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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)線中原料氣壓縮機的高壓變頻調(diào)速項目來介紹其應用特點和優(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-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、分離、吸收、換熱和化學處理等部分組成。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)的原料通過壓縮機壓縮為高溫液態(tài)，再經(jīng)過冷卻才能達到分離提純的條件。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配套電機參數(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，當負荷波動瞬間轉(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組使用高壓變頻調(diào)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(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吸氣壓力不穩(wěn)定，負荷隨時間無規(guī)律波動。使用變頻調(diào)速可在壓縮機出口加裝壓力傳感變送器，變頻器可根據(jù)負荷變化實時調(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，可保證壓縮機持續(xù)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
螺桿壓縮機不僅具有純旋轉(zhuǎn)透平機械(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。
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(tǒng)的總體效率，大功率壓縮機采用效率高的高壓電機拖動、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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