摘 要：讨论了甲醇制烯烃工业装置丙烯制冷压缩机干气密封在开停工过程中存在的问题，提出并实施了相应的技术改造措施，保证丙烯制冷压缩机开工调整稳定运行，降低装置丙烯损失。
关键词：丙烯制冷压缩机 ; 干气密封 ; 技术改造 ; 丙烯损失
甲醇制烯烃技术中烯烃分离装置负责对MTO产品气进行分离，从而生产出聚合级乙烯、丙烯产品，供下游生产装置利用[1]。丙烯制冷压缩机作为烯烃分离装置的核心，负责为精馏系统提供必要的制冷源[2]。可以说，丙烯制冷压缩机的运行情况直接决定了装置的运行稳定性，随着近几年商业化应用，也暴露出了一些问题。例如，某新建烯烃分离装置丙烯制冷压缩机在开停工期间，氮气作为丙烯压缩机主密封气源，并入丙烯压缩机工艺系统，导致丙烯制冷压缩机开工期间，丙烯冷剂温度不稳定，直接影响烯烃分离丙烯冷剂用户运行，同时氮气存于丙烯制冷压缩机系统，需及时排放丙烯压缩机系统不凝气至火炬系统，造成大量丙烯损失。
通过对某新建1 800 kt/a甲醇制烯烃装置丙烯制冷压缩机干气密封系统的流程分析、研究，确定了改造方案，并经生产实践，确定了更改干气密封气源后丙烯制冷压缩机稳定运行的良好效果。
1 丙烯制压缩机干气密封开停工状态
1.1 干气密封
气体密封多年来一直是个难以解决的问题，而干气密封突破了密封润滑油的限制，是密封技术的一次革命。由于干气密封属于非接触式密封，不受PV值的限制，因此干气密封特别适合作为在高速高压条件下的大型离心压缩机组轴封，而且其所需的气体控制系统比接触式密封的油系统要简单得多。
丙烯制冷压缩机系统是一个密闭循环系统，提供三级制冷。整个机组采用润滑油站供油润滑，压缩机的轴端密封采用干气密封，透平采用杭州汽轮机厂生产的全凝式汽轮机[3]。主密封气和隔离气流程如下：
1.1.1 一级密封气
一级密封气经过滤器过滤达到精度要求后，经过压力调节阀调至高于平衡管和火炬压力后进入缸体两端的一级密封腔。一级密封气体绝大部分经迷宫返回到机内，阻止机内气体外漏污染密封，少量气体经过密封端面泄漏至第一级密封排气腔。
1.1.2 二级密封气
氮气经过滤器过滤达到精度要求后，再经压力自调阀进入二级密封腔。此部分气体中少量通过密封端面泄漏到二级密封排气腔，到室外放空；另外大部分气体经迷宫密封泄漏到一级密封排气腔，与一级密封泄漏气混合后放火炬。
1.1.3 隔离气
经过滤器过滤后的氮气进入隔离气室，经后置迷宫的前端后与二级密封端面泄漏的气体混合，引至安全地点放空。
1.1.4 放火炬气
一级密封泄漏气与大部分二级密封气的混合气分别经流量计后放火炬。
1.2 丙烯压缩机开工干气密封状态
①投用隔离气。打通隔离气流程，使隔离气的流量维持在9.45 Nm3/h。②投用一级密封气。投用一级密封气开工中压氮气，打开氮气阀门，控制氮气流量为40.3 Nm3/h。③投用二级密封气。投用二级密封气低压氮气，使缓冲气流量维持在21.5Nm3/h。④火炬排放。全开火炬排放阀，排放压力约0.036 MPa为正常。⑤一级密封气切自身。当丙烯压缩机三段排出压力稳定且高于1.0 MPa时，打开三段排出至一级密封气阀门，关闭一级密封气开工中压氮气。
1.3 丙烯压缩机停工干气密封状态
当丙烯压缩机停车后，三段排出压力下降，应及时打开一级密封气开工中压氮气，关闭丙烯机三段排出至一级密封气阀门。
2 存在问题及改造措施
2.1 存在问题
按照上述常规丙烯压缩机开停工干气密封投用流程，导致大量氮气进入丙烯制冷压缩机工艺系统，丙烯制冷压缩机开工暖机到三段排出压力高于1.0 MPa大约需要1 h(正常状态下)，三段排出压力高于1.0 MPa后关闭开工中压氮气，投用自身密封气。氮气进入丙烯制冷压缩机工艺系统，导致丙烯机三段排出温度过高，各级别丙烯冷剂温度达不到设计温度，影响烯烃分离装置整个系统稳定运行。将丙烯制冷压缩机内不凝气排至火炬系统，提高丙烯制冷压缩机丙烯纯度，各级别丙烯冷剂温度逐渐到达设计温度，在此过程中大量丙烯排至火炬系统，造成丙烯损失，初步估算大约排放约5 t丙烯。
