科技進(jìn)步 優(yōu)化運(yùn)行 科學(xué)管理降低裝置綜合能耗

中國石化上海石油化工股份有限公司 周玲娟

1 前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國對(duì)能源的需求呈現(xiàn)快速增大趨勢(shì)，如何節(jié)約能源和合理利用能源對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。就行業(yè)而言，乙烯行業(yè)是石化企業(yè)能耗大戶，一個(gè)百萬噸級(jí)乙烯裝置的能耗基本等同于一個(gè)千萬噸級(jí)規(guī)模的煉油企業(yè)，尤其是在目前高油價(jià)背景下，節(jié)能降耗已日益成為國內(nèi)企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高市場(chǎng)競爭力的重要手段，同時(shí)也鞭策著企業(yè)由粗放型管理方式向集約型方向發(fā)展。

上海石化2#乙烯裝置于1989年12月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)乙烯生產(chǎn)能力為300kt/a，1997年進(jìn)行擴(kuò)能改造至400kt/a，2002年進(jìn)行第二輪擴(kuò)能改造，并于2002年4月投產(chǎn)，總乙烯設(shè)計(jì)能力為700kt/a，2005年2#乙烯綜合能耗為683.7kg標(biāo)油/t乙烯，1#乙烯和2#乙烯合計(jì)綜合能耗為710.6kg標(biāo)油/t乙烯。

上海石化是中國石化的控股公司，為了確保“十一五”節(jié)能目標(biāo)的順利完成,中石化下達(dá)了乙烯綜合能耗660kg標(biāo)油/t乙烯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，兩套乙烯裝置的節(jié)能改造也因此拉開了序幕。本文對(duì)2#乙烯裝置的節(jié)能改造進(jìn)行介紹。

2 依靠科技進(jìn)步，降低裝置能耗

2.1 應(yīng)用先進(jìn)的裂解爐技術(shù)

上海石化2＃乙烯裝置經(jīng)兩輪改造后乙烯生產(chǎn)能力為70萬t/a。第二輪擴(kuò)能改造是并聯(lián)一套30萬t乙烯生產(chǎn)線（稱為新區(qū)），裂解爐技術(shù)較先進(jìn)，設(shè)計(jì)熱效率達(dá)93.5%。本次改造是對(duì)老區(qū)7臺(tái)SRT-III型裂解爐進(jìn)行節(jié)能改造，主要措施是在裂解爐對(duì)流段增設(shè)蒸汽過熱模塊，從而停用原有的蒸汽過熱爐，降低裝置能耗，提高裝置安全運(yùn)行系數(shù)。

2007年對(duì)上述老區(qū)7臺(tái)SRT-III型裂解爐進(jìn)行節(jié)能改造，其中3臺(tái)裂解爐在節(jié)能節(jié)能改造同時(shí)還進(jìn)行了擴(kuò)能改造，由SRT-III型改造為GK-VI型爐，能力由4.5萬t擴(kuò)至6.2萬t；一臺(tái)改造輻射段和對(duì)流段，能力不變；3臺(tái)只改造對(duì)流段，能力不變，保留原來的輻射段和廢熱鍋爐。裂解爐改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。

表1 擴(kuò)容裂解爐熱效率設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)比較

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，裂解爐進(jìn)行節(jié)能改造后，平均爐子熱效率提高1.8%左右，節(jié)能效果非常明顯。

2.2 應(yīng)用空氣預(yù)熱器技術(shù)

乙烯裝置是耗能大戶，從裂解到分離，熱端物料最高溫度達(dá)1100℃左右，冷端物料最低溫度為-167℃左右。裝置內(nèi)部建有4個(gè)等級(jí)的蒸汽管網(wǎng)，蒸汽基本能實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用，但蒸汽凝液的余熱除部分被回收利用外，大部分余熱由循環(huán)冷卻水帶走，既浪費(fèi)了能量又增加了動(dòng)力消耗。

