柴油改質(zhì)裝置節(jié)能措施的應(yīng)用

韓維濤 黃曉暉 潘強(qiáng)（克拉瑪依石化公司）

中國(guó)石油克拉瑪依石化公司完善稠油集中加工及配套項(xiàng)目的主體裝置——1.2 Mt/a 柴油改質(zhì)裝置于2012年4月試車(chē)一次成功，并生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。這標(biāo)志著該公司柴油產(chǎn)品質(zhì)量全面升級(jí)。該裝置由加氫改質(zhì)、分餾、煤油加氫補(bǔ)充精制和煤油汽提四部分組成，采用中壓加氫改質(zhì)-中間餾分油加氫補(bǔ)充精制組合工藝，裝置設(shè)計(jì)能耗為1244 MJ/t 原料油。為了降低裝置能耗，技術(shù)人員通過(guò)采取先進(jìn)的節(jié)能措施，并有針對(duì)性地進(jìn)行改造，使裝置能耗水平逐步降低，2013年9月裝置實(shí)際能耗達(dá)到了862 MJ/t，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

1 優(yōu)化加熱爐系統(tǒng)

該裝置反應(yīng)進(jìn)料加熱爐采用雙室水平管箱式爐，熱負(fù)荷為10.28 MW。分餾塔進(jìn)料加熱爐為輻射-對(duì)流型圓筒爐，熱負(fù)荷為15.56 MW。兩爐的熱效率均為90%，共用一套煙風(fēng)系統(tǒng)。通過(guò)技術(shù)改造和加強(qiáng)管理兩方面對(duì)加熱爐系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[1]，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1.1 余熱回收系統(tǒng)技術(shù)改造

空氣預(yù)熱器是通過(guò)對(duì)加熱爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c燃燒所用冷空氣換熱從而降低能耗，將高溫?zé)煔饫鋮s，減少有害氣體（如二氧化硫、氮氧化物等）的排放以達(dá)環(huán)保要求，從而保護(hù)環(huán)境，并且同時(shí)加熱了燃燒所用冷空氣，節(jié)約燃料，也是節(jié)能減排的重要設(shè)備之一。

該裝置的加熱爐余熱回收系統(tǒng)原來(lái)設(shè)計(jì)采用熱管式空氣預(yù)熱器，公司經(jīng)過(guò)反復(fù)比選，最終改用了鑄鐵板翅式空氣預(yù)熱器。該空預(yù)器利用鑄鐵的耐腐蝕、耐磨損特性，結(jié)合板翅式換熱器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，把無(wú)法澆注的全尺寸大面積鑄鐵板片轉(zhuǎn)化為可澆注的中小尺寸板片，用中小尺寸板片組合成鑄鐵翅片板，用多個(gè)這樣的“鑄鐵翅片板”組合便形成了大型鑄鐵板翅式空氣預(yù)熱器。該空預(yù)器結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高、阻力降小、膨脹自由、密封性能好，耐低溫露點(diǎn)腐蝕，對(duì)煙氣溫度變化適應(yīng)能力強(qiáng)。該系統(tǒng)投用后總排煙溫度由160 ℃降至目前的132 ℃，熱空氣入爐溫度由200℃升至目前的220 ℃左右，熱效率分別提高1.4%和1.6%。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 各加熱爐改造前、后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

1.2 采用新型燃燒器

根據(jù)不同加熱爐特點(diǎn)，采用了各種類(lèi)型燃燒器。反應(yīng)進(jìn)料加熱爐爐底共設(shè)有32 臺(tái)附墻式扁平焰氣體燃燒器，其特點(diǎn)是燃燒氣一次進(jìn)入主燃?xì)鉄?，徑U 型氣包管，從兩側(cè)分別進(jìn)入各3 支氣燒嘴，以高速180～200 m/s 噴出沿火盆斜面流動(dòng)后在火盆口燃燒。由于燃料氣噴向墻面，并且助燃風(fēng)再次噴向墻面，所以火焰附墻性能好。同時(shí)，特定的噴孔及火盆磚尺寸與角度設(shè)計(jì)，燃燒時(shí)自然形成二層火焰，兩側(cè)中間的燒嘴形成富氧燃燒的內(nèi)下層火焰，兩側(cè)兩邊的燒嘴形成氧分壓的外上層火焰，因此可有效降低火焰內(nèi)層燃燒溫度，從而有效地降低了煙氣中NOX生存濃度，獲得最佳燃燒效果。

