改造塔頂氣回收和抽真空系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能增效的研究

李佳琳(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

改造塔頂氣回收和抽真空系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能增效的研究

李佳琳(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

減壓塔的抽真空系統(tǒng)多采用蒸汽噴射法，但是具有消耗大量的蒸汽和冷卻水、能源利用效率低等缺點。對勝利石化總廠的抽真空系統(tǒng)進(jìn)行改造，更換為高效環(huán)保的水環(huán)式真空泵。通過增加螺桿壓縮機(jī)回收塔頂氣，每年可回收液化氣2000t以上，增加收入1000余萬元，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

減壓塔；抽真空；蒸汽噴射法；水環(huán)式真空泵

減壓塔的抽真空系統(tǒng)，目前普遍采用低效率的蒸汽噴射法抽真空系統(tǒng)。這種方法雖然具有設(shè)備簡單，便于操作，蒸汽來源方便等優(yōu)點，但是也具有蒸汽消耗較多，需要消耗大量冷卻水，C3和C4組分不能回收利用，能源利用效率較低，生產(chǎn)成本較高，噪音較大的缺點。

隨著建設(shè)可持續(xù)發(fā)展社會的進(jìn)程不斷加快，節(jié)約利用資源的要求也越來越迫切，如何充分利用資源、降低生產(chǎn)過程的能源消耗就成了一個緊要的問題。因此，有必要對抽真空系統(tǒng)進(jìn)行改造，以充分利用資源，降低能耗，增加產(chǎn)品收入，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

1 改造背景

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

勝利油田石化總廠的常減壓裝置自建成投產(chǎn)以來，歷經(jīng)多次改造。目前的處理量為200×104t/a，常減壓裝置加工原油為純梁－勝利混合原油。

目前，石化總廠的減壓塔抽真空系統(tǒng)采用三級蒸汽噴射器，減頂油氣先經(jīng)過減頂一級抽真空器進(jìn)入一級抽空濕空冷冷凝冷卻到33℃，未凝油氣及水蒸汽由二級抽空器抽出，經(jīng)二級抽空濕空冷冷凝冷卻到45℃，未凝油氣及水蒸汽再由三級抽空器抽出，經(jīng)三級抽空濕空冷冷凝冷卻到50℃。不凝氣體引到F-01作為燃料氣。自一、二、三級抽空濕空冷冷凝下來的油和水自流入減壓塔頂分水罐。油、水分離后，減頂油經(jīng)減頂油泵送出裝置，減頂含油污水送出裝置處理。

減壓塔的塔頂壓力約為4kPa(a)，減壓塔頂溫度為70℃，減頂回流溫度為50℃。一、二、三級抽真空裝置的蒸汽消耗量分別為676、561和513kg/h，抽真空裝置共消耗蒸汽約1.7t/h，消耗能源較多，生產(chǎn)成本較高。

實際生產(chǎn)中，常壓塔頂氣、減壓塔頂氣和重整穩(wěn)定塔頂、汽提塔頂氣分別進(jìn)入以下不同的流程。

常頂油氣經(jīng)常頂空冷器冷凝冷卻到60℃后進(jìn)入常頂回流罐，常壓塔頂回流由此經(jīng)過常頂回流泵打回常壓塔頂。未能冷凝部分由常頂回流罐頂部進(jìn)入常頂后冷器，繼續(xù)冷凝冷卻到40℃后進(jìn)入常頂產(chǎn)品罐，再由常頂產(chǎn)品泵將常頂油送出裝置。不凝氣從常頂產(chǎn)品罐頂部進(jìn)入常壓瓦斯分液罐，在這里進(jìn)一步分液后，去常壓爐作為燃料氣。減壓塔頂?shù)牟荒龤膺M(jìn)入減頂瓦斯分液罐，經(jīng)過分液后去常壓爐作為燃料氣。

重整的汽提塔頂氣從汽提塔回流罐分出，作為燃料氣進(jìn)入干氣脫硫部分，壓力為0.75MPa(g)，質(zhì)量流率約為599kg/h。干氣經(jīng)過凈化后作為凈化干氣進(jìn)入燃料氣管網(wǎng)。重整穩(wěn)定塔頂氣經(jīng)過穩(wěn)定塔回流罐后，直接作為燃料氣進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)，穩(wěn)定塔回流罐控制壓力0.75MPa(g)，質(zhì)量流率約180kg/h。

