（6）：41-44.

[2] 劉景睿.氣相法聚乙烯裝置能耗的影響因素及節能對策[J].石化技術，2013（4）：48-50.

[3] 勝喜梅.聚乙烯裝置能耗分析及降低措施[J].石化技術，2012（1）：35-38.

[4] 李曉平.高壓聚乙烯二裝置能耗分析及節能措施[J].甘肅石油和化工，2010（1）：28-30.

[5] 姜立良.聚乙烯排放尾氣的回收和利用[J].石油化工設計，2015（3）：61-64.