聚烯烃联合装置气力输送系统集中气源设计和应用

王盛达

（中石化上海工程有限公司，上海 201200）

气力输送是聚烯烃装置中典型的后工段成品颗粒料输送方式之一，而气源设备是气力输送系统的心脏，在系统设计阶段，正确选择气源设备是非常重要的决定，因为这不仅是系统建设投资最高的设备，而且还是后期运行阶段用电成本的重要影响因素。

1 现状

国内现阶段的聚烯烃化工装置因规模和投资成本等因素影响，大多以单套装置形式建立。因此，气力输送系统的气源设备组成主要以分散式输送气源。分散式气源，顾名思义，是由多台罗茨风机或螺杆压缩机按照不同的输送工况、输送能力、距离、压力等要求分别组成的供气单元以满足相对应的各种工况。

然而随着塑料行业产能需求几何级增长，越来越多的工程项目以聚烯烃装置群的形式出现。集中气源基于这个背景下逐渐成为了可以替代分散式气源的设计方案。下面介绍一套典型的400KTA的聚丙烯粒料输送流程，流程图见图1。

图1中，粒料输送系统由以下几种工况组成：

图1 气力输送系统流程图

（1）挤出机出料进入缓冲料斗，通过底部喂料旋转阀将粒料加入气力输送管道内送至8台产品掺混料仓，输送能力为75t/h。

气源由两台罗茨风机A提供，一开一备。罗茨风机气体出口设置换热器及在线过滤器，使输送气温度、湿度、洁净度满足设计要求。

（2）每台掺混料仓底部出口配置旋转阀及换向阀将重力下料分成两路，一路通过气力输送返回到掺混料仓，即所谓循环掺混；另一路是通过气力输送送至成品包装料仓顶部淘析器；以上两种工况可同时进行，输送能力为90t/h。

两种工况的输送气由两台单螺杆压缩机提供，并共用一台备机。气体出口也同样设置换热器、在线过滤器

（3）掺混料仓内的不合格品通过气力输送返回至位于挤出机进料口的返工料仓，输送能力为15 t/h；该工况仅在装置开车期间向返工料仓输送不合格品，正常生产期间不考虑该工况。

（4）经淘析后的粒料再由气源输送至各个包装料仓，输送能力为90t/h。

气源由两台罗茨风机B提供，一开一备。罗茨风机气体出口设置换热器及在线过滤器，使输送气温度、湿度、洁净度满足设计要求。

每套装置粒料输送气源的刚性配置如上所述，如果同时建设两套及以上联合装置，则所需的设备数量与装置数量呈线性关系。这将大大增加业主的前期投资成本，使得设计方案无法体现优越性。而集中供气单元的方案却能在联合装置中体现出其独特的优点。下面笔者将详细介绍。

2 集中气源的组成

所谓集中气源就是采用N台多级离心压缩机并联组成供气管网为联合装置中每套气力输送系统提供最苛刻工况下所需的气量，压缩机的数量N是根据最苛刻工况下所需的总气量及标准设备的额定流量、压力所决定。主流的离心压缩机组主要由图2所示的设备、控制阀组、仪表及控制单元组成。

图2 二级离心压缩机工作流程

2.1 气源的工作原理

常压气体通过入口空气过滤器过滤后进入主机，经过一级压缩后的空气进入中间冷却器冷却后进入二级压缩单元，经过二级压缩后的气体在流量和压力满足正常工况下通过换热器和在线过滤器后进入气力输送管网，由气体流量控制单元（ACU）控制气体的流量、压力和输送路径。

2.2 附属设备的技术要求

附属设备冷却器、在线过滤器、过滤器、干燥器、储气罐等应与输送气源机械相匹配，并能满足输送气的温度、压力、含水率、洁净度等工艺技术要求[1]。输送石油化工粉粒料产品如：PP、PE、PET、PVC、PTA、PA6等，应选用无油气源机械或配置高精度滤油过滤器。气源机械的吸气口应设有过滤装置，如果吸气口设在室外，应采取防雨措施。详细流程见图3。

图3 集中气源流程图

2.3 气源参数的计算[2]

压缩机主要参数为输送气量、输送压力。

Ga-气体的质量流量，即Ga=Gs/μ

Gs-物料的质量流量；

μ-固气比,物料流量与气体流量之比；

ρa-气体的密度。

因此，输送气量QCon可以表示为：

QLN输送系统漏气量（包括管道、旋转阀等）。

输送压力是输送系统的压降、换热器、在线过滤器、旋转阀、袋式过滤器的压降之和，再考虑10%的安全裕量。即

PGas-管网系统压降（包括换热器、过滤器、管道压降）；

PCon-物料输送压降（包括排放气压降）。

2.4 气源的控制方法

常用的气源控制是通过在每台压缩机入口设置自动风门(IGV)调节以及出口设置放空阀(BOV)组进行气量和压力的调节。对于分散气源设计，每台压缩机对应一条输送管线，为调节输送气量需要为每一条输送管线设置独立的放空阀组。集中气源设计仅在每台压缩机出口设一套放空阀组，整个装置各输送管线的多余输送气体排放全部由这几个放空阀组完成。使放空阀组的配置数量显著减少。

2.4.1 压缩机启动时，关闭放空阀，调节风门至最大位置，直至压缩机的压力和气量达到100%负荷。如果此时压力和气量还没有达到输送工况设定值，则顺序加载第二台压缩机，该过程将重复进行，直到系统压力正确或压缩机满负荷为止。在达到系统压力后，控制器会将压缩机逐台切换为部分负载，优化各台压缩机的工作负荷。

2.4.2 在运行过程中，如果压力突然升高，则需要从最后一台压缩机开始卸载压力，减小风门开度，打开放空阀排放多余气体，降低压力。若压力仍然高于设定值，则依次卸载各台压缩机压力。直至压力回归设定值。

3 实际工程案例

某项目为两套40万吨/年聚丙烯联合装置，成品粒料的输送型式采用密相输送，每套装置配置8台掺混料仓，8台包装料仓，共计32台料仓。输送工况与流程图图1中的所示的各种工况相同。各种工况的设计参数见表1。

表1 联合装置输送工况参数

由表1可知，输送所需的最大压力为3.50 barg，总气量为23340Nm3/h。按照实际工程经验，压力和气量均需考虑10%的裕量。即，选 型 压 力 为3.85 barg，气 量 为25674Nm3/h。根据压缩机的标准能力，可选4台压力为4barg，气量为10000Nm3/h的压缩机，三用一备。

如按分散气源的设计配置两套聚丙烯装置的输送气源，则气源设备所需数量对比详见表2。

表2 优化前后设备清单

显而易见，集中气源所需的设备数量得到了大大的优化，设备的能耗也显著降低。可以为项目节省客观的前期设备投资,节约占地面积，以及业主后期的运营成本。

4 结论

在装置运行期间，由于产品牌号改变及上游生产量的变化，输送能力需要随之变化。稀相输送能力调节无需改变输送气量，仅调节给料量即可。密相输送则不同，输送量调节即需要调节给料量，同时需要调节输送气量。集中气源设计对于稀相输送和密相输送均适用，但对于密相输送更具优越性。