吉化煉油廠第一常減壓換熱網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能研究

陳安強(qiáng)（大慶油田化工有限公司醋酸分公司）

吉化煉油廠第一常減壓換熱網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能研究

陳安強(qiáng)（大慶油田化工有限公司醋酸分公司）

應(yīng)用換熱網(wǎng)絡(luò)軟件包,對吉化煉油廠第一常減壓換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化節(jié)能研究,找出了原有換熱網(wǎng)絡(luò)存在的問題,通過換熱網(wǎng)絡(luò)的合成、分析，提出了對原有換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改進(jìn)的方案,這套方案流程結(jié)構(gòu)簡單，便于操作和控制。通過與原換熱網(wǎng)絡(luò)的對比和分析，以及換熱器的優(yōu)化設(shè)計和選型，對改進(jìn)后的流程進(jìn)行了模擬，初底油換后溫度由原來的279℃提高到289℃以上，直接節(jié)省燃料油3460 t/a，年節(jié)能效益535×104元。

常減壓裝置 換熱網(wǎng)絡(luò) 流程模擬 優(yōu)化設(shè)計 節(jié)能研究

換熱網(wǎng)絡(luò)是熱能回收與再利用的一個重要分支系統(tǒng)，在化工生產(chǎn)應(yīng)用與設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到有些物料需要降溫，有些物料需要升溫，如果用高溫物料來加熱低溫物料，這樣就可以回收熱能[1]。另外，為了確保換熱過程不同物料達(dá)到生產(chǎn)設(shè)計溫度，在生產(chǎn)裝置中還必須設(shè)計一些輔助的加熱器與冷凝器來支持熱量交換。

常減壓裝置能耗主要是生產(chǎn)過程中產(chǎn)熱燃料、換熱蒸汽、動力用電、循環(huán)水等實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行的必需能量消耗，其中產(chǎn)熱燃料能耗所占的比重最大，達(dá)65%～80%之多。據(jù)統(tǒng)計，常減壓裝置能量消耗占吉化煉油廠全廠總能耗的18.5%左右，因此，常減壓裝置的節(jié)能降耗研究具有非常重要的意義。油四路經(jīng)換熱后合并為一路，進(jìn)入初餾塔（T－101）進(jìn)料段。初餾塔底油分二路與高溫位熱源換熱。初底油兩路換熱后合為一路，去催化裝置熱聯(lián)合與油漿換熱，初底油經(jīng)油漿（4、3、2、1）換熱器（E－401/4、3、2、1）換后終溫約為300℃去常壓爐，進(jìn)入常壓塔進(jìn)料段，作為常壓塔進(jìn)料。

1 現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)流程

在吉化煉油廠第一常減壓現(xiàn)有的換熱網(wǎng)絡(luò)中，原換熱網(wǎng)絡(luò)熱流有14股，冷流有3股，工藝流程如圖1所示，換熱分為3段：脫前原油的換熱、脫鹽后原油的換熱和初底油的換熱，具體敘述如下。

原油（以下稱為脫前原油）自原油罐區(qū)用原油泵送入裝置內(nèi)，分為四路分別與低溫位熱油換熱。一、二、三、四路分支經(jīng)換熱后合并為一路進(jìn)入電脫鹽。原油出電脫鹽分四路與中溫位熱油換熱。原

2 物流換熱目標(biāo)

2.1 物流換熱目標(biāo)表

經(jīng)過此網(wǎng)絡(luò)的物流換熱網(wǎng)絡(luò)要求詳見表1，同時根據(jù)數(shù)學(xué)模型求出熱回收量。入口溫度指的是物料進(jìn)換熱網(wǎng)絡(luò)的即時溫度，目標(biāo)溫度指的是產(chǎn)品出裝置時的即時溫度，換后溫度是指物流流出時達(dá)到的溫度或中段回流物流要求達(dá)到的溫度。

2.2 熱回收量的計算

已知冷、熱物流的流比熱及進(jìn)出口溫度，計算

熱回收量：

式中：

Qr——熱回收量，J/h;

W——熱流或冷流的熱容流率，J/h；

CP——熱流或冷流的平均比熱J/（kg·K）；

Thi,Tho——熱流的入口、出口溫度，K；

Tci,Tco——冷流的入口、出口溫度，K。

對于冷流，ΔT=Tco-Tci；對于熱流，ΔT=Thi-Tho。

表1 物流換熱要求

3 重新合成的換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

用換熱網(wǎng)絡(luò)軟件包計算最大回收熱量統(tǒng)計結(jié)果得知，該廠原有換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有非常理想的節(jié)能空間，標(biāo)志性物料初底油換熱后最高溫度可以達(dá)到289℃以上，這為原有換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)奠定了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。為保證有效能損失最少，該改造項目必須使用并遵循高溫位熱物料與高溫位冷物料換熱，中溫位熱物料與中溫位冷物料換熱，低溫位熱物料與低溫位冷物料換熱的設(shè)計方案。為最大限度減少設(shè)備投資費(fèi)用，在盡量利用有效熱物料的高溫位能量的同時，還要充分保留并利用原有的換熱設(shè)備。

