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本文通過對山東淄博某石油化工企業(yè)Nano-forming（NF）碳四芳烴構(gòu)化工藝生產(chǎn)線中原料氣壓縮機(jī)的高壓變頻調(diào)速項目來介紹其應(yīng)用特點和優(yōu)勢。
一、引言
NF工藝采用煉化企業(yè)的副產(chǎn)品—碳四（簡稱C4）裂解氣來生產(chǎn)富苯混芳和貧苯混芳，同時聯(lián)產(chǎn)粗丙烷或粗丁烷，在生產(chǎn)富苯混芳時還副產(chǎn)富氫干氣。富苯混芳通過抽提可以得到優(yōu)級純苯、優(yōu)級甲苯和混合二甲苯等化工原料;貧苯混芳適合于作歐IV歐V汽油的調(diào)和組分，其辛烷值可達(dá)97且基本不含硫，在市場上很暢銷。聯(lián)產(chǎn)品粗丙烷可作為丙烯原料或用于調(diào)制車用液化氣;粗丁烷可用于生產(chǎn)乙烯、丙烯和異丁烯等低碳烯烴;富氫干氣可用于制氫、蒸汽裂解制乙烯或作為燃料氣、城市煤氣使用。
總之，NF碳四芳烴構(gòu)化技術(shù)是一種能夠大規(guī)模利用碳四裂解氣副產(chǎn)資源的重要工藝，它與煉化企業(yè)相容性好，技術(shù)先進(jìn)成熟，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品增值性高，具有良好的應(yīng)用前景。
二、現(xiàn)場工藝介紹
本廠主要使用混和碳四(丁烯丁烷)做原料生產(chǎn)富苯混芳(BTX)和使用混和碳四中丁烯經(jīng)過低溫芳烴構(gòu)化生產(chǎn)貧苯混芳(高辛烷值清潔汽油調(diào)和組分)，其工藝流程主要有：加熱-高溫芳烴構(gòu)化反應(yīng)-吸收副產(chǎn)物-分離。主要流程如下圖所示：
主要原材料C4存在于油田氣、濕天然氣和裂化氣中，如石油化工輕油裂解制乙烯裝置中，聯(lián)產(chǎn)的碳四烴，約為乙烯產(chǎn)量石油煉廠催化裂化裝置所產(chǎn)的碳四烴，約占裝置處理量的6%，經(jīng)分離可得碳四。其分離獲得過程如下圖所示：
原料氣經(jīng)分離-壓縮-脫水-過濾-增壓-冷卻-脫乙烷最后得到穩(wěn)定高純度的液態(tài)輕烴-混合碳四，作為生產(chǎn)最終產(chǎn)品——苯、甲苯、BTX和高辛烷值清潔汽油調(diào)和添加劑的主要原料。
三、主要設(shè)備和裝置
主要裝置和設(shè)備由反應(yīng)、分離、吸收、換熱和化學(xué)處理等部分組成。主要設(shè)備有：一、二級分離裝置、過濾、增壓裝置、換熱器、脫水器、膨脹器、加熱爐、烴構(gòu)化反應(yīng)器等。裝置主要配套設(shè)施有：產(chǎn)品罐、吸收塔、涼水塔、循環(huán)冷卻水泵及其它公用工程、控制和運輸配套設(shè)施等。
四、原料氣壓縮機(jī)的變頻調(diào)速
原料氣(本廠主要使用C4裂解氣)，常溫下為氣態(tài)，要分離提取得到液態(tài)和100%高純度的C4混合物，必須將氣態(tài)的原料通過壓縮機(jī)壓縮為高溫液態(tài)，再經(jīng)過冷卻才能達(dá)到分離提純的條件。該廠處理量10萬噸/年的碳四氫芳烴構(gòu)化工業(yè)裝置中原料氣壓縮機(jī)配套電機(jī)參數(shù)如下：
