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摘  要：本文阐述低温乙烯物料从常压低温罐输转至压力球罐工艺，浅析如何将该工况运行时的核心设备乙烯加热器E42进行工艺控制参数进行调整优化，解决实际工作中碰到的一些问题，实现该设备在低负荷工况下的安全生产运行，为提高工况的操作弹性创造了条件。

关键词：低温;乙烯;储运;控制器

前言

随着我国乙烯工业的迅速发展，低温乙烯储运技术以其存贮量大、安全可靠等特点越来越得到广泛的应用。低温物料需被加热后送到下游装置或中间球罐，换热温度梯度较大，低温物料的安全加热技术显得格外重要。

1 低温乙烯物料输送工艺

贮存在低温乙烯常压罐中的-102.7 ℃、107 kPa液相乙烯，经泵P42加压至2450 kPa后，送至乙烯加热器E42管程，被加热至-30 ℃的液相乙烯经流量计进行计量后送到乙烯球罐。把-102.7 ℃的低温乙烯加热到-30 ℃。该工况设计流量是37 t·h-1，壳程丙烯的操作压力定为1400 kPa。

2 低温乙烯加热控制优化

2.1 乙烯加热器E42的仪表控制方案

为实现E42换热器的工艺指标的及时有效控制和确保生产和设备的安全运行，在该换热器上采用多种控制系统包括串级控制、比值前馈控制、选择控制，并采用三取二的仪表联锁控制回路，对仪表控制及联锁设置进行优化调整。

2.2 串级调节系统

在E42换热器控制系统中，管程乙烯出口温度TIC1024、蒸汽流量FIC1007及蒸汽调节阀FV1007组成一个串级调节系统。乙烯温度为主调节参数，蒸汽流量为副调节参数。当乙烯温度受外界干扰产生波动时，温度调节器TIC1024的测量值与设定值产生偏差，使主调节器的输出信号发生变化，该输出值再去修正副调节器FIC1007的设定值，从而改变副调节器的输出值，即调节蒸汽流量的大小，以确保乙烯出口温度稳定在控制范围内。

2.3 比值前馈调节系统

乙烯出口温度TI1024是整个控制系统中的主要参数，影响它的主要因素是乙烯流量的改变。蒸汽流量的增加或减少是受乙烯温度支配的，当乙烯温度受干扰出现波动时，蒸汽量必须相应的调整使乙烯出口温度趋于稳定。

2.4 低选择器

如果主参数乙烯温度下降，出现过大的负偏差时，TIC1024调节器的输出值增加，蒸汽流量FFIC1007调节器的输出值也随之增加，蒸汽阀门FV1007要大幅度开启，导致E42壳程丙烯压力PIC1027测量值迅速上升;反之，如果乙烯出口温度上升速度较快，出现过大的正偏差时，调节器会输出信号使蒸汽阀门快速关闭，又会导致丙烯压力迅速降低，工藝上是不允许的，因此，引入低选择控制系统。

2.5 仪表联锁控制回路

为防止超温超压运行对设备的损坏，E42换热器运行中，对乙烯出口温度和壳程丙烯压力分别设置高高位、低低位联锁，每套联锁均有3个测量点，其中2个测量点达到联锁值就会发生联锁。

3 乙烯加热器E42的工艺控制的调整和优化

3.1工艺控制参数的优化

低温乙烯物料从常压低温罐输转至压力球罐的过程中，由于液相乙烯进入球罐会产生大量闪蒸汽，所以球罐压力制约发料量。返料流量只能降低至23t·h-1。因此需将E42壳程内丙烯的操作压力进行适当调整，以适应实际操作的需要。

3.2 在设计流量下换热器的工艺计算

（1）热负荷的确定

由于液相乙烯在加热过程中没有发生相态变化，根据热量衡算式可以求出换热器的热负荷为：Q=GCP（t2-t1）。

在设计条件下，E42管程液相乙烯的流量为37t·h-1，进出口温度分别为-99.695℃、-32℃，已知在该温度下液相乙烯的平均定压比热容为2.7005 kJ·（kg℃）-1，设计条件下换热器的热负荷为：1878.88kW

（2）传热推动力△tm的确定

壳程内丙烯作为传热介质，被乙烯吸热发生冷凝，同时被蒸汽加热发生汽化，在设计操作压力1400kPa的温度为35.896℃，则E42换热过程中的传热推动力用冷热流体的对数平均温差表示。设计条件下换热器的对数平均温度差为：97.87℃

（3）总传热系数的确定

E42换热器乙烯管程的换热面积为21.156 m2，换热器的总传热系数K。Q=KS△tm。求得总传热系数为：907.44 W·（m2℃）-1

3.3 根据实际操作条件对丙烯压力进行推算

由于球罐没有气相回收系统，收料过程中产生的气相乙烯来不及液化，造成罐压超高，所以发料量无法达到设计流量37 t·h-1，低温罐实际发料量最低约23 t·h-1，乙烯实际操作温度进口-102.7 ℃，出口温度-30℃，已知在该温度下液相乙烯平均定压比热容为2.6956 kJ·（kg℃）-1，故对换热器的实际热负荷重新计算：1254.31 kW

对于原换热器，其换热面积、总传热系数不变。根据传热方程式，推算出新情况下的对数平均温差△tm：65.34 ℃

新情况下壳程丙烯的操作温度为T′，利用传热推动力的计算公式求取T′：5.6℃

查得丙烯在5.6℃时的饱和蒸汽压为634 kPa，该压力值低于原设计E42丙烯壳层压力低低联锁值670 kPa。丙烯在0℃时的饱和蒸汽压为502.88 kPa，将E42壳程丙烯压力控制范围降低至600 kPa，低低联锁值变更为540 kPa。

3.4 新的工艺控制指标的应用结果

根据调整后的工艺控制指标进行工艺控制的调整。E42壳程内丙烯压力控制及联锁值的修改是合理的，它既实现低流量情况下的物料的输转，又保证设备的安全运行。

3.5 联锁系统的优化设计

在低温罐返球罐工况不运行时，E42乙烯出口温度接近常温，而该温度值超过-20℃就要联锁停泵和关蒸汽阀门。而且，为了防止温度骤降带给管道设备的应力破坏，乙烯出口管线温度的降温速率不能太快，因此工况刚开始运行时，乙烯送出的流量要逐步提高至正常值，小流量运行时，乙烯出口温度也是超过-20℃的，同样会引起联锁动作。每次开泵前，需解除E42出口温度高高联锁，使P42泵正常开启，并确保蒸汽的正常供给，经过约半小时的调整，使工况稳定下来后，再恢复联锁。为避免每次低温罐输送前繁琐的联锁解除和恢复手续，提出在E42出口温度高高位联锁回路中增加了一个延迟开关，时间设置为30 min。

4 结语

通过对E42工艺控制参数的调整和修改，保证低温乙烯常压罐输送至压力球罐在未达到原设计流量的情况下的正常运行，提高该工况的操作弹性。通过对联锁系统的优化，确保联锁系统正常工作，从而达到生产优化的目的。

参考文献

[1]《化工工艺设计手册》，国家医药管理局上海医药设计院编

[2]《石油炼制设计数据图表集》，华东理工大学石油加工系选编

[3]沈本贤编，《石油炼制工艺学》，石油工业出版社，2009

[4]《过程控制工程》（第二版），上海市教育委员会组编