富氣壓縮機用能分析與對策

褚昌輝

（中國石化揚子石油化工有限公司，江蘇南京 210048）

中國石化揚子石油化工有限公司200萬t/a 催化裂化裝置富氣壓縮機組主要由離心式壓縮機及背壓式蒸汽輪機組成。其流程為，從分餾塔頂油氣分離器來的富氣經氣壓機入口油氣分離器、入口風動閘閥進入壓縮機一段，一段出來的富氣經中間冷卻器、中間氣液分離器后再進入壓縮機二段，二段出來的壓縮富氣與富氣洗滌水匯合后，進入吸收穩定系統。富氣壓縮機由汽輪機提供動力驅動，來自鍋爐系統的中壓蒸汽進入汽輪機；出來的背壓蒸汽排入1.4 MPa 蒸汽管網。進出口蒸汽皆可向系統供應蒸汽或由系統管網提供蒸汽。該催化裂化裝置自2022年3月全面停工檢修，到5月份開車后，發現富氣壓縮機用蒸汽量與停工前正常工況相比增加較大，特別進入7月份以來，汽輪機蒸汽用量進一步增加。7月份汽輪機蒸汽用量與停工前正常工況相比，蒸汽用量平均由63.7 t/h 增加至70 t/h，同比增加約9.89%。本文針對7月份富氣壓縮機能耗增加現象進行分析，并提出相應解決措施[1]。

1 富氣壓縮機用能分析

富氣壓縮機系統的能耗主要由富氣壓縮機的動力消耗與富氣冷凝冷卻部分構成[2]。其正常工況下工藝參數與現階段工藝參數對比如表1所示。

表1 生產工藝參數對比

汽輪機進出口蒸汽工藝參數對比，如表2所示。

表2 汽輪機工藝參數對比

氣壓機壓縮動力消耗f為：

f為氣壓機壓縮動力消耗，kW/t富氣；ΔH為進出口蒸汽焓值差，kJ/kg；FLS為汽輪機蒸汽質量流量，kg/s；FRG為富氣質量流量，t。

計算得正常工況下氣壓機壓縮動力消耗為51.32 kW/t富氣，現今工況下氣壓機壓縮動力消耗為54.15 kW/t富氣，蒸汽消耗增加5.51%。

中壓背壓蒸汽輪機驅動，氣體壓縮機動力能耗Ee2：

Ee2為氣體壓縮機動力能耗，MJ/t原料；YA為干氣與液化氣產率之和；W為汽油組分分布于富氣中的質量分數；YB為汽油產率；YG為富氣中含煙氣量。

中壓背壓蒸汽輪機驅動，壓縮富氣冷凝冷卻部分能耗Ee4：

Ee4為壓縮富氣冷凝冷卻部分能耗，MJ/t原料；E為富氣壓縮機系統能耗，MJ/t原料。

計算得正常工況下氣體壓縮機動力能耗Ee2為211.01 MJ/t原料，壓縮富氣冷凝冷卻部分能耗Ee4為75.00 MJ/t原料，富氣壓縮機系統能耗為286.02 MJ/t原料；現今工況下氣體壓縮機動力能耗Ee2為219.15 MJ/t原料，壓縮富氣冷凝冷卻部分能耗Ee4為74.19 MJ/t原料，富氣壓縮機系統能耗為293.33 MJ/t原料；現今工況下富氣壓縮機系統能耗相比正常工況下富氣壓縮機系統能耗增加2.56%。可以看出，富氣壓縮機組工況的改變增加了蒸汽能耗，總體上能源的消耗也大幅增加，減少了經濟效益。

2 能耗增加原因分析

調閱生產趨勢圖發現，正常工況時富氣壓縮機一段入口流量平均為41 720 m3（標）/h，現工況條件下，富氣壓縮機一段入口流量升高至為44 214 m3（標）/h，相比增加了5.97%；同時氣壓機透平入口中壓蒸汽流量增加至70.0 t/h。因此判斷富氣壓縮機入口富氣量的明顯上升是導致富氣壓縮機汽輪機蒸汽用量上升的主要原因。下面對引起富氣壓縮機入口流量上升和汽輪機蒸汽用量上升的原因進行進一步分析。