分餾塔進(jìn)料加熱爐配置8 套氣體燃燒器。該節(jié)能燃燒器由中心主氣槍與周?chē)鶆蚍植嫉乃闹лo助氣槍組成，可主、輔槍聯(lián)燒，小負(fù)荷時(shí)可單燒主氣槍，因而調(diào)節(jié)比大，可達(dá)6∶1，操作彈性寬。采用典型的二段燃料低NOX燃燒技術(shù)，一段燃料燃燒形成圓形火焰的中心層火焰，此時(shí)是高過(guò)?？諝饬咳紵?，故降低了中心火焰溫度，多余空氣繼續(xù)向爐膛內(nèi)上噴射，與二段燃料混合燃燒，此時(shí)，由于向爐膛內(nèi)噴射的空氣與向爐膛內(nèi)高速噴射的燃料混合氣形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，將與爐管進(jìn)行熱交換后溫度已下降的煙氣吸回，冷卻外層火焰，從而達(dá)到降低排放煙氣中NOX濃度的目的。

新型燃燒器投用后，火焰形狀規(guī)則、整齊、剛強(qiáng)有力、呈藍(lán)色、不添爐管，氣燒嘴不結(jié)焦，不堵塞，總耗量由2100 m3/h（標(biāo)況）降至1800 m3/h（標(biāo)況），節(jié)能效果明顯。

1.3 強(qiáng)化加熱爐操作管理

車(chē)間加強(qiáng)加熱爐鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)的管理，爐膛氧含量控制在2%～3%，負(fù)壓控制在-40～-60 Pa，從而有效地控制加熱爐過(guò)?？諝庀禂?shù)在1.1～1.2 之間。

加強(qiáng)了日常操作維護(hù)，封堵了漏風(fēng)部位，各看火窗、看火孔使用后必須關(guān)嚴(yán)，40 個(gè)燃燒器分班組維護(hù)和保養(yǎng)，定期清理阻火器。

2 采用節(jié)電新技術(shù)

2.1 利用壓縮機(jī)無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)降低電耗

HydroCOM 是賀爾碧格公司專門(mén)為往復(fù)式壓縮機(jī)開(kāi)發(fā)的液壓式氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本原理可通過(guò)PV 圖清晰解釋（圖1）。使用HydroCOM氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，壓縮過(guò)程沿CD 曲線進(jìn)行；在部分負(fù)荷運(yùn)行工況下，氣缸進(jìn)氣終了時(shí)，進(jìn)氣閥閥片將在液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁閥作用下仍被卸荷器強(qiáng)制地保持在開(kāi)啟狀態(tài)，壓縮過(guò)程先從位置C 到達(dá)位置Cr，此時(shí)原吸入氣缸的部分氣體經(jīng)被頂開(kāi)的進(jìn)氣閥回流到進(jìn)氣管而不被壓縮，待活塞運(yùn)動(dòng)到特定的位置Cr時(shí)（對(duì)應(yīng)所要求的氣量），電磁閥作用在進(jìn)氣閥片上的強(qiáng)制外力消失，進(jìn)氣閥關(guān)閉，氣缸內(nèi)剩余的氣體開(kāi)始被壓縮，壓縮過(guò)程再?gòu)奈恢肅r到達(dá)位置Dr。采用這種調(diào)節(jié)方法，壓縮機(jī)的指示功消耗與實(shí)際容積流量成正比，實(shí)現(xiàn)排氣量0～100%全行程范圍無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。如圖1 所示，當(dāng)壓縮機(jī)的負(fù)荷為50%時(shí)，它所消耗的能量只有滿負(fù)荷時(shí)的一半左右，這就是HydroCOM 系統(tǒng)“回流省功”的原理[2]。

