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1、重整离心压缩机组过程分析及节能优化探讨摘要：本文通过分析影响装置两台离心机组能耗的因素出发，对过程 适当简化后进行分析。结果表明，在满足工艺及机组安全稳定运行要 求的前提下，可通过减小 K202 一段和二段防喘阀开度、降低压缩机 各入口空冷冷后温度、加强部分管线保温、降低系统压降、用氢流程 优化五种途径降低压缩机的能耗。依据本装置目前的实际情况，提出 对空冷 A201、A202、A203 进行改造使冷后温度可控及再生部分用氢 流程改动的建议。关键词：离心机组；过程分析；节能 (综观全文，应该改题名为压缩机组过称热力学分析，因为所有过程 均进行的是热力学分析，动力学几乎没有什么涉及，所以应该加深
2、过 程的动力学方面的分析和探讨。)催化重整是石油炼制的主要生产过程之一，用于生产高辛烷值汽 油、富氢气体及芳烃等产品。中石化青岛炼油化工有限公司于2008 年建造并一次投产成功的1500Kt/ a连续重整装置，采用UOP三代超低 压连续重整反应与再生工艺技术。装臵共有2台多级离心压缩机组， 分别是重整循环氢压缩机K201( BCL904+BCL905 )和增压氢压缩机K202 (BCL707+BCL708 )。重整产物分液罐D201顶气体经K201一段4级压缩 后进入二段5级压缩，出口气体一部分作为循环氢在反应系统中循环 使用；一部分作为臵换气进入四反底部臵换由四反下落的催化剂上所 携带的烃类
3、；剩余部分气体经空冷A202至分液罐D202分液，D202顶部 气体经增压机K202一段7级压缩后，再经空冷A203冷却，进入K202二 段入口分液罐D203分液，再进入二段8级压缩后，与经泵升压后的重 整生成油进行再接触。再接触罐D204顶分离出的氢气一部分至装置再 生部分用作还原气、再生剂提升气和闭锁料斗增压气使用。另一部分 经脱氯后，少量去本装置预加氢部分作为补充氢，其余部分进氢气管 网供加氢装置使用。两台机组均以3.5MPa蒸汽驱动的背压式汽轮机（K201背压为0.45MPa, K202背压为1.0MPa ）为其驱动机，其设计技 术参数如表1、表2所示【1】。由表可知两台汽轮机组设计汽
4、耗约为 176T/h，是装置3.5MPa蒸汽耗汽大户。另外，这两台压缩机组的表1. K201驱动机（NGS40/32）技术参数运行点主轴进汽排气功率KW转速r/min流量T/h压力MPa(G)温度C压力MPa(G)温度C额定点7317528782.3683.54000.6220正常点6092457070.2363.54000.6220其他点7317528793.13.33.80.7223调速范围70% 105%最大连续转速 r/min5551电子跳闸转速 r/min5972表2. K202驱动机（NGS50/40）技术参数运行点主轴进汽排气功率KW转速r/min流量T/h压力MPa(G)温度C
5、压力MPa(G)温度C额定点8144.47625131.763.54001.1276.63正常点64517050105.83.54001.1276.8其他点8144.47625169.23.33801.2279调速范围70% 105%最大连续转8006速 r/min电子跳闸转速 r/min8646机械跳闸转速 r/min8807安全稳定运行对装臵反应系统的稳定至关重要。因此通过各种途径使其既能安全稳定运行，又能减少运行能耗是本装臵节汽工作的重点。1. 影响因素分析影响K201、K202能耗和安全稳定运行的因素很多。由工艺方面考 虑，K201需完成循环氢输送和重整产氢一段压缩的任务，K202需完
