常減壓蒸餾裝置的節(jié)能對(duì)策

劉 超

(中國(guó)石油大連石化公司，遼寧 大連 116032)

1 常減壓蒸餾裝置的能耗節(jié)能改進(jìn)措施

在煉油企業(yè)中，常減壓蒸餾的加工能力是煉油企業(yè)加工能力的重要標(biāo)志，其加工能力的高低亦是煉油企業(yè)綜合技術(shù)實(shí)力的具體體現(xiàn)。常減壓蒸餾裝置承擔(dān)著從原油中分離出汽油(重整料)、煤油、柴油、潤(rùn)滑油(蠟油)組分等重要的分離任務(wù)，更主要的是為下游二次加工裝置提供原料。常減壓蒸餾裝置在石油加工過(guò)程中不但加工規(guī)模較大，占煉油綜合耗能的比例也是值得關(guān)注的。常減壓蒸餾裝置的能耗在整個(gè)煉油廠的耗能中占15%～20%，降低常減壓蒸餾裝置的能耗，對(duì)降低整個(gè)煉油企業(yè)的綜合能耗，提高煉油企業(yè)綜合效益意義十分重大。

常減壓蒸餾裝置近20 年來(lái)節(jié)能改進(jìn)措施主要有以下幾個(gè)方面，從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)入手優(yōu)化換熱流程、優(yōu)化頂循環(huán)回流(中段回流)取熱比例、優(yōu)化調(diào)整分餾塔(尤其是常壓塔、減壓塔)的過(guò)氣化率、常壓塔汽提段改造、減壓塔內(nèi)填料的改造、減壓抽真空系統(tǒng)改造、加熱爐煙氣余熱回收、DCS先進(jìn)優(yōu)化控制等。

2 常減壓蒸餾裝置工藝技術(shù)優(yōu)化

2.1 原油性質(zhì)的影響與優(yōu)化

常減壓蒸餾裝置一般以一種原油或兩種混合原油的性質(zhì)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)核算，換熱流程的排布和主要設(shè)備的選型同樣是根據(jù)選定原油的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行的，但從全國(guó)煉油企業(yè)常減壓裝置實(shí)際加工原油的狀況看，原料的性質(zhì)也千差萬(wàn)別，甚至有些裝置加工的原油與實(shí)際設(shè)計(jì)的原油性質(zhì)相差很大，某石化公司一蒸餾裝置加工的部分原油加工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表1 一蒸餾裝置部分原油性質(zhì)與操作條件匯總)。這種情況直接影響裝置的能耗，原油性質(zhì)的變化對(duì)常減壓蒸餾裝置能耗的影響及措施主要有:

(1)原油加工裝置的石腦油收率升高則裝置能耗上升，主要原因是原油偏輕則低溫?zé)嵩枯^大，尤其是塔頂石腦油只有很少的一部分熱能可以回收，熱能的損失較大。加工輕質(zhì)油時(shí)一般換熱終溫較低，燃料的消耗較大;

(2)常減壓蒸餾裝置原油的選擇應(yīng)首先考慮實(shí)沸點(diǎn)數(shù)據(jù)與裝置設(shè)計(jì)原油的數(shù)據(jù)相近的原油，因?yàn)檠b置換熱流程窄點(diǎn)優(yōu)化時(shí)是以設(shè)計(jì)原油的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化的，如加工原油與設(shè)計(jì)原油性質(zhì)偏差較大，則換熱處于非優(yōu)化狀態(tài)，影響熱能的回收，使燃料消耗增加。解決上述不利因素的措施是通過(guò)原油的調(diào)和措施，使加工原油各組分的收率接近設(shè)計(jì)原油各組分的收率，確保換熱流程的優(yōu)化，從而降低裝置的能耗;

(3)通過(guò)增加原油在線調(diào)和措施，確保裝置加工原料的穩(wěn)定性，從而確保裝置的加工負(fù)荷;

