低温甲醇洗丙烯制冷系统冷量控制
刘学武，李春莲，高兴东
（鄂尔多斯市国泰化工有限公司，内蒙古 杭锦017418）
［摘要］ 介绍鄂尔多斯市国泰化工有限公司400 kt/a甲醇项目低温甲醇洗丙烯制冷系统制冷及冷量分配原理，并就生产过程中丙烯制冷系统冷量控制与分配方面提出相关的操作调节建议和措施。
［关键词］ 低温甲醇洗；丙烯制冷系统；冷量分配；丙烯压缩机；冷量控制
［中图分类号］ TQ 025.4 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）06-0060-03
鄂尔多斯市国泰化工有限公司400 kt/a甲醇项目净化装置采用丙烯制冷技术为低温甲醇洗系统提供所需的冷量，丙烯循环量约25 000 m3/h。
自2015年8月19日投用后，冷量充足，系统运行相对比较稳定，但冷量控制方面却存在一些问题。如：2015年8月21日，由于系统入口温度控制过低，达到-39.6 ℃，且丙烯压缩机负荷与低温甲醇洗系统负荷不均衡，导致丙烯压缩机一段入口分离器大量带液，并失去控制，最终触发联锁，引起丙烯压缩机跳车事故。类似的事故还有很多，虽然并不是太致命的问题，但若处理不当，仍然会对生产造成很大的影响。
1 制冷原理及冷量分配
丙烯制冷是利用丙烯液体汽化时的吸热效应实现制冷的。当液体处于密闭容器内时，若此容器内除了液体及其蒸气外不存在任何其他气体，那么液体和其蒸气在某一压力下将达到平衡，此时的气体称为饱和蒸气，所具有的压力称为该温度下的饱和压力，温度称为饱和温度，饱和压力随温度的升高而升高。如果将一部分饱和蒸气从容器中抽出，液体就必须再汽化一部分为蒸气以维持这种平衡。液体汽化时，需要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜热来自被冷却的对象，它使被冷却对象变冷或者使其维持在某一低温。为使上述过程能持续进行，必须不断地从容器中抽出蒸气，再不断地将液体补充进去，而通过一定的方法把蒸气抽出而后又使其凝结成液体再回到容器中就能满足以上循环过程。从容器中抽出的蒸气，如果直接凝结成液体，所需冷却介质的温度比液体的蒸发温度还要低，而通常希望蒸气的冷凝过程在常温下实现，因此需要将蒸气的压力提高到常温下的饱和压力，这样制冷介质将在低温低压下蒸发产生制冷效应，并在高温高压下冷凝向环境或冷却介质放出热量。因此，制冷循环由介质汽化、蒸气升压、高压蒸气冷凝和高压液体降压4个过程组成。
据设计，公司丙烯制冷系统（其流程见图1）的冷量控制及分配情况如下：来自低温甲醇洗工序的-38 ℃气体丙烯，压力约0.13 MPa（A），进入压缩机一段入口丙烯分离器（V3151），气体中的液滴分离出来后以2 5049 m3/h进入丙烯压缩机（C3151）一段进口；来自省功器（V3154）温度约-7 ℃、压力约0.45 MPa（A）的丙烯气体进入丙烯分离器（V3152），分离气体中的液滴后以11 257 m3/h补入丙烯压缩机（C3151）二段进口，与一段出口气体混合后以36 306 m3/h进入二段入口继续压缩；气体丙烯经二级压缩后，出压缩机（C3151）的气体压力升至1.88 MPa(A)，温度约91.6 ℃，依次进入一级丙烯水冷器（E3151）、二级丙烯水冷器（E3152），最终降温到20 ℃，冷却介质为循环冷却水；丙烯气通过循环冷却水冷凝成液体后，靠重力自流排入丙烯收集罐（V3153）；出丙烯收集罐（V3153）的液体丙烯经省功器（V3154）后减压至0.45 MPa（A），温度降至-7 ℃，丙烯蒸气带走热量进入闪蒸分离器（V3152）进行气液分离，液体丙烯分两路分别进入过冷器（E3154）管程和壳程，壳程丙烯经减压并带走管程丙烯的热量后进入压缩机一段入口丙烯分离器（V3151）进行气液分离，管程丙烯经深冷至-20 ℃后送至低温甲醇洗系统进行减压闪蒸，为低温甲醇洗系统提供冷量。
图1丙烯制冷系统流程简图
在这个过程中，为了抵消低温甲醇洗系统及管道摩擦等产生的热量，有如下两类冷量补充：① 丙烯压缩机（C3151）做功加压，随后逐级减压闪蒸，并发生相变，产生冷量，且随着丙烯压缩机（C3151）负荷的调整，这部分冷量也随之变化；② 通过循环冷却水补充冷量将丙烯由气相转化为液相，可根据需要通过改变循环冷却水的流量来调整所补充的冷量。
2 冷量控制分析
2.1 几股丙烯流量的调节
进入压缩机一段入口分离器（V3151）的丙烯气体包括以下几部分：A、来自低温甲醇洗系统的气相丙烯，这部分气体的气量比较稳定，约25 049 m3/h，温度-38 ℃、压力013 MPa（A）；B、来自过冷器（E3154）壳程的气相丙烯，这部分气体的气量也比较稳定，约500 m3/h，温度-36 ℃、压力0.13 MPa（A）；C、来自一级丙烯水冷器（E3151）的气相丙烯，温度40 ℃、压力1.88 MPa（A），这部分丙烯的主要作用是补充压缩机（C3151）一段入口丙烯流量，防止C3151发生“喘振”，因此其流量并不固定，会随时根据工况进行调整，而且由于这部分丙烯的温度较高，其流量的变化对C3151的入口温度影响极大；D、来自丙烯收集罐（V3153）的液相丙烯进入V3151后闪蒸为气相丙烯，液相温度-7 ℃，气相温度随着其流量的增加而降低，压力由1.88 MPa（A）逐渐降至0.13 MPa（A），这部分丙烯主要用来抵消来自E3151的高温丙烯所携带的热量，以控制C3151一段的入口温度，因此这部分丙烯的流量也不是固定的，应根据工况及时调整。
更多内容详见《中氮肥》2016年第6期