英威騰GD5000系列矢量型高性能變頻器采用電壓源型單元串聯(lián)多電平高-高解決方案，直接6kV輸入、6kV輸出，接線簡單、控制靈活。控制系統(tǒng)采用DSP+ FPGA +ARM三核技術(shù)，對此種轉(zhuǎn)矩波動大的螺桿式壓縮機(jī)采用無PG(速度傳感器)的電壓開環(huán)(SVC)控制。一方面可輕松實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的帶重載啟動;另一方面，當(dāng)負(fù)荷波動瞬間轉(zhuǎn)矩增大時，內(nèi)置的DSP高速數(shù)字處理芯片可在100毫秒內(nèi)迅速降低運行轉(zhuǎn)速，提高輸出的電磁轉(zhuǎn)矩，防止因負(fù)載瞬間波動電流突然增大造成的設(shè)備頻繁跳閘，滿足現(xiàn)場運行工況要求。此外，對原料提純分離中的壓縮機(jī)組使用高壓變頻調(diào)速還有如下幾大優(yōu)勢：
1、電機(jī)為額定頻率60Hz的變頻電機(jī)，采用直驅(qū)方式，中間省去了增速箱等附屬裝置，降低了系統(tǒng)損耗。使用變頻傳動，滿足轉(zhuǎn)速輸出要求，其輸出頻率范圍0.5～120Hz，頻率分辨率0.01Hz;提高了傳動效率和控制精度。
2、采用DCS集中控制，起停采用現(xiàn)場硬接線按鈕，不僅滿足了設(shè)備運行的安全可靠，而且還提高了工藝流程優(yōu)化調(diào)整和監(jiān)控的實時性和靈活性。其系統(tǒng)控制圖如下所示：
3、原料氣儲罐容積有限從而造成壓縮機(jī)吸氣壓力不穩(wěn)定，負(fù)荷隨時間無規(guī)律波動。使用變頻調(diào)速可在壓縮機(jī)出口加裝壓力傳感變送器，變頻器可根據(jù)負(fù)荷變化實時調(diào)整運行轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)輸出壓力恒定的閉環(huán)控制。運行頻率越低，制冷壓縮機(jī)的能耗也越低，從而在滿足工藝要求的條件下能實現(xiàn)一定的節(jié)能降耗;
4、化工企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備繁多，經(jīng)常大批量同時啟動時容易造成廠內(nèi)母線電壓陡降，引起設(shè)備欠壓跳閘。GD5000系列變頻器具有優(yōu)良的抗電網(wǎng)電壓波動性能。網(wǎng)側(cè)電壓在+10%～-15%之間波動時可做到滿載輸出。同時具有AVR功能，能夠根據(jù)母線電壓的波動自動調(diào)整輸出電壓。網(wǎng)側(cè)電壓在短時間小于85%～65%額定值或大于110%～120%額定值時，高壓變頻器降額運行不停機(jī)，可保證壓縮機(jī)持續(xù)運行;
5、作為工藝循環(huán)中的關(guān)鍵負(fù)載，GD5000系列變頻器具有功率單元工作情況(溫度、直流母線電壓、電流等)的實時監(jiān)控和單元自動旁路功能。
五、結(jié)束語
螺桿壓縮機(jī)不僅具有純旋轉(zhuǎn)透平機(jī)械(容量的高速性、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、無慣性力、無振動)的優(yōu)點，同時兼有活塞式機(jī)械簡單而運行特性穩(wěn)定的特點。壓縮是無油的，氣體沒有污染，反之，已經(jīng)存在于氣體中的雜質(zhì)和液體組分對螺桿壓縮機(jī)沒有多大干擾。所以目前化工行業(yè)特別是石化行業(yè)在壓縮含雜質(zhì)成分多或濕度大的原料氣時，越來越多的采用螺桿式壓縮機(jī)。
另一方面，為完全適應(yīng)螺桿式壓縮機(jī)的低壓大排量和高壓小排量特性和提高系統(tǒng)的總體效率，大功率壓縮機(jī)采用效率高的高壓電機(jī)拖動、用高壓變頻器做電氣傳動及通過聯(lián)軸器直連的方式，能有效的提高電氣和機(jī)械傳動效率，從而滿足化工行業(yè)的工藝優(yōu)化和節(jié)能需求。
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