2.2 加工負(fù)荷率的影響與優(yōu)化

裝置加工負(fù)荷率是指單日加工量與設(shè)計(jì)的單日加工量之比。常減壓蒸餾裝置的能耗與裝置的加工負(fù)荷率的關(guān)系是，加工量越大，裝置能耗越低，反之加工量越小，裝置能耗越大。國(guó)外煉油企業(yè)常減壓蒸餾裝置單套加工能力一般為5 Mt/a 以上，整個(gè)煉廠的加工能力在10 Mt/a 以上，裝置加工負(fù)荷率在80%～90%，目前世界上單套加工能力在12 Mt/a 的煉廠并不少見(jiàn)。國(guó)內(nèi)中石油系統(tǒng)中的某石化分公司最大的常減壓蒸餾裝置單套加工能力在10 Mt/a，實(shí)際原油一次加工能力已突破20 Mt/a，已經(jīng)運(yùn)行的6 Mt/a 常壓蒸餾裝置和4.5 Mt/a 常減壓蒸餾裝置2004 年加工負(fù)荷率達(dá)到100%，開(kāi)工實(shí)際運(yùn)行周期已超過(guò)3 年，裝置能耗大大降低，因此，降低常減壓蒸餾裝置的能耗，裝置負(fù)荷率是重要的一項(xiàng)措施。據(jù)有關(guān)部門測(cè)算，裝置負(fù)荷率低于85%，裝置能耗將大大提高。所以要求裝置大型化的同時(shí)，還要提高裝置的負(fù)荷率，如裝置負(fù)荷率低于70%，裝置大型化帶來(lái)的直接后果是高能耗，所以，要進(jìn)行裝置加工量的優(yōu)化，確保裝置加工負(fù)荷在85%以上，如果加工負(fù)荷較低，即使采取節(jié)能措施裝置能耗方面也很難達(dá)到一個(gè)較高的節(jié)能水平。表1 列出了負(fù)荷率與裝置能耗對(duì)比情況，可見(jiàn)，裝置負(fù)荷率對(duì)能耗的影響較大。

表1 負(fù)荷率與裝置能耗的關(guān)系Table 1 Load factor and unit energy consumption relative percentage basis

2.3 提高換熱終溫的措施與優(yōu)化

常減壓蒸餾裝置的換熱終溫是裝置節(jié)能優(yōu)化的一個(gè)重要方面，也是衡量常減壓裝置節(jié)能水平的重要指標(biāo)。對(duì)于一定的原油和一定的拔出深度，原油換熱終溫升高，則常壓爐的負(fù)荷下降，加熱爐的燃料消耗降低。利用窄點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)，可使裝置的換熱終溫由230～240 ℃提高到300～310 ℃，常壓爐的燃料消耗可降低36%～48%，由此可見(jiàn)提高換熱終溫對(duì)降低常壓爐的燃料消耗意義十分重大。

影響換熱終溫的主要因素有原油性質(zhì)、常壓與減壓最下側(cè)線的拔出深度(最下側(cè)線干點(diǎn)值)、常(減)壓塔的中段回流取熱分配比例、是否采取優(yōu)化控制、換熱設(shè)備的效率與裝置加工負(fù)荷率等。利用先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)和高效的換熱設(shè)備，輔以優(yōu)化的操作控制，可有效提高換熱終溫，降低常壓爐燃料消耗。

(1)利用窄點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)，使原油換熱終溫大大提高。但目前裝置實(shí)際運(yùn)行的狀況與利用窄點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化后換熱網(wǎng)絡(luò)的狀況相差較大，尤其是對(duì)加工多種進(jìn)口原油的裝置，換熱終溫的變化較大，解決這種狀況的手段是通過(guò)原油調(diào)和確保調(diào)和后的原油性質(zhì)與窄點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化的原油性質(zhì)接近，確保換熱終溫的穩(wěn)定。