圖1 HydroCOM 原理圖及其作用下的PV 圖

新氫壓縮機(jī)是加氫裝置的核心設(shè)備，其作用是補(bǔ)充反應(yīng)所消耗的氫氣，參與加氫反應(yīng)。該裝置有兩臺(tái)新氫壓縮機(jī)組（K-3101A/B），一開(kāi)一備，軸功率為2806 kW，設(shè)計(jì)排氣量為34 000 m3/h （標(biāo)況）。目前裝置實(shí)際氫耗量為23 000 m3/h（標(biāo)況），若使用K-3101/B 的頂開(kāi)吸氣閥以及三返一旁路跨線調(diào)節(jié)，其設(shè)有0%、50%、100%三個(gè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)，實(shí)際生產(chǎn)中只能選擇100%負(fù)荷，多余的11 000 m3/h（標(biāo)況）氣量只能通過(guò)旁路調(diào)節(jié)返回至壓縮機(jī)入口，造成了很大的能量損耗。此外，由于機(jī)組沒(méi)有逐級(jí)返回控制，機(jī)組無(wú)法實(shí)現(xiàn)逐級(jí)緩慢增負(fù)荷，不能避免開(kāi)機(jī)時(shí)快速升壓造成的對(duì)機(jī)組及系統(tǒng)的沖擊，嚴(yán)重影響了壓縮機(jī)及系統(tǒng)流程的穩(wěn)定。

而經(jīng)改造的K-3101/A 作為運(yùn)行的主要機(jī)組，在負(fù)荷為70%時(shí)，電流由改造前的270 A 下降至目前的190 A，年可節(jié)約電耗費(fèi)用240 萬(wàn)元。該系統(tǒng)投用后，通過(guò)對(duì)各級(jí)壓力自動(dòng)控制，可使壓縮機(jī)保持最佳壓縮比[3]，在不停機(jī)的情況下可實(shí)現(xiàn)與原旁路控制自由切換，最大限度地保證了裝置的安全運(yùn)行。此外，還降低了壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器的負(fù)荷，循環(huán)水耗量減少45 t/h。

2.2 利用液力透平降低電耗

液力透平主要是將流體工質(zhì)中蘊(yùn)有的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的機(jī)器。該裝置新增的液力透平，是根據(jù)熱高壓分離器至熱低壓分離器的壓力差轉(zhuǎn)換成動(dòng)力能，帶動(dòng)進(jìn)料泵，從而減少電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，為裝置的運(yùn)行節(jié)約能耗[4]，具體見(jiàn)圖2。

P-3101/AB 是該裝置的高壓進(jìn)料泵，A 泵由進(jìn)料泵、電動(dòng)機(jī)、離合器和液力透平組成，平時(shí)作為主泵，B 泵不帶液力透平，作為備用輔泵，這樣可以達(dá)到更好的節(jié)能效果。液力透平未投用時(shí)，由電動(dòng)機(jī)（功率為1050 kW）帶動(dòng)泵葉輪旋轉(zhuǎn)。液力透平投用后由熱高分油驅(qū)動(dòng)透平軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)離合器帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，與電動(dòng)機(jī)共同做功，從而減小電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。透平的驅(qū)動(dòng)介質(zhì)為高分油，溫度為240 ℃，壓力11.5 MPa，經(jīng)過(guò)透平減壓為2.5 MPa，進(jìn)入熱低壓分離器。液力透平正常運(yùn)行后，電動(dòng)機(jī)電流由115 A 降低至83 A，每年節(jié)約費(fèi)用約56.7萬(wàn)元。

圖2 液力透平能量回收系統(tǒng)示意圖

2.3 利用變頻系統(tǒng)節(jié)約電能

秋冬季時(shí)，車(chē)間根據(jù)加工負(fù)荷及原料性質(zhì)變化，及時(shí)停用無(wú)變頻控制系統(tǒng)的空冷，靈活調(diào)節(jié)各空冷電動(dòng)機(jī)的變頻開(kāi)度，既節(jié)約了電能又降低了空冷凍凝的概率。

柴油改質(zhì)裝置汽提塔頂回流泵、分餾塔頂回流泵、中段回流泵及航煤分餾塔頂回流泵等大型機(jī)泵安裝先進(jìn)的變頻控制系統(tǒng)，根據(jù)流量及時(shí)調(diào)整機(jī)泵變頻，既控制了流量，也避免了電能的浪費(fèi)。

3 工藝調(diào)整增加自產(chǎn)蒸汽量

該裝置主要使用1.0 MPa 蒸汽，用于兩塔物料汽提使用，設(shè)計(jì)值為4.1 t/h， 實(shí)際使用3 t/h，裝置設(shè)有柴油蒸汽發(fā)生器，能自產(chǎn)部分1.0 MPa 蒸汽，車(chē)間通過(guò)工藝參數(shù)調(diào)整（表2），使柴油收率由53.5%提高到64%，相應(yīng)地發(fā)汽量由2.1 t/h 增加至3.0 t/h，目前發(fā)汽量和自用量基本持平，這樣就大幅降低了蒸汽輸送過(guò)程中的熱量損失。

