摘要：丙烯制冷压缩机系统是一个封闭的系统，采用中压蒸汽驱动的离心式压缩机。本装置丙烯制冷压缩机为系统提供-40℃、-24℃和-7℃三个不同温度等级的丙烯冷剂，为烯烃分离各用户提供冷量。影响丙烯机负荷的主要影响因素有：冷剂用户负荷、丙烯纯度、循环水温度以及汽化乙烯量。
关键词：丙烯；压缩机；制冷
前言
丙烯制冷压缩机是烯烃分离装置核心设备之一，采用中压蒸汽驱动的离心式压缩机。为考虑全厂蒸汽平衡，最终采用背压蒸汽式。本装置丙烯制冷压缩机为系统提供-40℃、-24℃和-7℃三个不同温度等级的丙烯冷剂，为烯烃分离各用户提供冷量。自原始开工以来，丙烯机负荷是制约装置进料量的重压因素，可以说丙烯制冷压缩机的运行情况直接决定了整个装置的经济效益。
1、丙烯机制冷原理及工艺流程
丙烯制冷压缩机是一个封闭的循环系统，介质为纯度99.6%的丙烯。通过压缩使气相丙烯压力升高，经冷凝器使气相丙烯变为液相丙烯，同时降低温度。再用节流、膨胀原理，使液态丙烯在节流阀中降压，使其液相沸点降低。通过蒸发，使液态丙烯在换热器中，蒸发成气态丙烯，吸收用户的热量，达到制冷的目的。
丙烯制冷压缩机三段出口气体经丙烯制冷剂冷凝器用循环水冷凝至40℃进丙烯制冷剂中间罐。丙烯制冷剂中间罐的丙烯液体进入2#乙烯产品汽化器作为热源汽化聚合级乙烯产品。
丙烯冷剂节流至7℃，分别为低压脱丙烷塔冷凝器、干燥器进料激冷器提供冷量，被汽化后的丙烯气进丙烯制冷压缩机三段入口罐。多余丙烯液体经节流进丙烯制冷压缩机三段入口罐。
在丙烯制冷压缩机三段入口罐中丙烯冷剂进行气液分离。气相分成两股，一股返回到丙烯制冷压缩机三段入口；另一股作为乙烯精馏塔再沸器的热源，全部冷凝，进入E1507再沸器丙烯凝液罐，节流至-24℃后进丙烯制冷压缩机二段入口罐。液体分三股，一股进1#乙烯产品汽化器作为热源，与来自聚合级乙烯储罐的乙烯换热；一股为EVA驰放气提供冷量；一股进冷箱）提供热量，被过冷后的丙烯进丙烯制冷压缩机二段入口罐。
在丙烯制冷压缩机二段入口罐中，丙烯进行气液分离。气相分两股，一股返回到丙烯制冷压缩机二段入口；另一股作为乙烯精馏塔侧线再沸器提供热源，全部冷凝后，进再沸器丙烯凝液罐。再沸器丙烯凝液罐液相经节流至-40℃，为乙烯精馏塔冷凝器提供部分冷量。
丙烯制冷压缩机二段入口罐液相进一步分别节流至-40℃，为脱甲烷塔冷凝器（、脱甲烷进料激冷器、吸收塔冷凝器、吸收塔一中段冷却器、吸收塔二中段冷却器、脱乙烷塔冷凝器、乙烯精馏塔冷凝器提供冷量，汽化后的丙烯气进丙烯制冷压缩机一段入口罐。
在丙烯制冷压缩机一段入口罐中，丙烯进行气液分离。气相进丙烯制冷压缩机一段入口。经一段压缩后，与进丙烯制冷压缩机二段入口罐的气相混合进入二段入口。经二段压缩后，与进丙烯制冷压缩机三段入口罐的气相混合进入三段入口。经三段压缩后，用循环水冷凝，构成丙烯制冷循环。
2、影响丙烯机负荷的因素
根据能量守恒定律：N+N1+N2+N3=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7 式中：N-压缩机功率，N1-N3-冷剂用户负荷，Q1-Q7-丙烯机中回收介质冷量的换热器负荷。
2.1冷剂用户负荷
装置运行过程中，N1至N3负荷升高，冷剂蒸发量增加，丙烯机一段吸入压力升高，为保证冷剂冷凝器效果，会提高丙烯机转速，导致压缩机功率N增加。为平衡掉增加的负荷，必须开大丙烯机出口冷凝器循环水，导致循环水流量上升。
2.2循环水温度
