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摘 要： 摘要：隨著我國低溫儲存系統(tǒng)應用的大型化發(fā)展，優(yōu)化乙烯低溫儲存系統(tǒng)汽化氣(BOG)氣體處理工藝對降低裝置運行能耗、節(jié)省投資的作用逐步增大。首先介紹了BOG氣體的4種不同壓縮制冷循環(huán)處理工藝;然后通過壓焓圖從理論上對其節(jié)能原理進行分析;同時根據(jù)實際數(shù)據(jù)對
摘要：隨著我國低溫儲存系統(tǒng)應用的大型化發(fā)展，優(yōu)化乙烯低溫儲存系統(tǒng)汽化氣(BOG)氣體處理工藝對降低裝置運行能耗、節(jié)省投資的作用逐步增大。首先介紹了BOG氣體的4種不同壓縮制冷循環(huán)處理工藝;然后通過壓焓圖從理論上對其節(jié)能原理進行分析;同時根據(jù)實際數(shù)據(jù)對比不同工藝過程的制冷系數(shù)和能量消耗;最后總結出二次節(jié)流中間冷卻工藝更為節(jié)能，為優(yōu)化乙烯低溫儲存BOG氣體處理工藝，實現(xiàn)節(jié)能降耗提出了適用性建議。
關鍵詞：乙烯;低溫儲存;BOG氣體處理工藝
乙烯的儲存方式有高壓壓縮氣體儲存、高壓液化氣體儲存、低溫液化氣體儲存(低溫儲存法)，其中低溫法具有儲運壓力低、安全性高、儲運量大等特點。隨著我國石化行業(yè)乙烯裝置的興建，以及沿海地區(qū)乙烯儲存規(guī)模和需求的增大，近年在較大型的乙烯儲運裝置中低溫法得到了大量的運用¨。
通常乙烯低溫儲存系統(tǒng)包括以下幾個部分：裝卸船系統(tǒng)(包括碼頭和泊位)、乙烯儲罐、乙烯汽化系統(tǒng)、乙烯增壓系統(tǒng)、汽化氣(BOG)氣體處理系統(tǒng)和其他公用工程系統(tǒng)，本文主要介紹和討論BOG氣體處理系統(tǒng)。
1BOG氣體處理工藝
乙烯是在操作壓力接近常壓[正常操作壓力為0.113__0.119MPa(A)]，操作溫度略低于常壓沸點(一101oC)下儲存的，外界熱量或其他能量的侵入會引起管路及儲罐內乙烯的蒸發(fā)，也就是BOG氣體。為了維持乙烯儲罐恒定的壓力，必須不斷排除BOG氣體，將其通過壓縮機加壓、制冷劑再液化后重新返回儲罐_2J。BOG氣體儲存工藝采用二級壓縮制冷循環(huán)的型式，傳統(tǒng)工藝流程均采用二級壓縮一次節(jié)流中間不冷卻的方式。
因BOG氣體處理工藝是乙烯低溫儲存系統(tǒng)能量消耗的重要組成部分，為降低低溫乙烯儲存系統(tǒng)的能耗，對該BOG氣體儲存工藝進行改進。根據(jù)不同的節(jié)流和冷卻方式可分為：①二級壓縮一次節(jié)流中間不冷卻;②二級壓縮一次節(jié)流中間冷卻;③二級壓縮二次節(jié)流中間不冷卻;④二級壓縮二次節(jié)流中間冷卻4種不同的工藝流程，并從設備能耗的角度加以比較。
1.1二級壓縮一次節(jié)流中間不冷卻
傳統(tǒng)BOG氣體處理工藝見圖1。從乙烯儲罐排出的BOG氣體經(jīng)壓縮機二級壓縮后進人，冷凝器冷凝，再進入節(jié)流閥后閃蒸，最后返回至乙烯儲罐中。圖中所示數(shù)字為該管道內的流體代號。
1.2二級壓縮一次節(jié)流中間冷卻
該工藝是乙烯儲罐排出的BOG氣體經(jīng)壓縮機一級壓縮后，進入中間冷卻器冷卻，再經(jīng)壓縮、冷凝、節(jié)流后返回乙烯儲罐，其流程見圖2。
1.3二級壓縮二次節(jié)流中間不冷卻
該工藝是乙烯儲罐排出的BOG氣體經(jīng)一級壓縮、二級壓縮、冷凝、節(jié)流后返回中間閃蒸罐，中間閃蒸罐壓力與壓縮機一級出口壓力匹配，閃蒸的氣相進入壓縮機二級人口，液相再閃蒸后返回乙烯儲罐，其流程見圖3。
1.4二級壓縮二次節(jié)流中間冷卻
該工藝是乙烯儲罐排出的BOG氣體經(jīng)壓縮機一級壓縮后，進入中間冷卻器冷卻，再經(jīng)壓縮、冷凝、節(jié)流后返回中間閃蒸罐，中間閃蒸罐壓力與壓縮機一級出13壓力匹配，閃蒸的氣相進人壓縮機二級人口，液相再閃蒸后返回乙烯儲罐，其流程見圖4。
2不同工藝過程的制冷效率和節(jié)能效果
在4個不同的工藝過程中，低溫乙烯儲存系統(tǒng)產(chǎn)生的BOG經(jīng)壓縮、冷凝后返回系統(tǒng)，維持系統(tǒng)的壓力平衡，即具有相同的制冷工況。
2.1不同工藝過程的壓焓圖
為了比較4種工藝的節(jié)能效果，現(xiàn)對4個不同工藝流程采用化工穩(wěn)態(tài)流程模擬軟件PRO/Ⅱ7.0來模擬，其過程的壓焓圖如圖5_8所示。