6、成 将K201出口的重整产氢增压送至氢管网的任务。由伯努利方程可知， 流体的循环和增压过程除需克服流体经过系统的阻力外，还需提供工 艺系统所需的位头、速度头和压力头。对于气体输送，属于可压缩流 体流动，一般情况位头、速度头变化可忽略不计，但压头和阻力损失 与流体具体流动过程有关。压头损失应根据等温、绝热等多种不同过 程通过流体的P-V-T关系积分计算。由范宁摩擦方程可知，对特定的 管路系统，系统阻力/P二BXQ2,式中Q为流体的体积流量。B为流体 f v v性质（如密度、粘度等）及流体流经的相应管路、设备性质（如表面 粗糙度、形状等）的函数。一般而言，流体密度、粘度及管路的表面 粗糙度越大，B
7、值越大。气体在管内流动，密度和速度沿管长变化， 故总的阻力损失需将管线微分后计算出阻力后积分得出。由机组安全 稳定运行方面考虑，K201、K202均为离心式压缩机，必须避开喘振工 况。喘振是离心压缩机的一种特殊现象，与其结构尺寸、输送的气体 性质及具体的工况等有关。对于任何一台固定结构尺寸的离心机而 言，当其转速和出入口气体性质及状态固定时，存在一个最低流量， 当压缩机入口流量低于此数值时，就会产生喘振。离心机转速降低、 进气温度过高、进气压力减少、进气分子量、密度或粘度减小等因素 使叶轮产生的离心力减小，导致入口段压差减小，不利于将气体吸入 压缩机内，可能导致入口流量低而发生喘振；在同样叶轮
8、离心力下， 出口管线排气不畅或出口压力升高等因素会使排气量减少，从而使入 口气体流量减少也可能引起喘振。综上所述，影响K201、K202能耗和安全稳定运行的主要为其各段 进出口气体的流量、性质、状态及其输送气体所经管路、设备等的压 头和阻力损失。上述因素并不是相互独立的，而是互相影响并为非线 性关系。对本装臵而言，系统内气体的流动可近似视为稳态湍流状态（依据？应该通过Re确定）。依据装置的设计数据【2】，气体的压缩因 子变化范围为0.9981.0018，可近似视为理想气体。系统内气体在 压缩机和控制阀内的流动过程近似为绝热过程。气体沿保温良好管线 流动无阻力和热量损失，可认为其状态不变。忽略）
9、202、D203、D204 气体的凝液对重整产气量的损失。依据这些假定对本装置离心机组的 压缩过程进行过程热力学分析，再依据实际工况对其结果进行修正， 找到使K201、K202既能安全稳定运行且满足工艺要求，又能节能降耗 的途径。（考虑到使用的假定均将其考虑成为热力学的分析，其实是 热力学分析，假定了以后对其分析不够，系统做的不够大，没有太考 虑气体的实际的所有的状态参数，分析力度还不够，应该加强。）2. 过程分析稳态流动过程流体的所有参数仅随空间位置的改变而改变，与时 间无关。因此在某一特定工况下，K201、K202的各段进出口气体的流 量、性质、状态等可近似认为都是常数。为满足工艺要求及机
10、组稳定 运行，一些参数值是必须严格约束的，本文称其为过程约束量。而另 外的一些参数可以在一定范围内进行调节，本文称为过程非约束量。2.1 过程约束量分析K201的进口压力由重整反应产物分液罐D201压力决定，而重整反 应产物分液罐D201压力是关系到装置平稳操作及反应性能的重要控 制参数，工艺要求必须稳定，其设计值为024MPa。K202的二段出口压力由氢气管网决定，固定为2.1MPa。重整反应及再生工艺所需的各种用氢的约束参数如表3所示。其 中重整循环氢是为了保持重整催化剂的稳定性，它能起到从催化剂上 将积碳前身物清除的作用，从而减小积碳的速度，同时使石脑油以较 快的速度通过反应器，并使由于