丙烯制冷压缩机出口冷却器E1701管层介质为循环水，循环水流量越大，循环水温度越低，则取走的热量越多，冷凝的液相丙烯温度越低。压力及温度越低单位丙烯冷剂节流效果越好，为冷剂用户提供的冷量越大，此时丙烯冷剂用量越少，一段吸入压力越低，整个丙烯机系统负荷越低。
2.3丙烯纯度的影响
正常运行状况下，丙烯制冷压缩机内丙烯纯度≥99.6mol%，当换热器内漏、一级密封气改为中压氮时，丙烯机内丙烯纯度降低。由表1可知，换热器E1406、E1605、E1517内漏时，丙烯中重组分增加。表现为：一、吸入介质密度增加，在换热器中汽化时，吸收的热量低于丙烯，各冷剂用户阀门开度增加，功耗增大，机组运行效率下降；二、吸入带液，液体在压缩过程中汽化，体积膨胀，损坏压缩机叶轮，振动、位移增大造成联锁停车；三、一段吸入罐远传液位计出现液位指示，正常运行情况下，一段吸入罐无液位操作，重组分多积聚在-40℃用户釜式换热器中，进入一段吸入罐积液导致温度压力平衡破坏。
2.4乙烯汽化量的影响
乙烯汽化器由1#乙烯汽化器和2#乙烯汽化器组成，1#、2#乙烯汽化器冷介质均为储罐的聚合级乙烯。1#乙烯汽化器加热介质为丙烯制冷压缩机三段入口罐节流至-24℃的液相丙烯。2#乙烯汽化器加热介质为循环水冷凝后的液相丙烯。
1#、2#乙烯汽化器在丙烯机系统内担任Q3、Q2的角色，通过汽化乙烯回收乙烯中的冷量。当汽化量减少时，丙烯机负荷升高。
3、原因分析
3.1设计参数与实际运行数据
本装置-40℃丙烯用户中，E1501、E1506的负荷分别占丙烯机总负荷的16.77%、43.83%，是决定丙烯机运行的重要用户。T1501与设计相差较大的为回流量，比设计值高处35.53%。此偏差原因是反应气中轻组分较设计值高，为保证塔顶组分中不带入C3组分，需较大的回流量，导致E1501负荷较高。T1502与设计偏差较大的是进料温度，较设计温度高出22.89℃，本装置正常运行状况下无绿油生产，无C2洗导致进料温度升高，导致回流比比设计高19.73%，而设计乙烯产品中的乙烷含量400ppm，实际中乙烷含量<350ppm。塔釜乙烷中乙烯损失设计为0.5mol%，实际为0.029mol%，进一步增加了乙烯精馏塔的负荷，导致E1506负荷较高。
3.2全年环境温度变化
我司共有循环水空冷器9台，循环水温度控制26-29℃，2019年7月份夏季循环水空冷器全开后，温度最高33℃，此时装置甲醇进料量平均159.134t/h，循环水温度达31℃后，丙烯机调速阀全开，转速到达最高可调转速4568rpm，丙烯机无调节余量，一段吸入压力最高达42Kpa。装置只能通过降负荷的手段，保证丙烯机平稳运行，严重影响装置经济效益。
3.3其他因素影响
不合格乙烯回炼、驰放气返回量、罐区乙烯平衡线均可通过影响乙烯精馏塔的负荷的方式影响丙烯机负荷。乙烯汽化量减少时，丙烯机回收冷量降低，负荷升高。
4.改进建议
1、降低乙烯产品指标：丙烯机负荷较高时，乙烯产品中的乙烷含量控制指标可放宽至450ppm，通过减小T1502回流比的方式降低丙烯机负荷；
2、增大乙烯精馏塔侧沸器负荷：乙烯精馏塔侧沸器回收冷量后，进入塔顶冷凝器，为塔顶冷凝器提供液相丙烯。同时，根据全塔热量守恒，提高侧沸器负荷可降低重沸器负荷。
3、不合格乙烯回炼时间选择：不合格乙烯回炼时，尽量选气温较低的时间段进行，以免环境温度和乙烯塔负荷共同影响丙烯机负荷。
4、反再单元松动介质改为蒸汽：反再单元松动介质改为蒸汽后，进入压缩单元的轻组分相应减少，E1501负荷相应减小。
5、乙烯球罐投用喷淋降温：投用喷淋降低乙烯球罐压力，通过乙烯平衡线返回的乙烯减少，乙烯塔负荷相应降低。