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Unipol气相聚乙烯装置经济技术指标研究及控制措施

范文

张佰运吕明李宏冰

摘 ? ? ?要：某石化线性低密度聚乙烯装置采用的是气相流化床生产工艺技术，自装置开工以来，技术人员通过反应优化、技术改造、低标准整治等多种方法使装置生产水平及生产周期持续提高，并且装置经济技术指标持续改善，达到行业一流水平。论述了装置能耗、物耗的一些计算控制方法，并列举了一些节能降耗的措施，最后通过数据比对分析得出各项措施的有效性，对同类装置生产有借鉴意义。

关 ?键 ?词：气相流化床;聚乙烯;物耗;能耗

中图分类号：TQ 028 ? ? ? 文献标识码： A ? ? ?文章编号： 1671-0460（2019）12-2911-04

Abstract： A petrochemical linear low-density polyethylene device adopts a gas phase fluidized bed production process technology. Since the startup of the device， the technicians have continuously improved the production level and production cycle by various methods， such as reaction optimization， technical transformation， and low-standard remediation. And the economic and technical indicators of the device were continually improved， reaching the industry's first-class level. In this paper， some calculation and control methods for energy consumption and material consumption of the device were described， and some measures for energy saving and consumption reduction were enumerated. Finally， the effectiveness of each measure was determined through data comparison analysis.

Key words： Gas phase fluidized bed; Polyethylene; Material consumption; Energy consumption

某石化线性低密度聚乙烯装置设计生产能力为45万t/a，操作弹性60%～110%，年生产时间8 000 h。自开工生产以来，通过不断地生产研究和控制优化使装置的反应系统停工次数及时间大幅度减少，开工率从93.84%提高到98.86%，挤压造粒系统年停工次数下降16%，年综合能耗由103.99 kg Eo/t降至86.75 kg Eo/t，年综合物耗由1 014.8 kg/t降至1007.04 kg/t。有效的措施使装置经济技术指标得到持续改善，装置稳定运行时间不断延长。

1 ?物耗、能耗分析计算研究

1.1 ?物耗控制因素

在装置生产过程中，生产流程及控制的复杂性会导致部分原料的损失，因此物耗控制的目标是尽可能降低原料损失量，同时还要减少产品的过程损耗。原料中乙烯形成分子主链，丁烯（又称共聚单体）形成支链，而氢气作为链终止剂消耗量极低，所以其消耗不计入物耗计算内。因此，装置的物耗是指乙烯和共聚单体单耗之和。装置物耗计算公式如下：

对于生产过程中造成原料损失的因素包括：系统开工前流程置换、反应器超压排放、精制床再生泄压、回收率控制水平、停工后反应器放空等等。从降低原料消耗方面分析，有效的控制措施主要是通过优化操作减少反应器的日常排放、进行长周期生产控制研究减少停工次数、合理的降低精制床再生频率、通过膜回收技术改造提高原料的回收率等几个方法;从控制树脂产量方面分析，一是实现高负荷稳定生产，二是通过多项措施减少废料的产生和降低全生产过程的成品损失[1]。

1.2 ?能耗系数对控制的影响

1.2.1 ?能耗系数

装置生产消耗的能量主要包括水、电、汽、风四种大项中的多种物料，依据生产工艺不同，各项物料消耗占比存在差异，而每种物料的能量折算值也不相同，即系数不同。仪表风是装置消耗量前三位的动力物料之一，但由于氮气的系数约为仪表风的4倍，导致氮气能耗高于仪表风[2]。可见，对于能耗的高低，系数起着决定性作用。装置常用动力物料系数见表1。

在生产操作上，控制能耗并不只是关注消耗量大的物料，还要考虑高系数物料的影响。例如，同等负荷下燃料气的消耗量每多增加1 t，则对能耗的影响相当于循环水增加用量10 000 t。相比于高系数低用量的燃料气，蒸汽则属于较高系数、用量较大的物料，因此对此类物料的关注和调整显得十分必要。

2 ?負荷结构对能耗、物耗控制影响

理论上，在相同生产条件下，树脂产量越高则能耗、物耗越低。但在实际生产中，不能只是简单强调产量的作用而不加以分析。比如，在装置的设计阶段，高生产能力装置将采用功率更大的设备，流程的改变可能引入新的动设备;开停车物料排放量大，故障处理过程动力原料将保持更大的运行流量;高负荷生产可能使反应器内催化剂的停留时间变短，三剂费用增加等问题[3]。同样地，在已经设计确定生产能力的装置内，高产量对能耗和物耗的作用强弱会受到以下三种因素的影响：

