丙烯精馏塔系统控制优化
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丙烯精馏塔系统控制优化
邹生耀刘荣
(扬子石化巴斯夫有限责任公司江苏南京市210048)
摘要:通过对当前S&W双塔丙烯精馏控制系统存在的缺陷及当前操作难点分析,找出影响系统操作的根本原因,提出控制优化方案,并在实际生产中运用,节省装置能耗。
关键词:丙烯精馏控制优化
扬子石化巴斯夫有限责任公司裂解装置采用S&W工艺生产,原设计能力为600Kt/a 乙烯和300Kt/a 丙烯。2005年5月投产,2010年4月装置运行5年后停车大修,并对裂解装置进行扩能改造,于2010年6月开车成功。装置改造后生产能力扩大为740 Kt/a 乙烯和396Kt/a 丙烯。在本次改造中,急冷水塔波纹塔盘开孔率增加20-30%,丙烯精馏塔和丙烯提汽塔的MD塔盘改为增强型的EZMD塔盘。
改造投产后,急冷水塔釜温度只有74℃左右,比设计的84℃低了10℃左右,丙烯精馏塔系统因为塔釜再沸器急冷水温度偏低,在正常运行过程中,需要投用急冷水加热器,消耗大量低压蒸汽(25t/h),同时由于系统控制不稳,还常常发生塔釜丙烯损失加大,塔顶丙烯产品中丙烷浓度大幅波动现象。
1. 丙烯精馏系统流程及控制
1.1 目前丙烯精馏系统流程及控制说明
优化控制前丙烯精馏系统流程图
丙烯精馏系统由丙烯精馏塔(C540)和丙烯提汽塔(C530)两座塔系统组成。
来自碳三反应器出料罐V520的碳三在FC5201流量控制下进入丙烯精馏塔的第152块塔盘。丙烯产品在丙烯精馏塔的第8块塔盘侧线通过回流罐液位LC5331与采出流量
FC5201串级控制采出。塔顶气相分成二股,一股经过E535/536冷凝器冷凝,冷凝液返回至设置在高处的回流罐(V555),每台冷凝器中设有一个2”的不凝气排放管线,不凝气排放至回流罐;另一股在塔顶压力PC5502控制下进入一根4”管线旁路冷凝器将气相丙烯引入回流罐,在塔压高时,将部分气相丙烯引入回流罐,通过回流罐顶部的不凝气冷凝器
E551冷凝,从而分流部分塔顶冷凝器的负荷。在回流罐V555顶部设置一冷凝器E551提纯不凝气,将部分丙烯冷凝后返回回流罐,不凝气在FC5331流量控制下返回裂解气压缩机段间。回流罐凝液在液位LC5331与流量FC5332串级控制下返回C540塔顶。
丙烯精馏塔塔釜设置一再沸器E540,利用E530后的次级QW来加热,节能能源。精馏塔塔釜产品通过P550泵在塔釜液位LC5351与流量FC5351串级控制下作为丙烯汽提塔C530的进料。汽提塔顶气相则返回精馏塔釜。汽提塔塔釜产品作为提纯后的丙烷产品在流量FC5301控制下返回裂解炉。在汽提塔釜设置有再沸器E530,利用一级QW来加热。汽提塔釜液位LC5173在与热值JC5173串级控制下通过增减QW的加热流量来实现。E530和E540的热值分配则通过TC5373的控制来进行。通过一选择开关选择精馏塔顶压力
PC5502或回流罐压力PC5331控制器来控制冷凝器旁路阀的开度。
1.2 鲁姆斯公司300kt/a装置丙烯精馏系统流程
鲁姆斯丙烯精馏系统流程简图
