节能技术在乙烯存储系统中的比较和应用

节能技术在乙烯存储系统中的比较和应用
徐玲芳
【摘要】乙烯是石油化学工业中最重要的基础有机原料之一。

通常乙烯采用低温常压存储，因此存储的能耗对乙烯储运的运行成本影响较大。

本文通过对低温乙烯存储系统中不同的工艺能耗进行了分析和比较，发现节能技术的应用能回收乙烯冷量，有效的降低乙烯存储的能耗，为低温乙烯存储系统中的节能技术的应用提供参考。

%Ethylene is one of the most important basic organic raw materials in petroleum chemical industry. Storage of ethylene usually adopts low pressure and cryogenic storage technology, so energy consumption of ethylene storage has greater impact on the running costs of ethylene storage. It was found that the application of energy-saving technologies can recover cold energy, and reduce energy consumption effectively from analyzed and compared energy consumption of different processes, which provide a reference for the application of energy saving technology in low-temperature ethylene storage system.
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2015(000)005
【总页数】3页(P176-178)
【关键词】低温乙烯;存储;节能
【作者】徐玲芳
【作者单位】南京扬子石油化工设计工程有限责任公司，江苏南京 210048
【正文语种】中文
【中图分类】TE08
本文基于低温乙烯存储系统中的几种节能技术进行比较和讨论，典型的低温乙烯存贮装置主要为以下几个系统:①卸船系统;②存储系统;③液化回收系统;④乙烯汽化输出系统。

通常码头至储罐的距离较长，又由于低温乙烯存储为常压存储，因此外界热量的吸收会引起管路及罐内乙烯的蒸发，从而影响后系统的能耗。

另外，液化回收系统需要冷量进行液化，而乙烯汽化输出系统需要热量进行汽化，将汽化输出系统的冷量回收利用至液化系统中也是节能技术的关键。

因此，节能技术在乙烯存储系统中的应用主要为保冷节能和冷量回收。

1 保冷节能
乙烯存储过程中产生的BOG 主要来自卸船时管道吸热产生的BOG，储罐吸热产
生的BOG，大气压变化产生BOG 以及液体充装时产生的BOG。

前两者的BOG
量可以通过保冷措施来降低。

通常管道保冷有聚苯乙烯泡沫、泡沫玻璃、聚乙烯泡沫、硬质聚氨酯泡沫(PUR)、聚异氰脲酸酯(PIR)、酚醛泡沫等［1］。

由于PUR 和PIR 具有导热系数低，绝热
性能好的特点，比较适用于低温管道的保冷。

PIR 的使用温度范围广，PUR 最高
使用温度在－65 ～80 ℃，因此低温管道做双层保冷，内层为PIR，外层为PUR。

保冷厚度计算可采用表面温度法、最大允许冷损法和经济厚度计算法［2］。

储罐保冷一般內罐采用泡沫玻璃等支撑，罐壁夹层采用珠光砂和弹性玻璃棉毡;吊
顶采用玻璃纤维或矿棉绝热［2］。

保冷厚度计算以储罐日蒸发量不大于0.08%为设计基础［3］。

2 冷量回收
传统的低温乙烯流程见流程图1，即系统产生的BOG 通过BOG 压缩机压缩，冷
冻机冷凝后进行减压闪蒸，闪蒸气体回BOG 压缩机二段，闪蒸液体回低温乙烯罐。

当下游需要气相乙烯时，通过改变工艺流程来降低系统的能耗。

下面以某项目为例，比较5 种工艺流程下的能耗。

工艺参数:
乙烯下游输送量:20 t/h，温度为20 ℃，压力33 barg。

卸船量为300 m3/h，管道长约3.1 km，管道及罐子的冷损失约210 kW。

蒸汽规格:6 barg，165 ℃。

2.1 乙烯直接蒸汽汽化
低温乙烯经输送泵加压后，进入汽化器加热至20 ℃后，送至下游装置。

具体流程见图1。

图1 乙烯直接蒸汽汽化流程图
2.2 乙烯换热器交换(有闪蒸)
BOG 压缩机加压后的BOG 与泵出口的乙烯进乙烯冷凝器进行热交换，冷凝后的
压缩液体进闪蒸罐闪蒸后气体回压缩机二段入口，液体回低温乙烯罐。

换热后的低温乙烯再进入乙烯汽化器升温至20 ℃后送至下游装置。

具体流程见图2。

图2 乙烯冷凝器流程(有闪蒸)
2.3 乙烯换热器交换(无闪蒸)
BOG 压缩机加压后的BOG 与泵出口的乙烯进乙烯冷凝器进行热交换，冷凝后的
压缩液体直接回低温乙烯罐。

换热后的低温乙烯再进入乙烯汽化器升温至20 ℃后送至下游装置。

具体流程见图3。

图3 乙烯冷凝器流程(无闪蒸)
2.4 换热器、节能器交换
泵出口的低温乙烯分别经过乙烯节能器及乙烯冷凝器进行热交换后，再进入乙烯汽
化器升温至20 ℃后送至下游装置。

