优化反应器开停车操作 降低装置蒸汽消耗

优化反应器开停车操作 降低装置蒸汽消耗

杨建勃

中国石油广东石化公司 广东 揭阳 515200

摘要：现阶段，各个领域竞争力愈加强烈，节能降耗技术被各个领域所重视和推崇，全密度聚乙烯装置的节能降耗技术也不例外。本文以全密度聚乙烯装置调温水系统为例，研究反应器开停车过程中优化调温水加热蒸汽的可行性，并经过装置开停车的实际测试，实现了优化调温水加热蒸汽的节能降耗目标，降低了装置现场的噪声污染以及现场操作的劳动强度和工作风险。

关键词：全密度聚乙烯；节能降耗；热损失

一、调温水系统简介

某石化公司30万吨/年全密度聚乙烯装置采用UnipolPE工艺技术^[1]，即低压气相流化床聚合工艺。气态反应物（乙烯、丁烯或己烯和氢气的混和物）和惰性组分在循环气压缩机的压送下连续地循环通过注入有催化剂的树脂流化床。聚合反应的反应热由循环气带出并被外部的循环气冷却器除去。

调温水系统是一个控制温度的再循环系统。离心式调温水泵（G-4004或G-4005）使得调温水在冷却系统中循环。改变调温水冷却器（E-4007A/B）旁路调温水的量来控制进入循环气冷却器的调温水的温度。调节调温水系统的温度设定点来控制反应器床层温度。调温水系统也用于在装置初始开车时加热反应系统，通过使用喷射器向调温水中注入中压蒸汽，调温水临时可用来作为热媒，使反应器保持恒温75～88℃^[2]。

在投用中压蒸汽过程中，发现去调温水冷却器的一路调温水控制阀A保持一定开度（大约8%），说明在使用中压蒸汽加热反应器过程中，仍存在一部分调温水的热量通过循环冷却水被带走，该部分热量为不必要的热量损失。

二、节能降耗改进思路及方案实施

（一）改进思路

在调温水使用蒸汽加热过程中，反应循环回路热量分析^[3]如下：

1、热源

在开停车期间，反应循环回路的热源主要包括调温水系统加热蒸汽提供的热量Q_s、循环气压缩机（K-4003）作功转化的热量Q_k。

2、热损失

在开停车期间，反应循环回路的热损失主要体现在调温水冷却器（E-4007A/B）循环冷却水带走的热量Q_c、反应循环回路向环境散失的热量Q_e和反应器排放气体带走的热量Q_v。

在反应器恒温过程中，反应循环回路处于热量平衡状态，即

Q_s + Q_k = Q_c + Q_e + Q_v 式1

分析式1可得，Q_s、Q_c为可变量，Q_k 、Q_e 、Q_v为固定量。由于中压蒸汽的过量加入，导致多余的热量通过循环冷却水带出系统，因此，可以降低中压蒸汽流量，来消除多余的热损失。

（二）改进措施

通过反应循环回路的热量分析得知，关闭中压蒸汽手阀开度，降低中压蒸汽的流量，可以减少循环冷却水带走的热量，降低调温水控制阀A的开度。

2014年11月24日，在装置停车过程中，反应器处于恒温状态，现场关闭中压蒸汽手阀，发现反应器完全可以维持75℃恒温。

2015年1月22日，在装置准备开工阶段，反应器处于恒温状态，关闭中压蒸汽手阀，反应器可以维持85℃恒温。

通过装置开停车期间的实际测试，发现在关闭中压蒸汽的情况下，可以维持反应器恒温状态，同时调温水一路去调温水冷却水的控制阀TV-4002-2A保持一定开度（大约2%），实际运行状态表示在未投用中压蒸汽的情况下，循环气压缩机K-4003入口温度略低于反应器出口温度84.9℃，出口温度为93.2℃，循环气压缩机提供的热量设为Qk，调温水一路去循环水冷却器E-4007控制阀TV-4002-2A开度约为2%，此时被循环冷却水带走的热量为Qc'，循环气冷却器E-4002出口温度为87.2℃，维持反应器温度为85℃。该状态下的热量平衡图见图1。