(2)采用高效換熱器，提高換熱效率。采用高效換熱器是投入少、見(jiàn)效快的有效措施。

(3)在裝置開(kāi)工的中、后期，利用在高溫重油部位的流程上注入阻垢劑的方法確保高溫?fù)Q熱設(shè)備的換熱效率。

2.4 對(duì)加熱爐系統(tǒng)的優(yōu)化

2.4.1 降低燃料中雜質(zhì)的含量

用渣油作燃料的裝置，要減少灰垢的生成，從根本上要降低原油中的金屬含量。目前蒸餾裝置電脫鹽只能脫出NaCl 和部分的MgCl2，CaCl2，而對(duì)于鐵鹽、銅鹽以及有機(jī)鈣鹽均不能在加注常規(guī)的破乳劑下脫出，而燃料油中鹽含量增加，勢(shì)必造成燃料油燃燒后的灰分增加，灰分附著在輻射爐管、對(duì)流爐管以及空氣預(yù)熱器的釘頭管上，爐管和預(yù)熱器管束結(jié)灰嚴(yán)重，影響傳熱效率，使能耗增加。目前解決的措施是在電脫鹽過(guò)程中加入脫鈣劑和脫金屬劑，以減少燃料油中的金屬含量，降低燃料油燃燒后產(chǎn)生的灰分。

2.4.2 使用聲波除灰

確保加熱爐爐管和空氣預(yù)熱器管束的傳熱效率，減少爐管表面灰分的沉積，最有效的方法是加熱爐管定期吹灰。過(guò)去傳統(tǒng)的吹灰方法效果較差，吹灰的盲區(qū)較多，局部灰分的沉積較嚴(yán)重，直接影響裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行，尤其是裝置開(kāi)工的中、后期裝置能耗上升較大。目前加熱爐吹灰主要采用聲波式除灰器，除灰效果明顯提高，其主要優(yōu)點(diǎn)是易造成灰塵沉積的盲區(qū)較少，吹灰較徹底，對(duì)設(shè)備無(wú)損害等，應(yīng)加大推廣力度。

2.4.3 使用高效燃燒器

在加熱爐單元中，燃燒器是重要的加熱爐設(shè)備，一個(gè)好的加熱爐燃燒器其正常工作中的耗氧量較低、燃燒充分，不存在二次燃燒的現(xiàn)象。配風(fēng)形式為旋流分級(jí)配風(fēng)，火焰的方向性好，不存在燃燒中的局部過(guò)熱現(xiàn)象。更主要的是燃料的適應(yīng)性較強(qiáng)，節(jié)約燃料效果明顯，加熱爐效率較高。具備上述特征的燃燒器以洛陽(yáng)某石油化工設(shè)備有限公司生產(chǎn)的油氣聯(lián)合燃燒器最為典型。

2.4.4 加強(qiáng)加熱爐的日常管理

在常減壓蒸餾裝置的節(jié)能中，加熱爐系統(tǒng)優(yōu)化操作十分重要，因?yàn)樵谡麴s能耗中燃料消耗占蒸餾能耗的70%，節(jié)能潛力很大。在加熱爐的日常管理方面主要應(yīng)加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的工作:

(1)嚴(yán)格控制各項(xiàng)工藝指標(biāo)，主要是氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于2.5%，底部爐膛負(fù)壓不小于80 Pa，中部爐膛負(fù)壓不小于50 Pa，加熱爐排煙溫度控制在150～160 ℃，提高入爐空氣的換熱終溫，確保加熱爐效率在較高水平;

(2)加強(qiáng)日常管理，主要包括看火門、看火孔的管理，正常生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)禁看火門、看火孔常開(kāi)，減少冷空氣漏入量;

(3)對(duì)氧含量表和爐膛負(fù)壓表定期校驗(yàn)，確保儀表好用;

(4)對(duì)加熱爐阻火器加熱爐火嘴定期清掃，保證設(shè)備的使用性能;

(5)加強(qiáng)加熱爐吹灰操作，嚴(yán)格執(zhí)行定期吹灰制度。

2.5 對(duì)分餾系統(tǒng)的優(yōu)化

2.5.1 優(yōu)化回流取熱比例

在常減壓蒸餾裝置的節(jié)能工作中，優(yōu)化操作尤其是優(yōu)化中段回流取熱比例十分重要，因?yàn)樗鼘?duì)提高原油換熱終溫作用很大。一般情況下常壓塔頂循環(huán)回流的餾出、返還溫度差控制在50～60 ℃為宜，常一中回流的餾出、返還溫度差控制在70～80 ℃為宜，常二中回流的餾出、返還溫度差控制在75～85 ℃為宜，基本確保常壓塔各段汽液相負(fù)荷的平衡，同時(shí)保證塔內(nèi)多余熱量的回收。另外在優(yōu)化常壓塔頂循環(huán)回流和常壓一、二中回流的同時(shí)應(yīng)兼顧產(chǎn)品質(zhì)量和操作的穩(wěn)定性，全塔的熱平衡等多方面因素，避免顧此失彼。