鲁姆斯丙烯精馏系统同样也有二座塔系统组成。在丙烯塔进料前有一甲烷提汽塔,脱除进料中的氢气、甲烷和碳二等轻组份。因此,丙烯精馏塔进料中不含有不凝气组份,丙烯精馏塔顶不设不凝气脱除塔盘,丙烯产品产出直接从回流罐产出。
塔釜压力通过调节塔顶冷凝器冷却水流量来控制合适的塔顶冷凝量,通过灵敏板丙烯组份浓度来控制再沸器加热量,通过回流罐液位来控制丙烯产出量,通过塔釜液位来控制丙烷产出量。
1.3 两种流程控制的主要差异
这二种流程都有不凝气脱除系统,鲁姆斯流程是在丙烯精馏塔进料前通过甲烷提汽塔来脱除;S&W工艺则是在精馏塔顶增加8块塔盘来脱除不凝气。
S&W工艺采用双塔丙烯精制,更适合大型乙烯装置,鲁姆斯单塔丙精精制则适合小型乙烯装置。
鲁姆斯公司丙烷精馏塔的控制更容易实现。它的塔釜加热量是由灵敏板的丙烯含量组份来控制的,当进料负荷改变,或进料组成改变、或回流量改变时,导致灵敏板上丙烯浓
度改变,可自动调节塔釜再沸器热值,从而确保塔釜产品中丙烯浓度合格。当塔釜加热量增加或进料增加时,塔压会上升。当塔压上升时,通过增加塔顶冷凝器的冷却水开度来控制塔压的稳定,当塔压进一步上升时,可通过回流罐放火炬来降低回流罐压力,增大冷凝器的有效冷凝面积来增加冷凝量控制塔压。在塔压控制稳定情况下,塔顶冷凝量与塔釜加热量及进料是匹配的,当回流罐液位上升时,说明塔顶丙烯产出量需要增加,在产出增加时,塔顶回流也同样需要增加。当塔釜液位上升时,如果灵敏板丙烯组成是正常的,则说明丙烷产量增加,需增加塔釜丙烷产出量。
而对于S&W双塔丙烯精馏控制系统,因为S&W公司认为,冷却水流量的控制会造成换热器的结垢,因此,冷凝量是不控制的。假设在回流罐不凝气排放量是与塔顶不凝气含量是匹配的,且塔釜丙烷产出量与进料中的丙烷含量是匹配的情况下,现有的控制方案仍然是可行的。回流罐不凝气排放量合适,则回流罐顶冷凝器E551冷凝量是合适的,回流罐的压力则是稳定的;如果塔釜丙烷产出量与进料中的丙烷含量是匹配的,则塔釜液位的变化即可确定塔盘中下降液相量的变化,如果液位变化,则塔釜加热量则应该随之变化。
在假定塔顶不凝气排放量与塔釜丙烷产出是合适的,且精馏塔处于稳定运行情况下,如果进料量增加,或回流增加、或进料组份变化,导致塔釜液位上升,则塔釜液位控制器与热值的串级控制,可以自动增加再沸器的热值。当进料增加或塔釜再沸器热值提高,引起塔顶压力上升,如果回流罐压力是稳定的,则在塔顶压力与回流罐压力差值的上升趋势,推动塔顶冷凝器E535/536内液位下降,冷凝器的有效冷凝面积增加,塔顶气相丙烯冷凝量增加,从而使塔顶压力下降,使塔顶压力趋于稳定。因为冷凝量的持续增加,导致回流罐的液位上升,回流罐的液位与塔顶侧线丙烯产出及回流串级控制,引起塔顶丙烯产出和塔顶回流量的增加,从而使系统趋于稳定。
上述控制理论是建立在回流罐不凝气排放量与塔顶不凝气含量是匹配的且塔釜丙烷产出与进料中的丙烷含量是匹配的基础上的,实际运行过程中是无法实现的。
2. 丙烯精馏塔系统运行状况分析
2.1 当前典型的运行状况
在正常运行过程中,塔顶丙烯中的丙烷大幅波动、塔釜丙烷中的丙烯含量偏高、回流罐的液位大幅波动、塔压波动幅度较大。
附图是回流罐液位与丙烯产出和回流量串级前的典型的运行曲线。