2.2 改造措施
为此，对常规丙烯制冷压缩机干气密封流程进行分析、改造，考虑利用丙烯保护床汽化丙烯加热系统，将过热气相丙烯引至主密封气，而不是在开停工阶段使用中压氮气，防止大量氮气进入丙烯制冷压缩机工艺系统，从而保证丙烯制冷压缩机系统稳定运行，降低丙烯损失。根据丙烯制冷压缩机干气密封数据表，由装置丙烯保护床加热器管道引一条DN25管线至丙烯制冷压缩机主密封气，开工及停工阶段，使过热的气相丙烯进入丙烯制冷压缩机干气密封系统，替代中压氮气，防止氮气进入丙烯制冷压缩机工艺系统。
2.3 开工气相丙烯投用及切除步骤
丙烯制冷压缩机在停机后打开中压氮气阀1，关闭三段排出至一级密封气阀2，启机后当丙烯制冷压缩机三段排出压力正常后由打开三段排出至一级密封气阀2，关闭中压氮气阀1，见图1。停工至开工期间内大量氮气积聚丙烯制冷压缩机内，只有通过排放或循环返至前系统，造成大量丙烯损失。通过技改技措，增加过热气相丙烯线至丙烯制冷压缩机主密封气管线，用于停工和开工阶段使用，降低丙烯损失。
1.中压氮气一级密封气切断阀 2.三段排出至一级密封气切断阀
图1 丙烯制冷压缩机干气密封常规流程图
改造后的丙烯制冷压缩机开工工艺流程：关闭三段排出至一级密封气阀5和开工中压氮气阀4，建立开工液相丙烯→丙烯加热器1→丙烯过热器2→一级密封气阀3，开工气相丙烯以一定流量加热器过热器进入丙烯制冷压缩机干气密封系统，当丙烯制冷压缩机三都排出压力达到1.0 MPa后，打开三段排出至一级密封气阀5，关闭开工气相丙烯阀3。丙烯制冷压缩机停工，投用开工液相丙烯→丙烯加热器1→丙烯过热器2→一级密封气阀3，关闭三段排出至一级密封气阀5，见图2。
在丙烯制冷压缩机开工及停工阶段，投用开工气相丙烯应为过热状态，防气相丙烯带液损坏机组干气密封，这也是为什么不用丙烯球罐顶部的气相丙烯线的主要原因。
1.0.46 MPa蒸汽加热器 2.0.46 MPa蒸汽过热器 3.气相丙烯切断阀 4.中压氮气一级密封气切断阀 5.三段排出至一级密封气切断阀
图2 丙烯制冷压缩机干气密封改造后流程图
3 改造后的效益分析
通过对丙烯制冷压缩机干气密封系统改造，改变了丙烯制冷压缩机开停工期间干气密封使用中压氮气，实现丙烯制冷压缩机内开停工期间无不凝气。根据某新建1 800 kt /a甲醇制烯烃装置丙烯制冷压缩机近期实际开停工运行数据，在一个开工周期内，共减少放火炬丙烯5 t，稳定开工时间缩短3 h，即降低系统放火炬调整时间3 h。丙烯按市场价7 000元/t，共计节约3.5万元，1 800 kt /a甲醇投料按70%负荷计算，甲醇进料量160 t/h，甲醇按市场价2 000元/t，共计节约96万元，经过此次改造，每次开工或停工阶段都将节省约99.5万元。
4 结束语
通过对丙烯制冷压缩机干气密封进行改造，采用一条过热气相丙烯至丙烯制冷压缩机主密封气，防止氮气进入丙烯制冷压缩机工艺系统，具有良好的可行性及可观的经济效益。相比改造前工况能大大缩短稳定开工时间，节省了开车成本。
参考文献：
[1] 王松汉.乙烯装置技术与运行[M].北京:中国石化出版社,2009:31-33.
[2] 李祚辉.探讨甲醇制烯烃(MTO)装置丙烯制冷压缩机稳定运行[J].科技资讯,2015(12):88-89.
[3] 许荣玉,肖瑞兵.丙烯压缩机干气密封系统的改造[J].安徽化工,2014,40(6):63-66.