為充分利用裝置余熱，在分餾塔的中段回流和煤油線分別設(shè)置了0.3 MPa 蒸汽發(fā)生器，它們由換熱器、汽包、上升管和下降管組成，均為一頂一型式，自然循環(huán)，汽包內(nèi)設(shè)置水下孔板和汽水分離裝置以保證飽和蒸汽的品質(zhì)。飽和蒸汽至加熱爐過(guò)熱，之后并入系統(tǒng)管網(wǎng)。外送量經(jīng)不斷調(diào)整由6.9 t/h提高至8.4 t/h。

表2 工藝調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比

4 回收利用低熱介質(zhì)

4.1 凝結(jié)水回收

通過(guò)優(yōu)化改造，將蒸汽凝結(jié)水引至停用的重石腦油與燃料氣換熱器，與燃料氣進(jìn)行換熱降溫后外送出裝置，達(dá)到0.37 t/h，既解決了凝結(jié)水溫度高無(wú)法外送的問(wèn)題，又將燃料氣溫度由30 ℃提高至70 ℃，提高加熱爐效率，降低了燃料氣消耗，從而實(shí)現(xiàn)降本增效。

4.2 低溫?zé)釗Q熱器用來(lái)加熱采暖水

冬季利用分餾塔中段回流和煤油的多余熱量與采暖水換熱，使采暖水溫度由70 ℃提高至90 ℃，每小時(shí)回收19.8 MJ 的熱量供其他裝置伴熱系統(tǒng)使用。

5 節(jié)能效果

通過(guò)多項(xiàng)節(jié)能措施的落實(shí)，裝置各項(xiàng)消耗大都有了顯著下降。從表3 可以看出，該裝置的循環(huán)水、電、1.0 MPa 蒸汽和燃料氣耗量都逐步下降，0.3 MPa 蒸汽的輸出量明顯上升。除氧水耗量增加是由于發(fā)汽量增加所致。該裝置注水系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改造，可同時(shí)向本裝置和0.9 Mt/a 柴油精制裝置供水，所以除鹽水耗量大幅增加。裝置能耗由設(shè)計(jì)值的1244 MJ/t 逐步降低至目前的862 MJ/t，折合標(biāo)油是從29.70 kg/t 下降至20.58 kg/t，若標(biāo)準(zhǔn)油價(jià)格按3000 元/t 計(jì)算，該裝置每年節(jié)能降耗帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益可以達(dá)到3283 萬(wàn)元。

表3 改質(zhì)裝置主要能耗對(duì)比 單位：MJ/t

6 結(jié)束語(yǔ)

1）利用加熱爐先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化操作，提高加熱爐熱效率，是降低裝置能耗的最有效途徑。

2）該裝置的液力透平是國(guó)內(nèi)第一套在相近工作壓力及溫度下，采用國(guó)產(chǎn)透平以及機(jī)械密封的設(shè)備，它的成功運(yùn)行具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為今后類(lèi)似工況的透平運(yùn)行提供了良好的借鑒和參考。

3）通過(guò)技術(shù)改造和工藝調(diào)整，增加自產(chǎn)蒸汽量，回收低溫?zé)嵯到y(tǒng)，也是降低裝置能耗的途徑之一。

4）總結(jié)了1.2 Mt/a 柴油加氫改質(zhì)裝置采取的節(jié)能措施，為新建加氫裝置或老裝置改造提供了節(jié)能優(yōu)化的思路[5]。

[1]伍忠.潤(rùn)滑油加氫改質(zhì)裝置的節(jié)能改造[J].石油石化節(jié)能與減排,2012,2(6):9-12.

[2]莊永躍.HydroCOM 系統(tǒng)在1.2 Mt/a 柴油加氫裝置新氫壓縮機(jī)上的應(yīng)用[J].遼寧化工,2012,41(10):1068-1070.

[3]王天全,朱榮欣,曲峰,等.HydroCOM 在柴油加氫往復(fù)壓縮機(jī)的應(yīng)用[J].石油和化工設(shè)備,2012,15(6):38-40.

[4]楊軍虎,張雪寧,王曉暉,等.能量回收液力透平研究綜述[J].流體機(jī)械,2011,39(6):29-33.

[5]呂浩.3.2 Mt/a 加氫處理裝置能耗分析與節(jié)能措施[J].石油煉制與化工,2013,43(2):81-86.