低压甲烷压缩机拆除对乙烯装置运行的影响
PART.1低压甲烷压缩机提前停机项目背景
某乙烯装置采用中石化LECT技术，经脱瓶颈改造后，装置乙烯产能由800kt/a增加到1100kt/a。扩能后深冷分离系统并联新线，需要新增1台大冷箱，受设备布置空间限制，改造后低压甲烷压缩机(K-302)需移位至两制冷压缩机一端，原低压甲烷压缩机所在位置用于布置新冷箱。
乙烯装置停车检修和扩能改造的施工时间仅2个月，而新冷箱系统的安装需要进行低压甲烷压缩机系统的拆除、新冷箱的打桩、基础养护、设备吊装、珠光砂填充、管道连接等一系列事项，这些工作需4~5个月才能完成。
针对这一改造难题，解决方案一是在全装置停车后才开始拆除低压甲烷压缩机，那么装置按拟定日期开车时，新冷箱系统将不能完成管道连接等工作，不具备投用条件，只能是深冷分离系统老线先投用，深冷新线延后投用。新冷箱的工艺和仪表管口较多，共76个，因此开车前必须在原老管线上预先做好大量甩头，并确保甩头盲端盲死。该方案不会对现有装置操作产生影响，但缺点是既增加额外工作量，又增加大量的潜在泄漏点，带来更多安全隐患。
解决方案二是在全装置停车前提前拆除K-302及其油站等，预留足够的施工时间进行冷箱打桩和基础养护等工作，使得新冷箱系统设备和管道的施工安装能够与乙烯装置其它改造施工工作同步完成，那么在拟定日期开车时，乙烯全装置均能具备投用条件。
从安全角度考虑，方案二是更优选择。但压缩机的提前停机必然会使装置部分操作参数发生变化，由此带来的影响涉及冷箱换热器操作、氢气纯度、氢气回收率、甲烷尾气去向、装置能否满负荷运行等多个方面，因此需要进行综合分析和评估。
PART.2低压甲烷压缩机提前停机后深冷系统操作参数
1.深冷系统操作参数变化
低压甲烷压缩机所在深冷分离系统的流程见图1。
来自高压脱丙烷塔回流罐的裂解气进入深冷分离系统，在冷箱和各换热器中逐级冷却冷凝，经碳三、碳二洗涤塔分别洗涤脱除碳三、碳二后，进入两级氢/甲烷分离罐分离出粗氢气及高、低压甲烷。为尽量提高氢气回收率并保证氢气纯度(摩尔分数)达到95%，2号氢/甲烷分离罐底的低压甲烷经J-T(焦耳-汤姆逊)阀等焓节流后压力(表压)降低至90kPa，经少量补氢使温度降至-169.9℃后进入冷箱提供冷量，回热至30℃后出冷箱，经低压甲烷压缩机压缩至再生气所需压力570kPa，用作再生气而后再送至燃料气系统。
低压甲烷压缩机提前停机后，为使冷箱出口低压甲烷不因压力过低而被排放到火炬系统，需要增加旁路跨线，低压甲烷经此被送至燃料气系统。为满足进入燃料气系统350kPa的压力(表压)要求，2号氢/甲烷分离罐(D-309X)罐底液相J-T阀后的压力(表压)需由原来的90kPa提高到402kPa(低压甲烷流经冷箱的压降约为52kPa)，阀后温度也将相应升高，造成冷箱7号换热器(E-317X)无足够冷量，氢气纯度(摩尔分数)低于95%。
2.调节措施
解决最冷端E-317X冷量不足、氢气纯度较低问题的最有效措施是增大补氢量，即通过加大温控阀(TV-30078)的开度来增加引入到低压甲烷中的氢气量。液相的低压甲烷节流后为气液混相，氢气的补入使得气相中的甲烷含量降低，为达到气液平衡，更多的液相甲烷汽化，而汽化要吸收热量，由于体系近似是绝热过程，因此低压甲烷物流的温度降低，从而能够在进入冷箱后为E-317X提供更多冷量，进而提高氢气纯度。
在装置维持100%负荷情况下，基于E-317X的实际换热能力，对K-302停机后不同补氢量时E-317X运行参数、粗氢纯度和氢气回收率等进行模拟计算，结果见表1。
