乙烯装置压缩机紧急停车系统压力动态模拟初探

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1、乙烯装置压缩机紧急停车系统压力动态模拟初探刘罡盛在行王振维李广华(中国石化工程建设有限公司，北京100101)摘要:基于对典型乙烯装置压缩机系统防喘振回路的分析，提出了对压缩机紧急停车时系统压力进行动态模拟的数学模型及相关求解方法，并将其应用于乙烯装置裂解气压缩机及丙烯制冷压缩机系统。通过与某乙烯装置裂解气压缩机系统现场压力数据的比对，模型的可靠性得到了验证。基于经验证的模型，对某新建乙烯装置裂解气压缩机系统停车时系统压力的变化进行了动态模拟，定量分析证实三返一防喘振回路设置旁路防喘阀、五返四防

2、喘振回路采用五段压控阀停车联锁放火炬均可使系统压力平衡时间显著缩短，降低了压缩机反转的可能性。还对某新建装置丙烯制冷压缩机系统进行了动态模拟，获得了系统的压力平衡时间，并找到了制约系统压力平衡时间的关键因素。关键词:乙烯压缩机防喘振压力平衡动态模拟压缩机“三机”作为乙烯装置的核心设备，裂解气压缩机担负着将裂解气升压，以满足产品分离所需要的压力，而2台制冷压缩机则为整个乙烯装置提供冷量，保障产品分离的实现。在实际生产中，由于驱动透平蒸汽压力波动、机械故障或遇到停水等情况，为保障设备安全，压缩机往往

3、需要紧急联锁停车［1－2］。在紧急停车时，压缩机进出口之间存在较大压差，此时需要通过打开连通压缩机各段之间的防喘阀，使高压侧的气体向低压侧泄压，以使压缩机各段之间的压力达到平衡，保证设备平稳安全停车。这一过程中，防喘阀以及防喘振回路以及相关压控放火炬阀的设置是否合理，对于能否保证设备操作安全十分重要。如果设置不当，则可能出现压力平衡不及时，压缩机过快停转甚至倒转、机组受损的情况。而对于不同段防喘阀、防喘振回路、压控阀设计合理性的验证，无法进行实际试验。因此，建立一个可以对压缩机组紧急停车时系统压

4、力进行动态模拟的模型，具有十分重要的实践意义。本研究的目的，是初步建立一个定量模型，采用实际现场数据对建立的模型进行验证，进而将通过验证的模型应用于对现场停车过程的分析，从而对实际装置裂解气压缩机组的防喘振回路设置与改进措施进行评价判断，用于指导设计改进。典型压缩机防喘振系统组成典型裂解气压缩机防喘振系统典型的顺序分离裂解气压缩机系统设置2个11．1防喘振回路，由2个防喘振阀控制，分别为三段返回一段(下称三返一)、五段返回四段(下称五返四)。其系统组成见图1。在压缩机紧急停车时，2个防喘阀分别打

5、开，分别从三段和五段向一段和四段泄放，以达到压缩机进出口压力的平衡。对于三返一防喘阀，阀前体积为从三段出口到进碱洗塔前的第一个止逆阀这段距离内所有的设备、管线体积。阀后体积为从三返一防喘阀阀后至一段吸入部分的全部设备、管线体积。在实际情况中，当压缩机紧急停车时，上游来自急冷区的进料不会中断，因此三返一收稿日期:2012－11－14。作者简介:刘罡，男，2008年毕业于清华大学化学工程系化学工程与技术专业，现在从事乙烯、煤化工工程开发与设计工作，工程师。乙烯工业第25卷·36·为五段出口至去下游前

6、第一个止逆阀，这段距离内所有的设备、管线体积。阀后体积包括碱洗塔出口、防喘阀出口至四段吸入前所有的设备、管线体积，还可能包括四段排出至五段吸入之间的设备、管线体积。在压缩机紧急停车时，碱洗塔系统一般被前后2个止逆阀从这两个防喘振回路隔离出去，不参与系统压力的平衡过程。防喘阀阀后的体积除包括压缩机一段前的设备、管线体积外，还应包括上游急冷区的汽油分馏塔、急冷水塔等设备。同时还可能包括一段排出至三段吸入之间的设备、管线体积。这部分体积应算作阀前还是阀后体积取决于防喘阀阀前、阀后系统两者压力哪一个能够

7、在压力平衡过程中先与这部分的压力平衡。对于五返四防喘阀，阀前体积图1顺序分离流程裂解气压缩机系统概略流程示意出，则设置石墙阀。以丙烯制冷系统为例，其系统组成见图2。1．2典型制冷压缩机防喘振系统典型的乙烯装置制冷压缩机系统一般为闭路循环系统，通常在各段设置防喘阀，如有段间抽图2丙烯制冷压缩机系统概略流程示意在压缩机紧急停车时，3个防喘阀，1个石墙阀分别打开，分别从一、二、四段泄放，以达到压缩机进出口压力的平衡。与裂解气压缩机系统不同的是，由于丙烯制冷系统为闭路循环系统，因此其各部分的压力实际是相

8、互关联影响的。以四段防喘阀前后为例，在紧急停车刚发生时，四段出口处的气相通过四段防喘阀向四段罐泄压，同时也在向一、二段泄压。当四段防喘阀前后压力一致时，随着四段防喘阀阀前压力的进一步下降，将出现四段罐内部的气相反向通过防喘阀向压力更低的一、二段罐泄压的情况。正是通过这种压力的相互关联，最终实现整个闭路系统的压力平衡，但也使得制冷系统的动态平衡过程变得更为复杂。22．1模型建立计算方法对防喘阀回路进行分析，在防喘阀打开后，建立描述通过防喘阀流体的流动情况的基本微分方第25卷刘罡等．乙烯装置压缩机紧