改造分兩次進(jìn)行，新區(qū)4臺(tái)裂解爐于2007年進(jìn)行，老區(qū)9臺(tái)裂解爐于2009年進(jìn)行。裂解爐采用北京航天動(dòng)力研究所提供的專利技術(shù)“乙烯裂解爐底部燃燒器空氣預(yù)熱系統(tǒng)及方法”，即利用乙烯裝置內(nèi)過剩的低溫?zé)幔绲蛪悍趴照羝?、中壓凝液和自身循環(huán)的急冷水作為加熱介質(zhì)[1]，加熱增設(shè)在裂解爐底部燒嘴的空氣預(yù)熱器，使進(jìn)入爐膛的空氣獲得溫升，從而降低了裂解爐的燃料消耗。新區(qū)空氣預(yù)熱器的熱源是中壓蒸汽凝液和低壓蒸汽凝液，老區(qū)采用的是急冷水。裂解爐空氣預(yù)熱器使用前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

表2 裂解爐空氣預(yù)熱器使用前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)

從表2可以看出，裂解爐增設(shè)空氣預(yù)熱器后，新區(qū)燃料氣用量平均節(jié)約618Nm3/h，老區(qū)燃料氣用量平均節(jié)約401Nm3/h，全年共節(jié)約燃料氣8152000Nm3左右。不僅回收了裝置內(nèi)的低溫余熱，而且也改善了低壓閃蒸罐區(qū)域的操作環(huán)境。老區(qū)裂解爐自安裝空氣預(yù)熱器，用86℃急冷水作熱源后，改善了老區(qū)急冷水系統(tǒng)的操作，整個(gè)裝置也不再因夏季氣溫偏高導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)出水溫度偏高，不能滿足工藝要求，使裝置不得不降負(fù)荷操作的困憂。

2.3 扭曲片管強(qiáng)化傳熱技術(shù)[2]

扭曲片管是一種管內(nèi)帶有扭曲片的精密整鑄管件，爐管內(nèi)的流體通過扭曲片管時(shí)，流體由原來的柱塞流轉(zhuǎn)成旋轉(zhuǎn)流，對(duì)管內(nèi)壁形成強(qiáng)烈的橫向沖刷作用，從而減薄邊界層厚度，增大爐管的總傳熱系數(shù)，減緩管內(nèi)壁的結(jié)焦速度，延長裂解爐運(yùn)行周期。

上海石化2007年首先在2#乙烯新區(qū)2號(hào)裂解爐上安裝了扭曲片管，裂解爐運(yùn)行周期從40天延長到78天，而且加扭曲片管后裂解爐的投料量增加了7%。由于裂解爐運(yùn)轉(zhuǎn)周期的大大延長，減少了裂解爐清焦次數(shù)，降低了裂解爐的能耗。在后來的幾年里，更換爐管的裂解爐上都安裝了扭曲片管。

2.4 先進(jìn)控制技術(shù)（APC）

先進(jìn)控制技術(shù)采用科學(xué)、先進(jìn)的控制理論和控制方法，以工藝控制方案分析和數(shù)學(xué)模型計(jì)算為核心，以工廠控制網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)為信息載體，充分發(fā)揮DCS和常規(guī)控制系統(tǒng)的潛力，保證生產(chǎn)裝置始終運(yùn)轉(zhuǎn)在最佳狀態(tài)，以獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

2#乙烯裝置先進(jìn)控制技術(shù)于2007年6月開始啟動(dòng)，應(yīng)用的范圍包括：14臺(tái)裂解爐（含新區(qū)的4臺(tái)SL-II型裂解爐、老區(qū)的5臺(tái)GK-VI型裂解爐、4臺(tái)SRT-Ⅲ型裂解爐以及1臺(tái)GK-V型爐），老區(qū)的乙烯精餾塔和丙烯精餾塔、新區(qū)的丙烯精餾塔。APC實(shí)施前后的數(shù)據(jù)是[3]：裂解爐各組爐管出口溫度偏差由原來的±3℃～4℃下降到±1℃，裂解爐總進(jìn)料量波動(dòng)范圍由原來的±1%下降到0.25%；乙烯精餾塔塔釜出料乙烯濃度月平均從原來的3.59%下降到0.57%；丙烯精餾塔塔釜出料丙烯濃度月平均從原來的11.86%下降到1.54%。乙烯裝置先進(jìn)控制的應(yīng)用，年可增產(chǎn)乙丙烯15000t左右。