2.5.2 降低常壓塔過(guò)氣化率

過(guò)氣化率是常減壓蒸餾裝置分餾塔操作的一項(xiàng)重要的隱性指標(biāo)，過(guò)氣化率對(duì)常減壓蒸餾能耗的影響較大。常壓塔合理過(guò)氣化率經(jīng)驗(yàn)值是2%～4%，如果過(guò)氣化率控制過(guò)高則加熱爐燃料消耗增加，如果過(guò)氣化率控制過(guò)低，一方面產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)受到影響，另一方面輕質(zhì)油收率和裝置總拔出率會(huì)受到影響。目前在過(guò)氣化率的控制與監(jiān)測(cè)方面尚無(wú)有效的手段，但可以通過(guò)對(duì)相關(guān)參數(shù)的控制以及操作分析加以控制。比如通過(guò)常壓塔頂負(fù)荷情況、常壓各中段回流的餾出返還溫度差情況以及常壓塔最下一層側(cè)線的干點(diǎn)情況來(lái)間接判斷過(guò)氣化率的大小，從而調(diào)整加熱爐混合出口溫度或調(diào)整塔底吹汽量，確保入塔過(guò)氣化率在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

3 先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用

目前國(guó)內(nèi)大部分煉油裝置采用DCS 集散控制系統(tǒng)。操作控制的穩(wěn)定性與靈活性大大提高，但利用DCS 進(jìn)行全裝置系統(tǒng)優(yōu)化的裝置并不多見(jiàn)，大部分煉油裝置大多采取的是裝置的局部?jī)?yōu)化，如加熱爐單元的支路平衡優(yōu)化控制。原油換熱流程的支路平衡優(yōu)化控制，如某石化公司的10 Mt/a 年常減壓蒸餾裝置。近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)蒸餾裝置逐步呈大型化趨勢(shì)，采取產(chǎn)品質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)與DCS 自控系統(tǒng)相結(jié)合的優(yōu)化控制即先進(jìn)控制應(yīng)有所加強(qiáng)。采用先進(jìn)控制的優(yōu)點(diǎn)主要是產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)過(guò)?，F(xiàn)象，更主要的是使全裝置的熱平衡更加趨于合理，對(duì)降低裝置能耗十分有利。目前先進(jìn)控制系統(tǒng)已在某石化公司3.5 Mt/a 重油催化裂化裝置投用，從實(shí)際使用效果看對(duì)裝置操作的優(yōu)化和產(chǎn)品質(zhì)量的控制十分有利，裝置的綜合運(yùn)行效益明顯提高。

3.2 高效設(shè)備材料的應(yīng)用

在完善節(jié)能基礎(chǔ)工作方面，高效設(shè)備材料的運(yùn)用不容忽視，應(yīng)用高效傳熱設(shè)備可大大提高裝置的熱量回收率，而高效分離設(shè)備、高效隔熱材料的應(yīng)用則可大大降低裝置的熱能消耗。大連石化公司一蒸餾裝置在裝置改造中初底換熱器采用4臺(tái)高效波紋管換熱器，使換熱終溫提高近3 ℃;加熱爐內(nèi)襯隔熱材料選用新技術(shù)材料鋯鋁纖維模塊，使加熱爐爐壁溫度大大降低，最高點(diǎn)只有60 ℃;在分餾塔中采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)專利技術(shù)，清華大學(xué)研制的ADV 微分浮閥，使分離效率大大提高，過(guò)氣化率降低，上述高效設(shè)備材料的應(yīng)用在節(jié)能降耗工作中的作用已逐步顯現(xiàn)。