11、吸热反应产生的温降减少。因此循环 氢量决定于催化剂上允许的积碳速度，而积碳速度又与反应的苛刻度 有关。根据实际情况选用不同的循环氢量，可以使反应在经济合理的 条件下进行操作，但在实际操作中由于受到压缩机排量的限制，并为 了避免操作的波动，一般很少进行调节。本装置设计的满负荷精制油 处理量178.6T/h时的循环氢量为127177Nm3/h,目前正常操作一直维 持在120000 Nm3/h左右。重整产氢量主要取决于重整油处理量、原料油性质、重整反应苛 刻度、催化剂水氯平衡等因素，另外也取决于管网用氢的需要。在正 常操作中主要取决于重整处理量及反应苛刻度，当处理量及苛刻度一定时，可近似认为是常数，
12、本文设定为xNms/h。由前所述，工艺要求D201压力必须稳定，因此重整产氢必须经K201 段增压后再由K202 继续增压全部送至管网，增压氢量过少或过多D201压力都无法稳定， 因此K201、K202各段出、入口气量受到重整产氢量的约束。另外K201、 K202各段为了防喘，其入口流量必须大于发生喘振时的最小流量。 K201作为循环氢压缩机，其出口循环氢及置换气经反应系统返回入 口，流量远远高于正常工况下K201发生喘振时的流量。K202有自己的 防喘振控制系统，在其一、二段出口均设置了防喘振控制阀。当其入 口流量低于喘振时的流量时，防喘控制阀会打开将出口气返回入口防 止机组喘振。由机组的设
13、计参数和日常正常操作所得的数据分析，其 一段入口最低流量约为90000Nm3/h,二段入口最低流量约为 75000Nm3/h。本文假定由一段防喘振阀返回气量为y Nms/h,二段防喘 振阀返回气量为z Nm3/h，其大小由防喘振阀开度决定。置换氢、还原氢、增压氢、提升氢和预加氢补充氢为装置反应及 再生部分的提供用氢，其流量要求必须稳定。K201出口压力主要由反应系统的压降、D201压控工艺要求及K202 的稳定运行要求决定。K201作为重整反应循环氢压缩机，反应系统压 降越小则循环氢回路系统的阻力损失越小，所需的K201的出口压力就 越低。K201出口又作为K202的入口，其压力过低可能导致K
14、202一段压 比过高发生喘振，危及K202机组的安全运行。由机组的设计参数和日 常正常操作所得的数据分析，K201的出口压力在0.57MPa左右，本文 设定其为0.57MPa。K202的一段进口压力由K201的出口压力及系统阻力损失决定。由 前所述，K201出口压力稳定在0.57MPa左右，工艺上不允许波动太大。 当K202一段进口压力、二段出口压力和转速固定的情况下，其一段出 口压力也应稳定在设计值1.07Mpa左右。依据上述约束条件，将K201、K202系统的各部分氢气的约束条件 列出，如表3所示。表3、K201、K202系统过程约束量表用途流量（Nm3/h）最低压力（MPa）最高压力（M
15、Pa）重整循环氢约 1200000.240.57重整置换气7000.240.57再生还原气36800.242.1再生剂提升气8300.242.1再生增压气平均约为7500.242.1预加氢补充氢平均约为75022.1重整产氢约为定值，令其为x0.242.1K202 段氢x+y,=900000.571.07k202二段氢x+z,=750001.072.12.2 过程非约束量分析K201入口气体性质主要取决于重整原料性质、重整反应苛刻度、 催化剂水氯平衡、入口分液罐D201的温度和压力等因素。K202一段入 口气体性质取决于K201的出口气体性质和其入口分液罐D202的压力 和温度。二段入口气体性质主要取决于K202一段出口气体性质和其入 口分液罐D203的压力和温度。重整反应发生的裂化反应越低、生成的 小分子烃类越少，入口分液罐的温度越低，压力越高，贝K201入口气 氢纯度越高，密度及粘度越小。当重整原料、催化剂性质及反应苛刻 度基本不变的情况下，重整反应生成物的组成基本不变。D201压