（1）产量相同，连续稳定的长周期运行效果要好于波动生产。气相流化床反应器降负荷过程尤其是快速降低过程会引起反应气体的短时间超压排放;诱导冷凝剂短时间内无法降低至正常含量而诱发分布板堵塞，进而导致流化状态变差，块料增多等问题。停车和开车过程会造成大量反应原料的损失，使物耗大幅度升高。短时间停车，除电量消耗明显降低，其余动力原料基本保持不变，使能耗大幅度升高。即使开车后提高负荷，短时间内也无法使能耗和物耗达到最优。以生产DFDA-7042为例，反应器开工过程中管线置换，每次大约损失乙烯139.7 t，丁烯36.2 t，开工前3天内各项动力物料基本保持运行，能耗提高约200 kg Eo/t（以冬季为例，夏季略低）。装置正常生产阶段与开工阶段能耗和物耗对比见表2。

（2）在高负荷生产情况下，应研究如何降低成品树脂的损失。装置生产过程中产生的废料包括粉料、落地料、水涝料和饼料四种。粉料是指通过粉料振动筛筛除的块料;落地料是指通过颗粒振动筛筛除、馏出口采样、料仓采样和净化细粉过程产生的粒料和粉料;水涝料是颗粒冷却水帶出的细粉料;饼料是挤压机开车阶段排出的熔融树脂。其中，落地料和水涝料会随着产量的升高和产品质量的提高相应增加，但在废料中的占比较低;在挤压机开车过程中，控制每次开车拉料的数量，可以减少饼料的产生。粉料在废料中的占比超过80%，成为装置控制废料的研究重点。通过对反应器产生块料的原因进行跟踪分析研究，适当降低PDS停留和出料时间、稳定生产负荷、优化诱导冷凝剂用量从而减少分布板堵塞几率等多种方法，大幅度减少了反应器废料的产生。

（3）同时，经过对粉料振动筛扩网技术改造，将边长1.9 cm方形编织筛网更换为直径2.5 cm冲压圆孔筛网，进一步降低了块料的产生。两种措施效果明显，在产能大幅度提高的前提下使粉料量减少174.1 t/a，废料量的减少，直接使得2018年综合物耗较2017年降低0.44 kg/t。2017年与2018年装置废料产生量对比见表3。

（4）通过对动力物料消耗的研究，确定能够最大程度降低能耗、物耗的负荷区间。以装置使用的LCM450H型挤压机为例，挤压机主电机功率与负荷关系见图1（生产DFDA-7042，调节门开度36.8%，熔融泵入口压力0.2 MPa）。

由图1可见，功率与负荷成线性关系，但是当挤压机负荷达到约50 t/h以上时，功率随着负荷的增加而变缓，所以挤压机保持在50 t/h以上负荷运行，并且逐渐升高产量，则对电耗的控制有利。如果生产负荷长时间保持在50 t/h以下，或出现持续的负荷波动，则挤压机效率较低，电耗较高。同样地，对某项物料与负荷关系的研究也可以找出较低能耗下的负荷区间，对装置整体能耗控制有利[4]。

3 ?能耗、物耗控制的重要因素及其他控制措施

3.1 ?电耗控制的重要性

统计全年线性低密度聚乙烯装置能耗数据，居前三的分别为电、循环水、氮气，其中电耗约占总能耗的66%，是控制能耗的关键因素（装置主要能耗项目占比情况见图2）。

稳定生产条件下，提高生产负荷过程一般不会导致水、汽、风用量的增加，这时的输送泵、排放气压缩机、挤压机系统、颗粒输送风机的实际功率上升且高功率工作时间延长，出现整体电消耗量上升情况，而循环气压缩机的功率与固定反应器床重条件下的导叶开度相关，一般不会随负荷变化而变化。

依据能耗计算公式，产量增加而消耗不增加使高负荷阶段除电以外的其他动力物料能耗下降非常明显，这一点从不断降低的电能耗在整个能耗中的占比却不断上升可以判断。不同负荷下电量、电耗及占比情况见表4。

以共聚单体干燥床C-1004为例，再生加热过程需要增加电量7 304 kW·h，装置共10个精制床需要定期再生，通过合理的计算可以保证在安全控制的条件下减少再生频率，减少电耗;解决粒料风机送料过程中旋转阀气托而进行低转速运行的问题，减少风机在线使用时间;尽可能保证挤压机负荷在50 t/h以上运行，提高运行效率。

3.2 ?技术改造对能耗、物耗控制作用

装置开工以来，进行了多项技术革新，对能耗、物耗的控制效果较为明显，这些改造基本在不增加新的消耗条件下进行。主要有以下几种：

（1）滚瓶间伴热形式改造

催化剂滚瓶间原伴热形式为低压蒸汽伴热，现更换为低压蒸汽与返回凝液交替伴热，这种伴热方式不仅对装置返回凝液进行回收再利用，而且还大大降低了低压蒸汽的使用量。改造后，在伴热使用周期（254 d）内，可降低低压蒸汽使用量约1.2 t/h，按照装置满负荷生产计算，能耗降低约1.07 kg Eo/t。计算公式如下（低压蒸汽系数见表1）：

