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本文通過(guò)對山東淄博某石油化工企業(yè)Nano-forming（NF）碳四芳烴構化工藝生產(chǎn)線(xiàn)中原料氣壓縮機的高壓變頻調速項目來(lái)介紹其應用特點(diǎn)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(jiǎn)稱(chēng)C4）裂解氣來(lái)生產(chǎn)富苯混芳和貧苯混芳，同時(shí)聯(lián)產(chǎn)粗丙烷或粗丁烷，在生產(chǎn)富苯混芳時(shí)還副產(chǎn)富氫干氣。富苯混芳通過(guò)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汽油的調和組分，其辛烷值可達97且基本不含硫，在市場(chǎng)上很暢銷(xiāo)。聯(lián)產(chǎn)品粗丙烷可作為丙烯原料或用于調制車(chē)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碳四芳烴構化技術(shù)是一種能夠大規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，產(chǎn)品增值性高，具有良好的應用前景。
二、現場(chǎng)工藝介紹
本廠(chǎng)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(guò)低溫芳烴構化生產(chǎn)貧苯混芳(高辛烷值清潔汽油調和組分)，其工藝流程主要有：加熱-高溫芳烴構化反應-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(chǎng)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(guò)程如下圖所示：
原料氣經(jīng)分離-壓縮-脫水-過(guò)濾-增壓-冷卻-脫乙烷最后得到穩定高純度的液態(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和添加劑的主要原料。
三、主要設備和裝置
主要裝置和設備由反應、分離、吸收、換熱和化學(xué)處理等部分組成。主要設備有：一、二級分離裝置、過(guò)濾、增壓裝置、換熱器、脫水器、膨脹器、加熱爐、烴構化反應器等。裝置主要配套設施有：產(chǎn)品罐、吸收塔、涼水塔、循環(huán)冷卻水泵及其它公用工程、控制和運輸配套設施等。
四、原料氣壓縮機的變頻調速
原料氣(本廠(chǎng)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(guò)壓縮機壓縮為高溫液態(tài)，再經(jīng)過(guò)冷卻才能達到分離提純的條件。該廠(chǎng)處理量10萬(wàn)噸/年的碳四氫芳烴構化工業(yè)裝置中原料氣壓縮機配套電機參數如下：
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(xiàn)簡(jiǎn)單、控制靈活?？刂葡到y采用DSP+ FPGA +ARM三核技術(shù)，對此種轉矩波動(dòng)大的螺桿式壓縮機采用無(wú)PG(速度傳感器)的電壓開(kāi)環(huán)(SVC)控制。一方面可輕松實(shí)現低轉速、大轉矩的帶重載啟動(dòng);另一方面，當負荷波動(dòng)瞬間轉矩增大時(shí)，內置的DSP高速數字處理芯片可在100毫秒內迅速降低運行轉速，提高輸出的電磁轉矩，防止因負載瞬間波動(dòng)電流突然增大造成的設備頻繁跳閘，滿(mǎn)足現場(chǎng)運行工況要求。此外，對原料提純分離中的壓縮機組使用高壓變頻調速還有如下幾大優(yōu)勢：
1、電機為額定頻率60Hz的變頻電機，采用直驅方式，中間省去了增速箱等附屬裝置，降低了系統損耗。使用變頻傳動(dòng)，滿(mǎn)足轉速輸出要求，其輸出頻率范圍0.5～120Hz，頻率分辨率0.01Hz;提高了傳動(dòng)效率和控制精度。
2、采用DCS集中控制，起停采用現場(chǎng)硬接線(xiàn)按鈕，不僅滿(mǎn)足了設備運行的安全可靠，而且還提高了工藝流程優(yōu)化調整和監控的實(shí)時(shí)性和靈活性。其系統控制圖如下所示：
3、原料氣儲罐容積有限從而造成壓縮機吸氣壓力不穩定，負荷隨時(shí)間無(wú)規律波動(dòng)。使用變頻調速可在壓縮機出口加裝壓力傳感變送器，變頻器可根據負荷變化實(shí)時(shí)調整運行轉速，實(shí)現輸出壓力恒定的閉環(huán)控制。運行頻率越低，制冷壓縮機的能耗也越低，從而在滿(mǎn)足工藝要求的條件下能實(shí)現一定的節能降耗;
4、化工企業(yè)生產(chǎn)設備繁多，經(jīng)常大批量同時(shí)啟動(dòng)時(shí)容易造成廠(chǎng)內母線(xiàn)電壓陡降，引起設備欠壓跳閘。GD5000系列變頻器具有優(yōu)良的抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)性能。網(wǎng)側電壓在+10%～-15%之間波動(dòng)時(shí)可做到滿(mǎn)載輸出。同時(shí)具有AVR功能，能夠根據母線(xiàn)電壓的波動(dòng)自動(dòng)調整輸出電壓。網(wǎng)側電壓在短時(shí)間小于85%～65%額定值或大于110%～120%額定值時(shí)，高壓變頻器降額運行不停機，可保證壓縮機持續運行;
5、作為工藝循環(huán)中的關(guān)鍵負載，GD5000系列變頻器具有功率單元工作情況(溫度、直流母線(xiàn)電壓、電流等)的實(shí)時(shí)監控和單元自動(dòng)旁路功能。
五、結束語(yǔ)
螺桿壓縮機不僅具有純旋轉透平機械(容量的高速性、尺寸小、結構簡(jiǎn)單、無(wú)慣性力、無(wú)振動(dòng))的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兼有活塞式機械簡(jiǎn)單而運行特性穩定的特點(diǎn)。壓縮是無(wú)油的，氣體沒(méi)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沒(méi)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(shí)，越來(lái)越多的采用螺桿式壓縮機。
另一方面，為完全適應螺桿式壓縮機的低壓大排量和高壓小排量特性和提高系統的總體效率，大功率壓縮機采用效率高的高壓電機拖動(dòng)、用高壓變頻器做電氣傳動(dòng)及通過(guò)聯(lián)軸器直連的方式，能有效的提高電氣和機械傳動(dòng)效率，從而滿(mǎn)足化工行業(yè)的工藝優(yōu)化和節能需求。
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