3 優(yōu)化運(yùn)行，降低裝置能耗

自2007年開始2#乙烯裝置開展了一系列的節(jié)能技術(shù)改造，達(dá)到了預(yù)期的目的，但與同行業(yè)兄弟單位比，乙烯綜合能耗水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于他們。為此，我們先后到燕山、茂名等企業(yè)開展乙烯裝置節(jié)能降耗等調(diào)研，在物耗、能耗等方面學(xué)習(xí)他們的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身實(shí)際情況，采取了一系列節(jié)能降耗優(yōu)化措施。

3.1 優(yōu)化蒸汽系統(tǒng)平衡，減少蒸汽放空

乙烯裝置內(nèi)部有4個(gè)等級(jí)的蒸汽管網(wǎng)，分別為11.5MPa、42.0MPa 、1.6MPa和0.35MPa，主要為裝置自產(chǎn)蒸汽，各等級(jí)蒸汽基本實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用，根據(jù)設(shè)計(jì)0.35MPa蒸汽夏季是富余的，富余的蒸汽向界外輸送。由于公司沒有0.35MPa等級(jí)蒸汽管網(wǎng)，除少部分蒸汽送罐區(qū)作伴熱外，夏季剩余的蒸汽基本放空，約10t/h。2008年，裝置開展優(yōu)化蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行，通過修改蒸汽透平泵和電泵之間的聯(lián)鎖關(guān)系，實(shí)現(xiàn)互為備泵的作用，即根據(jù)季節(jié)調(diào)整蒸汽透平泵開啟臺(tái)數(shù)（原設(shè)計(jì)蒸汽透平泵用42.0MPa蒸汽作動(dòng)力，抽出0.35MPa蒸汽，電泵均為備用），把多余的42.0MPa蒸汽直接送入公司中壓蒸汽管網(wǎng)，從而徹底消滅了放空蒸汽。

3.2 優(yōu)化工藝操作參數(shù)，降低裝置蒸汽消耗

2#乙烯裝置有2條乙烯生產(chǎn)線，老區(qū)淬冷器防焦蒸汽用1.6MPa（MS），而新區(qū)是用0.62MPa的稀釋蒸汽（DS），DS是急冷油與工藝水換熱產(chǎn)生的。一方面由于DS壓力較低，淬冷器容易結(jié)焦，另一方面為了達(dá)到0.62MPa壓力，不得不補(bǔ)入1.6MPa蒸汽來維持。為了改變這種不合理的用能方式，裝置經(jīng)研究決定新區(qū)也改用1.6MPa蒸汽作共用淬冷器防焦蒸汽，并大膽的提出DS系統(tǒng)壓力由原來的0.62MPa降至0.50MPa，嚴(yán)格控制急冷油塔塔釜溫度。采取以上措施后，減少M(fèi)S蒸汽投用量14t/h。