能耗降低量=降低量×使用时间×系数/产量=1.07 kg Eo/t

（2）增加尾气回收装置

利用新增加的深冷膜回收技术可以将原回收系统无法回收的乙烯、共聚单体、诱导冷凝剂和氮气进行分离、回收、再利用[5]。该技术的动力来源为少量的凝液废热及排放气压缩机正常工作产生的压力，从而不产生新的能耗和物耗。投用后可以回收乙烯约73.13 kg/h，丁烯约70.31 kg/h，按照满负荷生产计算，降低物耗约2.55 kg Eo/t。计算公式如下：

（3）增加高压凝液闪蒸罐

高压蒸汽在本装置内唯一作用就是为挤压机系统提供热源，并且经过系统后形成凝液排出装置。由于返回的凝液具有较高热量和压力，直接排出装置会造成高热量浪费，所以装置增设一套高压凝液闪蒸罐设备将高压凝液闪蒸为低压蒸汽，之后进行使用。增加该设备后，可节约低压蒸汽0.5 t/h，改善能耗约0.59 kg Eo/t。

3.3 ?优化控制对能耗、物耗控制作用

通过对各项操作参数的跟踪与研究，及时对控制条件进行调整，可以有效改善物料的消耗。根据近几年实际调整总结出以下几项主要措施：

（1）反应系统波动导致超压时，将原操作利用循环气管路泄放的操作方法来降低反应器压力改为通过减少PDS出料时间从而将压力泄放到出料系统内再返回回收系统的操作方法，这种操作的改变大大降低了循环气体的损失，节约了原料改善了物耗;

（2）在膜回收技术改造之前，通过对原回收系统回收罐压力的研究，将压缩机出口压力由1.28 MPa提高至1.5 MPa。在设备安全的前提下，提高了气体组分的液化压力条件，使部分处于超压排放的烃类气体重新液化回收，改善物耗约1.2 kg/t;

（3）循环气压缩机的功率受导叶开度的影响，在循环气流量可以完成流化撤热的区间内，及时的降低导叶开度可以防止床层过高细粉夹带量大的问题，还可以改善压缩机的电耗;

（4）低压火炬由于燃烧不完全而出现黑烟现象时，使用中压蒸汽的水煤气反应控制黑烟现象。中压蒸汽全开用量达到25 t/h以上，投用1 h可增加能耗33.78 kg Eo/t（设计生产能力56.25 t/h，系数见表1），对能耗的影响非常大。现将中压蒸汽的启停与排放量建立聯锁能够最大限度的降低中压蒸汽的投用时间，可以最大幅度的控制装置能耗。

3.4 ?降低动力物料措施

装置能耗在同等生产负荷条件下，通过不断的减少动力物料损失，使能耗不断改善。主要有以下措施：

（1）低压火炬水封罐是装置生产水的主要消耗部位，通过将水封罐的伴热温度由60 ℃降低至10 ℃控制，减少生产水的蒸发损耗。调整前每个生产日约消耗4.7 t，调整后约消耗0.13 t。依据不同树脂添加剂析出的不同，脱盐水用量在2～7 t/h波动调整，及时调整脱盐水的用量，降低脱盐水损耗;

（2）正产生产条件下，诱导冷凝剂的使用量平均值约9.5 kg/h，使用量小且为间断进料。将精制系统的进料泵由连续运行改为间歇运行，电机运行时间降为原来的2.8%，减少了泵的运行损耗和电耗;

（3）通过对高压蒸汽用户的优化调整，在不影响生产的情况下，将高压蒸汽用量由2.4 t/h调整为1.2 t/h，一项调整降低能耗1.88 kg Eo/t，效果明显。

4 ?结论

了解能耗、物耗计算，发现能耗物耗控制的重要性。通过分析研究，掌握了影响装置经济技术指标的相关条件，经过长时间的调整及优化，不断地改善装置物耗能耗指标，为同类装置提供一定的借鉴。

参考文献：

[1] 王文.高压低密度聚乙烯装置能耗分析及优化[J].石油化工技术与经济，2015（6）：41-44.

[2] 刘景睿.气相法聚乙烯装置能耗的影响因素及节能对策[J].石化技术，2013（4）：48-50.

[3] 胜喜梅.聚乙烯装置能耗分析及降低措施[J].石化技术，2012（1）：35-38.

[4] 李晓平.高压聚乙烯二装置能耗分析及节能措施[J].甘肃石油和化工，2010（1）：28-30.

[5] 姜立良.聚乙烯排放尾气的回收和利用[J].石油化工设计，2015（3）：61-64.

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