2.1 原料性質變化

在相同的反應條件下，原料性質對產品分布有著決定性的影響，而產品分布又進一步影響富氣壓縮機負荷和能耗。兩種工況下的原料性質如表3所示。

表3 原料性質對比

根據表3 分析可知，現今工況下原料油的密度和各餾出點溫度相比正常工況下有了很大程度的降低，而500℃餾出量和538℃餾出量都增加了約10%。在相同反應條件下，原料油密度的減少以及500℃和538℃餾出量的增加，對于原料油的氣化性能和可裂化能力都有很好的提升。對于原料油的四組分分析可以看出，飽和烴含量增加了約11.67%，而飽和烴作為催化裂化反應液化氣和汽油的主要提供者，含量的增加有利于提高輕烴和汽油的產率[3]。芳烴、膠質和瀝青質多為貧氫化合物分子，催化裂化反應受碳氫平衡的限制，膠質和瀝青質含量的增加，勢必會導致轉化率降低，液化氣與汽油產率降低，油漿產率快速增加，油漿中芳烴含量也相應增加[4]。對比分析發現，現階段原料油中的芳烴、膠質和瀝青質含量都有不同程度的降低，從而增加了轉化率，增加了富氣壓縮機的負荷，使得氣壓機動力消耗相應增加。

2.2 不凝氣量

本裝置增加了從催化穩定塔回流罐頂不凝氣和汽油吸附脫硫裝置穩定塔頂氣至氣壓機中間凝液罐的入口管線，兩條管線依靠閥門開度粗略判斷至氣壓機中間罐不凝氣的流量。汽油吸附脫硫裝置穩定塔頂氣現階段正改入氣壓機中間凝液罐的入口。在穩定塔頂回流罐采取壓力自動控制的條件下，現階段催化穩定塔回流罐頂不凝氣至氣壓機中間凝液罐閥門開度由5.0%增加至15.76%。因此富氣壓縮機的處理負荷的上升增加了能耗。

2.3 氣壓機進出口溫度和壓力

選取一個月中平均氣壓機進出口溫度、壓力和中間段溫度、壓力，如表4所示。

表4 富氣機各段工藝參數對比

根據表4中各進出口溫度對比發現，現今工況下各點溫度明顯高于正常工況下的溫度，從而導致了氣壓機效率的降低。現今工況下富氣機的一段進出口壓力和二段進口壓力則低于正常工況下的壓力，而二段出口壓力則高于正常工況下的壓力，這是由于為了保證反應器壓力穩定，增加了氣壓機轉速，從而使得一段入口壓力降低而二段出口壓力升高，這也導致現階段的壓縮比升高。各段溫度和壓縮比增加都在一定程度上增加了氣壓機的能耗。富氣壓縮機各段進出口都有以循環水為冷卻介質的冷卻器，對比發現，現階段循環水平均上水溫度32.91℃，相比正常工況下上水溫度27.53℃增加約19.5%，這也是導致富氣壓縮機各段溫度上漲的根本原因，從而極大地影響了冷卻器的取熱效果。

2.4 蒸汽性質

中壓蒸汽作為氣壓機的動力源，其性質的變化會直接影響氣壓機的工藝參數。從表2汽輪機各工藝參數對比可以發現，現階段工況下蒸汽的進出口焓值相比正常工況下均有一定程度的降低，這主要是受氣壓機進出口中低壓蒸汽管網性質變化的影響。汽輪機進口中壓蒸汽溫度和壓力的降低則需要增加蒸汽消耗量來增加其能量，而出口壓力的增加也增加了汽輪機的動力消耗。

3 結束語

氣壓機各段入口富氣量的增加是氣壓機能耗增加的主要原因，這主要受到原料性質變輕和中間段不凝氣量增加的影響。循環水溫度的增加，導致了氣壓機做功效率的降低，而中低壓管網蒸汽性質的變化則直接導致汽輪機動力消耗的增加。

為進行裝置的節能降耗和降低氣壓機的用能消耗，在蒸汽性質發生大幅波動時應及時對管網做出相應調整；對循環水溫度進行及時調節穩定上水溫度，評估循環水塔在高溫條件下的冷卻能力，對循環水裝置進行改造，以變頻調節代替現有調節方式。