壓焓圖中，在二相區(qū)中的水平線長度代表其蒸發(fā)潛熱，溫度越高其蒸發(fā)潛熱越小。同理，節(jié)流閥后的流體在二相圖中所處位置與進料之間的水平線長度代表了其制冷量。從圖5_8中可以看出，二級壓縮一次節(jié)流中間不冷卻工藝和二級壓縮一次節(jié)流中間冷卻工藝提供的制冷量是相同的，因為一次節(jié)流時，進入儲罐的冷量是2.0MPa(G)的飽和液體所對應的其焓值。二級壓縮二次節(jié)流中間不冷卻工藝和二級壓縮二次節(jié)流中間冷卻工藝提供的制冷量也是相同的，因為二次節(jié)流時，進入儲罐的冷量是4.2MPa(G)的飽和液體所對應的焓值。因4.2MPa(G)的飽和液體下的溫度更低，因此二次節(jié)流的制冷量大于一次節(jié)流的制冷量。
常用的中間冷卻方式主要有完全中間冷卻和不完全中間冷卻2種，因為中間完全冷卻溫度為一68℃，受冷卻劑種類的影響，無法采用完全中間冷卻方式。因一級出口溫度(14oC)與中間冷卻溫度(0℃)相差較小，因此中間冷卻或中間不冷卻2種方式的制冷系數(shù)無明顯差別。
2.2不同工藝過程的制冷系數(shù)
為對4種不同工藝過程進行量化比較，假設需要冷凝的BOG流量為1t/h，溫度為一100，壓力為0.015MPa(G)，經(jīng)一級壓縮機壓縮至0.42MPa(G)，二級壓縮機壓縮至2.0MPa(G)，中間冷卻溫度為0oC，其他參數(shù)維持不變。
從表1中可知，二次節(jié)流循環(huán)中的。小于一次節(jié)流循環(huán)中的h，所以二次節(jié)流的單位制冷量大于一次節(jié)流的單位制冷量。因一次節(jié)流過程中節(jié)流后的氣相分率較大，需要循環(huán)壓縮的氣體量較大，一級壓縮機所消耗的理論功較大;而二次節(jié)流中第1節(jié)流閥后的氣體直接返回到二級壓縮機人口，經(jīng)過第2節(jié)流閥的氣相分率明顯減小，需要循環(huán)壓縮的氣體量較小，一級壓縮機所消耗的理論功相對較小。因此，從表中可知二次節(jié)流的制冷系數(shù)明顯大于一次節(jié)流的制冷系數(shù)。
從圖5—8和表1可知，中間冷卻和中間不冷卻的單位制冷量和一級壓縮機的單位理論功相等，但前者的二級壓縮機的單位理論功較后者稍小，因此中間冷卻的制冷系數(shù)略大于中間不冷卻的制冷系數(shù)。
2.3不同工藝過程的能耗計算
為比較4種不同工藝過程的節(jié)能效果，現(xiàn)對各設備的能耗進行計算，計算結果如表2所示。
由表2可知，一次節(jié)流中間不冷卻工藝的能耗最高，為419.2kW;在一次節(jié)流中間冷卻工藝中，因為中間冷卻器的作用，二級壓縮機人口溫度和出口溫度降低，二級壓縮機和冷凝器的能耗同時降低，總能耗降低至411.4kW，節(jié)能1.9%;在二次節(jié)流中間冷卻工藝中，因為二次節(jié)流閥的作用，一級壓縮機流量減少，同時第1節(jié)流閥節(jié)流后的氣相返回二級壓縮機人口，二級壓縮機人口溫度和出口溫度降低，一級壓縮機、二級壓縮機和冷凝器的能耗同時降低，總能耗降低至364.5kW，節(jié)能13%;在二次節(jié)流中間冷卻工藝中中間冷卻器降溫后，總能耗降至358.6kW，節(jié)能14.5%。
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3結論
(1)在選用中間冷卻方式時要首先考慮制冷劑的因素，在制冷劑的允許條件下，盡量采用中間完全冷卻。因為在相同的條件下，這種方案的制冷系數(shù)較大，能量消耗小。但如果無合適的制冷劑，所用的制冷劑與產(chǎn)品溫度相差小時，宜綜合考慮其節(jié)能效果所帶來的操作費用的降低和增加中間冷卻器時設備購置費的增加的平衡，確定是否采用中間冷卻的方式。
(2)在選擇一次節(jié)流或二次節(jié)流時，不必考慮制冷劑的種類，在系統(tǒng)允許的情況下，盡量采用二次節(jié)流，因為二次節(jié)流比一次節(jié)流的制冷系數(shù)大，設備的能耗小，可節(jié)能14.5%。但與此同時，增加了系統(tǒng)的復雜性。
對于低溫乙烯儲存系統(tǒng)的BOG處理工藝，要結合裝置中的實際工況具體問題具體分析，如下游裝置有氣相需求時，也可以直接將BOG加壓后輸送至下游裝置J，總之，需要綜合考慮各方面的因素，確定最優(yōu)化最節(jié)能的BOG處理工藝的方案。