具体流程见图4。

图4 乙烯节能器流程
2.5 乙烯空温汽化器
低温乙烯在进入汽化器之前，先经过乙烯冷凝器和空温汽化器汽化后，直接进入乙烯过热器升温至20 ℃后送至下游装置。

具体流程见图5。

图5 乙烯空温汽化器流程
3 能耗分析
采用Aspen plus 8.2 对以上5 种工艺进行了模拟，模拟结果见表1 和表2。

其中表1 为输出部分所需蒸汽的能耗比较，表2 为压缩液化工艺部分所需的能耗比较。

表1 不同工艺下蒸汽能耗的比较工艺流程入乙口烯温汽度化/器℃能汽耗化/器
kW蒸(汽k g用/h量)/能节耗约/%直接蒸汽汽化－98.6 3125 5450 0交乙换烯(换有热闪器蒸) －67.1 2719 4742 13交乙换烯(换无热闪器蒸) －67.1 2719 4742 13乙烯节能器－68.2 2766 4824 11.5乙烯空温汽化器－10 1727 3010 44.8
表2 不同工艺下BOG 压缩能耗比较工艺流程段B(Ok流gG/量 h一)/段B(Ok流gG/量 h二)/B缩耗O机G/k 能W压丙缩耗烯机/k压能W冷耗乙却/烯k能W
能节耗约/%直接蒸汽汽化2417 3141 246 296 124 0交乙换烯(换有热闪器蒸) 2417 3141 246 / 124 44.4交乙换烯(换无热闪器蒸) 3420 3420 303 / 169 29.1
乙烯节能器 2332 2332 205 / 114 52.1乙烯空温汽化器3420 3420 303 / 169 29.1
从表1 中可知，当汽化20 t/h 至20 ℃的液态乙烯时，所需能耗为3125 kW，需要6 barg 蒸汽5.45 t/h。

采用乙烯换热器交换，汽化器能耗为2719 kW，所需
蒸汽4.742 t/h，节约蒸汽13%。

采用节能交换，汽化器能耗为2766 kW，所需
蒸汽4.824 t/h，节约蒸汽11.5%。

采用乙烯空温汽化器，汽化器能耗为1727
kW，节约蒸汽44.8%。

可见，4 种冷量回收的工艺都能降低蒸汽能耗。

在外界输入热量相同的情况下，由于工艺不同，导致回低温罐的闪蒸量不用，从而影响了系统产生的BOG 量。

从表2 中可知，直接蒸汽汽化液化能耗为666 kW。

采用乙烯换热器交换(有闪蒸)液化能耗为370 kW，节约能耗44.4%。

采用乙烯换热器交换(无闪蒸)液化能耗为472 kW，节约能耗29.1%。

采用乙烯节能器液化能耗为319 kW，节约能耗52.1%。

采用空温汽化器液化能耗为472 kW，节约能耗29.1%可见，4 种冷量回收的工艺液化所需能耗都大大降低。

由表2 可见，乙烯换热器交换(有闪蒸)的液化能耗比乙烯换热器交换(无闪蒸)低，
从理论上分析，更有利于节能。

但从现场操作过程看，由于输出乙烯需通过三通阀调节分流乙烯进行换热，对三通阀控制的要求较高，否则会使乙烯过冷后进闪蒸罐，使闪蒸罐的压力降低，导致压缩机出口压力不能达到目标值。

因此，在采用乙烯换热交换工艺中，通常采用无闪蒸的工艺比较可靠，运行更加稳定。

根据两表数据显示，乙烯节能器工艺及乙烯空温汽化器工艺相对而言更具有节能优势。

由于乙烯空温汽化器占地面积大，一次性投资高，但在投资及占地面积允许的条件下，与乙烯节能器比较还存在着一定的优势。

表3 为几种工艺的经济效益分析。

以循环水单价为0.3 元/吨，电费单价以0.6 元/(kW·h)，蒸汽单价以220 元/吨，年操作时间按8000 h 计。

表3 乙烯节能器工艺、乙烯空温汽化器工艺经济效益比较水费/电费/蒸汽费总计/节约费万元万元用/万元万元用/万元直接蒸汽汽化5.47 260.16 959.2 1224.83 /乙烯(冷有凝闪器蒸交)换 5.47 118.08 834.6 958.15 266.68乙烯(冷无凝闪器蒸交)换 7.46 145.4 834.6 987 237.83乙烯节能器 5.03 98.4 849 952.43 272.4乙
烯空温汽化器7.46 145.4 529.8 682.66 542.17
从表3 可知，采用空温汽化器比乙烯节能器每年节省费用约270 万元。

采用空温
汽化器，设计能力为20 t/h 时，设3 组汽化器，其中2 组循环切换，一次性投资
约700 万元。

由此可见，采用空温汽化器相对节能器工艺而言，可在3 年内回收成本，为工厂节约能耗，带来可观的经济效益。

4 结论
(1)采用以上4 中节能工艺在一定程度均能有效的减少装置的能耗。

相对而言，采用乙烯节能器工艺和乙烯空温汽化器工艺更具有节能优势。

(2)在投资及占地空间允许的条件下，乙烯空温汽化器工艺可考虑应用。

参考文献
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［2］陈雪阳.低温乙烯储运系统节能设计［J］.广州化工，2013，41(9):181－183.
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