K-302停机后粗氢纯度和氢气回收率随补氢量变化趋势见图2。
由图2可知：随着补氢量的增加，氢气纯度逐渐增大，如要保证氢气纯度(摩尔分数)与原设计一致，仍为95%，补氢量需加大到900kg/h。但增加补氢量会导致氢气回收率降低，900kg/h的补氢量对应的氢气回收率低至73.78%。乙烯装置的氢气产品除用于碳三加氢外，还送汽油加氢装置以及聚烯烃装置，多出部分送至炼油厂。氢气回收率降低将使氢气产品的外送量减少，这将影响到炼油装置的用氢量。根据装置实际情况，600kg/h补氢量下81.12%的氢气回收率在可接受的范围。
经计算，当补氢量为600kg/h时，如要使氢气产品纯度(摩尔分数)达到95%，乙烯装置负荷需要降低到81.5%。但乙烯装置降负荷既影响乙烯和下游各装置的正常操作，也影响装置产能和经济效益，因此不作为优选方案考虑。在保持乙烯装置满负荷操作情况下，补氢量增至600kg/h、粗氢纯度(摩尔分数)降低至92.88%，这些操作参数的变化对乙烯装置和下游装置所带来的影响需要进一步评估。
3.增大补氢量对乙烯装置冷箱和制冷压缩机的影响
当补氢量为600kg/h时，冷箱内除E-317X外，其它板翅换热器及冷箱外乙烯冷剂用户换热器的具体运行参数见表2和表3。
由表2可知：K-302停机后，补氢量增为600kg/h时，冷箱内各板翅换热器的运行参数变化幅度很小，因此不影响冷箱的正常换热操作。由表3可知：K-302停机和补氢量的增加对冷箱外乙烯冷剂用户换热器的运行参数也无明显影响，因此也不会影响到乙烯热泵制冷系统和丙烯制冷系统的正常运行。
4.氢气纯度降低对各装置氢气用户的影响
甲烷化后的氢气产品的去向包括乙烯装置的碳三加氢系统、下游的汽油加氢装置和聚烯烃装置，以及炼厂的炼油装置。
氢气产品纯度(摩尔分数)由95%降低到92.88%后，乙烯装置碳三加氢反应器的氢气用量会有所增加，丙烯精馏塔系统的运行参数也会有相应变化，模拟计算结果见表4。
由表4可知：氢气纯度降低后，丙烯精馏塔塔顶不凝气量增加，塔顶尾气冷凝器负荷增幅较大。经核算，塔顶尾气冷凝器能满足的最大负荷是2.705MW，因此仍能满足此时的换热要求。塔冷凝器和再沸器负荷等工艺参数虽有小幅变化，但不影响装置的正常运行。
下游聚丙烯装置的氢气用量很少，虽然氢气纯度降低，但氢气产品组分中仅甲烷含量升高，CO、O2等杂质含量无变化，因此对反应几乎无影响，仅排放量少许增加，对装置的正常操作无影响。
氢气纯度降低对聚乙烯装置的影响只是反应器需定期排放惰性组分，不会影响装置的正常运行。同样，氢气纯度降低对裂解汽油加氢装置的影响也仅是二段循环氢惰性组分的排放频率略有增加，不会影响装置的正常运行。另外，氢气纯度(摩尔分数)92.88%能够满足炼油厂的要求。
PART.3低压甲烷压缩机停机移位方案实施
经过对新冷箱系统提前施工安装方案和现场设备布置方案的进一步研究，最终确定在新冷箱提前施工期间，只需将低压甲烷压缩机的油站系统移位，而压缩机本体无需提前拆除，在完成油站移位后，低压甲烷压缩机又可重新投入运行，直至乙烯全装置停车检修。该优化方案最终选择在冬季完成实施，原因是在冬季乙烯装置投料量大，氢气产量多，能够尽量减小对下游炼厂用氢量的影响。
低压甲烷压缩机停机后，现场按照既定工艺方案，将低压甲烷尾气并入燃料气系统，同时增加温控阀和旁路阀的补氢量，使氢气纯度保持在较高值，期间乙烯装置及下游化工和炼油厂均维持稳定操作，未发生异常生产波动。油站移位用10d顺利完成，之后低压甲烷压缩机重新开车，乙烯装置恢复正常操作，同时新冷箱的打桩施工也按计划提前进行
