甲醇制烯烃装置主风机控制系统优化研究

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【摘 要】本文在熟悉神华包头煤化工甲醇制烯烃装置工艺原理和控制要求的基础上，结合传统催化裂化装置主风机控制系统的应用经验，全面系统地对甲醇制烯烃装置主风机控制系统进行了分析，重点研究和设计了主风机防喘振控制方案，实现了主风机系统的优化控制，满足了甲醇制烯烃装置生产要求。
【关键词】甲醇制烯烃装置；主风机；防喘振控制
0 前言
甲醇制烯烃装置是实现传统煤化工和石油化工有机结合的关键，在工艺特点上与传统催化裂化工艺有着诸多相同或相似部分，但是由于甲醇制烯烃装置反应再生的特点与催化裂化装置有着一定区别，对主风机控制系统的要求也不相同，借鉴催化裂化装置现有控制经验，优化主风机控制系统，尤其是优化防喘振控制方案，将为煤制烯烃工厂安全平稳运行、节能降耗带来极大的帮助。
1 甲醇制烯烃装置工艺过程介绍
MTO装置由三个系统组成，分别是热量回收系统、反应再生系统、急冷水洗及污水汽提系统[1]。进料、反应再生与主风三部分构成了反应再生系统。其中，料部分属于气相进料。MTO级的液相甲醇从界区外进入装置，经逐步加热出现气化后，经过热处理输送到反应器内进行反应。生成的反应气体通过三级旋风分离器回收携带的相关催化剂处理后被输送至急冷汽提系统中。反应再生系统中所使用的技术为不完全再生技术与循环流化床。为了给主风系统提供足够的再生烧焦用风，系统内两台电动离心式主风机一开一备。
急冷汽提系统主要包括急冷塔、水洗塔和污水汽提塔。反应系统来的反应气经急冷塔、水洗塔洗去多余热量和催化剂以后，输送至烯烃分离单元供分离精制；在急冷水洗塔内已经冷凝的水会通过污水汽提塔，运用相关提炼技术获得一些甲醇、二甲醚等有机物[2]。同时，将回收到的甲醇、二甲醚随进料送入反应器进行回炼。热工系统是用于回收催化剂在再生烧焦过程中形成的多余热量，并产生蒸汽，其中包括CO焚烧炉、余热锅炉以及再生器内外取热器。
2 甲醇制烯烃装置主风机
主风机是动力压缩机，它借助于旋转运动将能量由压缩机的转子传递给工艺气体。气体压缩过程是由旋转叶轮上的叶片完成的，由于离心力的作用，气体旋转运动产生一个向外的速度，该速度的切向分量通过扩压器转变为气体的压力。根据其进气方式不同，可以分为离心式和轴流式。离心式主风机主要用于处理小流量的气体，轴流式主要应用于大流量的工况下。甲醇制烯烃装置主风机组采用离心式压缩机。
3 对甲醇制烯烃设备风机控制系统进行优化
3.1 甲醇制烯装置联锁控制逻辑优化
甲醇制烯烃装置中的主风机的某些作用与催化裂化设备比较相似。二者的典型差别在于放热反应方面。催化裂化反应是通过循环的再生催化剂将热量输送到相关反应器中进行反应。在反应转化过程中要保持反应温度。这种反应属于吸热反应，主风联锁为催化裂化装置中级别最高的联锁，一旦主风中断，进料操作也随之停止，并且两器循环也会被切断。甲醇制烯烃反应属放热反应，通过对取热设备的工艺优化，从而保证在短时间内反应能够正常进料。如果时间较长则会导致催化剂积碳活性慢慢降低。此时，必须把进料切断[3]。MTO装置主风机联锁与催化裂化装置间的区别在于，前者只需把外取热器与再生系统切除就行。
3.2 改进主风机电机定子线圈温度模式
目前，单点联锁模式是主风机电机定子线圈的传统模式，容易形成假信号，从而引起主风机停车。因此，可将其改为三取二联锁模式，能有效提高主风机的运行稳定性[4]。
3.3 进一步优化主风机主风流量联锁仪表取样
文丘里管方式是主风流量取样的传统方式，其中，文丘里管包括3个取样点，配有三个差压变送器用于计算流量。过去在安装过程中通常取样只需取一个取样点，因此，一旦取样点被堵塞或出现其它问题，则易导致流量联锁启动，从而导致一些误动作。经过改进后采用三点取样法，选择三个取样点进行取样。这需要三个变送器进行独立取样。当一个取样点出现失误也不会引起主风流量的联锁动作。这极大减少了联锁误动作的出现。
3.4 主风机润滑油备泵自启条件优化
1）提高润滑油泵备泵自启压力
润滑油泵出口正常压力0.58MPa，原设计主泵出口压力低于0.45MPa时，备泵自启，最终确定当主泵出口压力低于0.48MPa时，备泵启动，可保证主风机稳定运行。
2）增加运行泵运行信号消失备用泵自启。
4 小结
（1）主风机主要是提供烧焦风，同时，保证再生系统的流化，并维持再生系统的压力。因此，它属于甲醇制烯烃装置中的一个关键设备。
（2）甲醇制烯烃装置具有独特的工艺特征，因此，对主风机的要求也比较特殊。对不同工况条件下的主风需求量是明显不同的。我们通过优化设计防喘振控制曲线，就能在不同负荷条件下实施节能操作。
（3）经对联锁控制回路进行优化改进，同时，对润滑油备泵自启条件适当调整，从而防止（下转第102页）（上接第75页）异常停车。同时，还能防止装置出现波动，极大减少了物料损伤与能源损耗。
【参考文献】
[1]吴秀章.煤制低碳烯烃工艺与工程[M].北京，化学工业出版社，2014：2-5.
[2]陈香生，刘昱，陈俊武.煤基甲醇制烯烃（MTO）工艺生产低碳烯烃的工程技术及投资分析[J].煤化工，2005，5：6-11.
[3]李宏圖.煤制低碳烯烃的技术路线及现状分析[J].中国煤炭，2006，32（10）：47-49.
[4]张玉卓.煤洁净转化工程（神华煤制燃料和合成材料技术探索与工程实践）[M].煤炭工业出版社，北京，2011.