图1 反应循环回路热量平衡图（未投用蒸汽）

由图1可知，未投用中压蒸汽情况下，在反应器恒温过程中，反应循环回路处于热量平衡状态，即

Q_k = Q_c^＇+ Q_e + Q_v 式2

通过式2可得，在关闭中压蒸汽的情况下，由于循环气压缩机作功提供的热量足够大，可以使反应器维持恒温状态，同时还存在一部分多余的热量需要通过循环冷却水来带走。

考虑到此次反应器开停车期间，环境温度为冬季气温，环境散失热量Q_e为全年最大值，说明该优化措施适用于全年不同季节。

三、应用效果

通过调温水加热蒸汽的优化措施，实现了维持反应器恒温情况下，加热蒸汽消耗量尽可能低的目标，同时达到了以下几方面效果：

1、降低了中压蒸汽消耗费用

在投用中压蒸汽过程中，中压蒸汽的消耗量约为9t/h。装置开车过程中，反应器恒温时间通常为5天左右，约为120小时；停车过程中，反应器恒温时间正常为2天左右，约为48小时。通过蒸汽优化措施，可以将开停车阶段的加热过程，缩减为初次升温过程的6个小时。按照正常开停车时间计算，节约中压蒸汽大概为1452吨。

以大检修复工开车为例，由于开车节点推迟五天，仅以开车过程计算，实际节约中压蒸汽达2154吨，以当时中压蒸汽230元/吨计算，节约中压蒸汽费用约为49.54万元。

2、降低了装置现场噪声污染

由于中压蒸汽通过喷射器注入调温水，会产生很大的噪声污染，该项噪声污染为装置运行过程中最大的噪音污染源。在投用中压蒸汽过程中，产生的噪声响彻整个装置，严重影响现场工作人员的身体健康，同时干扰现场工作的通讯交流，使操作人员的误操作率上升。通过蒸汽优化措施，将在很大程度上减少蒸汽投用时间，从而大大降低装置现场的噪声污染。

3、降低了现场操作的劳动强度和工作风险

中压蒸汽正常投用期间，由于开车时反应器内部逐渐产生反应热，需要分配外操人员专人负责逐步关闭中压蒸汽手阀。但是，手动关闭该阀门时，易引发反应器温度波动，造成外操人员反复操作现场手阀，一方面，增加了外操人员的劳动强度，尤其是处于开车人员分配紧张时期；另一方面，由于中压蒸汽高达290℃左右，存在高温灼伤操作人员的工作风险。通过蒸汽优化措施，明显降低了外操人员的劳动强度和工作风险。

四、结束语

随着全密度聚乙烯装置日益增多，市场同类产品供应量越来越大，降低产品成本，节能降耗越发重要。通过对装置运行状态的仔细观察和认真分析，发现了每次正常开停车过程节约中压蒸汽1452吨，同时降低了装置现场的噪声污染以及现场操作的劳动强度和工作风险。对比国内同类工艺装置操作经验，该方案创新地提出优化调温水加热蒸汽的措施，具备推广至同类工艺装置的可行性。

参考文献：

[1]唐嘉,刘俊红.浅谈聚乙烯装置的节能降耗技术及其应用[J].广东化工,2011,38(8):172,164.

[2]王学亮．流化床聚乙烯淤浆催化剂活性的研究[J]．广州化工，2014，42(9)：165—167．

[3]张丽霞.Unipol气相法聚乙烯工艺技术进展[J].合成树脂及塑料,2013, 30(4):70–73

作者简介：杨建勃（1986－1月），2009年7月毕业于中国石油大学（华东），本科，中国石油广东石化公司化工生产二部，中级工程师，全密度聚乙烯生产技术。