在設(shè)計方案的研究與制定過程中遵循以下原則：

◇在滿足生產(chǎn)工藝要求的條件下盡可能多地回收、捕捉、利用熱能；

◇在最少設(shè)備投資的條件下，竭力保留并利用原有的換熱設(shè)備；

◇在安全生產(chǎn)調(diào)控中，盡力簡化換熱網(wǎng)絡(luò)流程結(jié)構(gòu)，以便生產(chǎn)時期的檢修維護(hù)、操作調(diào)整、參數(shù)校正、安全管理等[2]。

該廠原生產(chǎn)中換熱網(wǎng)絡(luò)需要改進(jìn)的弊端有：

◇冷物流與熱物流的換熱匹配不夠理想；

◇換熱流程繁冗，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

◇部分換熱設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)中利用不充分。

本方案應(yīng)用換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)，遵循高溫位熱物流與高溫位冷物流換熱，中溫位熱物流與中溫位冷物流換熱，低溫位熱物流與低溫位冷物流換熱的匹配原則，揭示了原有換熱網(wǎng)絡(luò)潛在的能量浪費(fèi)問題，提供了該換熱網(wǎng)絡(luò)節(jié)能改造的最佳設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了該換熱網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降耗、降本增效的研究目標(biāo)。新的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計圖如圖2。

重新合成的換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有如下優(yōu)點(diǎn):

1）針對冷物流與熱物流的換熱匹配順序進(jìn)行重新修整，充分利用了熱流的高溫位熱量，使熱量的回收利用獲得了較大幅度提升。

2）在原換熱網(wǎng)絡(luò)改動很小的情況下，達(dá)到現(xiàn)在的換后溫度，使熱物流的熱量得到了最充分的利用。

3）保持了原有網(wǎng)絡(luò)的3段換熱模式，最大限度地保留了原有換熱設(shè)備，使改造中設(shè)備投資降到最低。

4）簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為設(shè)備及儀表安裝、檢修維護(hù)、操作調(diào)整、安全管理等帶來方便。

4 節(jié)能效益分析

吉化煉油廠第一常減壓車間，熱物流有14股,冷物流有3股，換熱單元33個。改進(jìn)后的換熱網(wǎng)絡(luò)，初底油換后溫度由改前的279℃提高到改后的289℃，初底油的流量為47.56×104kg/h，初底油在213～279 ℃之間的平均比熱為3.15 kJ/（kg·K），改造后多回收熱量14.97×106kJ/h。

燃料油的燃燒值為40738.28 kJ/kg；常壓爐的熱效率為0.85；年生產(chǎn)時間為8000 h，則每年節(jié)省燃料油3460 t。

燃料油的單價為1545元/t，每年節(jié)能效益535×104元。

因此，改進(jìn)后的換熱網(wǎng)絡(luò)的初底油換后溫度由改前的279℃提高到改后的289℃以上，每年直接節(jié)省原料油3460 t，年節(jié)約效益535×104元以上。

5 結(jié)論

1）加熱爐是常減壓裝置燃料消耗的主要加熱耗能設(shè)備，通過改進(jìn)換熱流程提高換熱終溫，最終有效降低加熱爐生產(chǎn)負(fù)荷，最大限度減少燃料耗能；同時還能降低產(chǎn)品換后溫度，削減冷卻負(fù)荷，節(jié)省冷卻水的使用。由此可見，換熱流程的優(yōu)化是常減壓裝置改造和節(jié)能的核心。

2）在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，將流程模擬與換熱流程優(yōu)化相結(jié)合，對回流取熱分配進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，盡量多取高溫位熱量進(jìn)行換熱，以利于熱能回收[3]。

3）實(shí)例計算證明，優(yōu)化的最佳換熱網(wǎng)絡(luò)可大大提高換熱網(wǎng)絡(luò)的熱回收量，獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]張俊華,應(yīng)啟夏,黃為民.換熱器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究進(jìn)展[J].熱能動力工程,2000,15(87):201-204.

[2]呂艷卓,魏關(guān)鋒,王瑤,等.常減壓蒸餾裝置換熱網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能優(yōu)化[J].石油化工設(shè)計,2003,20(3):12-15.

[3]高維平,楊瑩.換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化改進(jìn)和控制[J].化工學(xué)報,2003,54(70):965-971.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.002

陳安強(qiáng)，2007年畢業(yè)于吉林化工學(xué)院，從事化工生產(chǎn)與節(jié)能開發(fā)方面工作，E-mail：chenanqiang@cnpc.com，地址：黑龍江省大慶油田化工有限公司醋酸分公司，163411。

2011-12-08)