4 加強(qiáng)科學(xué)管理，在滿足合理消費(fèi)的前提下，提高能源利用率

4.1 減少火炬排放，降低物料損失

火炬系統(tǒng)屬安全環(huán)保設(shè)施，目的是為了及時(shí)處理裝置非正常狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)排放的大量的氣、液相烴類（通過火炬進(jìn)行焚燒）。本世紀(jì)初，隨著能源價(jià)格的不斷攀升，能源管理也逐步重視，許多石化企業(yè)增設(shè)了火炬氣回收系統(tǒng)（或增設(shè)氣柜回收火炬氣，或增設(shè)火炬氣在線回收壓縮機(jī)），近幾年又提出了消滅火炬的設(shè)想，消滅火炬的前提是火炬自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)的絕對(duì)安全和裝置的源頭排放控制。源頭排放控制是節(jié)能減排最有效措施，從2009年起火炬氣排放管理納入日常監(jiān)控重點(diǎn)項(xiàng)目。要求每班值班長記錄火炬系統(tǒng)排放量，安排周一和周四對(duì)火炬氣進(jìn)行采樣分析，發(fā)現(xiàn)異常變化，立即對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行排查。公司開展火炬氣管理勞動(dòng)競賽，要求火炬氣破水封次數(shù)和破水封累計(jì)時(shí)間同比下降10%。通過上述措施，裝置向火炬系統(tǒng)排放量逐年下降，今年又提出了在2010年基礎(chǔ)上減排10%的目標(biāo)。

4.2 引進(jìn)管理新機(jī)制，降低能源消耗

疏水器管理是公司的一大難點(diǎn)，主要體現(xiàn)在疏水器使用周期短、壞損率高、點(diǎn)多面廣、更換頻率高，能源浪費(fèi)大。針對(duì)上述現(xiàn)象，2009年七月份烯烴部（2#乙烯裝置屬于烯烴部）推行疏水器區(qū)域承包管理模式，各裝置對(duì)工藝及伴熱疏水器進(jìn)行了全面統(tǒng)計(jì)，并建立了疏水器臺(tái)帳。由承包商每三個(gè)月對(duì)承包區(qū)域內(nèi)疏水器進(jìn)行一次全面檢測(cè)，并將檢測(cè)報(bào)告提供給裝置，由裝置對(duì)口人員對(duì)檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行核實(shí)。今年公司設(shè)動(dòng)部統(tǒng)一安排，從2011年一季度起實(shí)施疏水器第三方檢測(cè)監(jiān)督，這一管理新機(jī)制的實(shí)施，將大大降低裝置蒸汽消耗。

4.3 優(yōu)化裂解原料，提高產(chǎn)品收率

持續(xù)推進(jìn)節(jié)能減排工作，最大限度減少資源消耗，堅(jiān)持“宜烯則烯、宜芳則芳、宜油則油”原則，優(yōu)化乙烯原料結(jié)構(gòu)。2009年9月上海石化60萬t/a對(duì)二甲苯裝置建成投產(chǎn)，它的副產(chǎn)品干氣碳二碳三含量高達(dá)50%左右，是優(yōu)質(zhì)的裂解原料，由于干氣系統(tǒng)壓力低，通常是用作燃料燒掉，優(yōu)質(zhì)資源沒有得到綜合利用。這次在芳烴裝置設(shè)計(jì)過程中，增設(shè)了干氣回收壓縮機(jī)，使7t/h左右的干氣送到乙烯裝置作裂解原料，提高了乙烯產(chǎn)品收率。1600萬t/a煉油改造工程將于2012年建成投產(chǎn)，為了回收催化干氣中的C2+組分，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中也增設(shè)了煉廠干氣回收乙烯成套技術(shù)，使資源得到充分的利用，提高產(chǎn)品的附加值。

5 結(jié)論

在“十一五”期間，上海石化2#乙烯裝置依靠技術(shù)前步、優(yōu)化運(yùn)行工藝、加強(qiáng)科學(xué)管理，節(jié)能效果十分明顯，綜合能耗由2005年683.7kg標(biāo)油/t乙烯下降到2010年的620.6kg標(biāo)油/t乙烯，兩套乙烯合計(jì)綜合能耗為641.5kg標(biāo)油/t乙烯，順利完成了“十一五”節(jié)能考核目標(biāo)。

[1] 仲懷東 趙軍 空預(yù)器技術(shù)在SL-II裂解爐上的應(yīng)用 乙烯工業(yè)（增刊） 2008

[2] 王國清等 裂解爐管扭曲片管強(qiáng)化傳熱技術(shù)的推廣應(yīng)用 乙烯工業(yè)（增刊） 2008

[3] 唐仁花 先進(jìn)控制技術(shù)在上海石化2#乙烯裝置上的應(yīng)用 石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)2010