1.2 存在問題

減壓塔抽真空系統(tǒng)采用三級蒸汽噴射器。抽真空系統(tǒng)目前存在的主要問題有：

蒸汽消耗量大，三級抽真空系統(tǒng)共需要蒸汽1.7t/h；需要大量冷卻水；能源利用率低；性能易受流量波動影響。

通過對四股不同的頂氣組成進(jìn)行分析，頂氣中均含有較多的C3和C4組分，按照目前的工藝流程只能作為燃料氣白白燒掉，不能加以利用，阻礙進(jìn)一步提高加工過程的附加值。

由于壓力過低，常頂氣和減頂氣無法按照現(xiàn)有工藝流程直接進(jìn)入吸收穩(wěn)定裝置，需要通過增壓后才能進(jìn)入吸收穩(wěn)定裝置進(jìn)一步處理。

目前，常壓塔頂氣和減壓塔頂氣都是直接進(jìn)低壓瓦斯系統(tǒng)，去常壓爐作為燃料。重整穩(wěn)定塔頂氣去燃料氣系統(tǒng)，重整的汽提塔頂氣去干氣脫硫裝置。這就造成了較多的C3和C4組分不能得到回收和利用，造成資源浪費。

考慮到減壓塔頂抽真空系統(tǒng)和塔頂氣回收系統(tǒng)存在的種種問題，為提高能源利用的效率，同時最大限度地降低油氣損耗，增加產(chǎn)品收入，必須對抽真空和塔頂氣回收系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 改造工藝

根據(jù)減壓塔抽真空系統(tǒng)目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問題，提出了以下改造方案。

2.1 工藝過程

在減壓塔抽真空系統(tǒng)設(shè)置1臺水環(huán)式真空泵，對應(yīng)已建的三級蒸汽抽空器，同時保留已建蒸汽抽空器作為備用。原有的一級、二級蒸汽抽空器與新建的水環(huán)式真空泵構(gòu)成復(fù)合抽真空系統(tǒng)。操作時，使用水環(huán)式真空泵替代對應(yīng)的三級蒸汽抽空器，同時將已建蒸汽抽空器作為備用。

在塔頂氣回收系統(tǒng)新建1臺螺桿式壓縮機(jī)及配套的緩沖罐。常頂氣和減頂氣集中到新建的瓦斯氣緩沖罐，對其進(jìn)行混合和分液。在緩沖罐底部設(shè)置2臺機(jī)泵，將分出的液體送去污水處理系統(tǒng)。瓦斯氣通過壓縮機(jī)增壓到0.2MPa(g)后，與調(diào)壓后的重整穩(wěn)定塔頂氣和汽提塔頂氣一同進(jìn)入重催氣壓機(jī)入口分液罐，進(jìn)吸收穩(wěn)定回收其中的液化氣組分。螺桿式壓縮機(jī)采用變頻控制，以適應(yīng)不同操作氣量。同時保留原塔頂氣流程，在新建壓縮機(jī)發(fā)生故障時切換到原流程。當(dāng)吸收穩(wěn)定裝置發(fā)生故障時，加壓后的瓦斯氣至加熱爐作為燃料。

該方案流程較為成熟可靠，因此很多煉廠的抽真空系統(tǒng)改造都采用該流程。工藝較為順暢、靈活，緊湊，可根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)，且具有生產(chǎn)管理方便等特點。缺點是只能替代第三級蒸汽抽空器，節(jié)約的蒸汽量較為有限。

2.2 主要設(shè)備

(1)水環(huán)式真空泵。水環(huán)式真空泵為成套設(shè)備，包括1臺真空泵、1臺電機(jī)、1個公用底座、1臺臥式氣液分離罐、1臺密封水冷卻器、1套系統(tǒng)內(nèi)的管路閥門及相關(guān)儀器儀表等。

①操作條件

減壓塔頂抽真空流量 690kg/h

減壓塔頂壓力 4kPa(a)

排氣壓力 110kPa(a)

冷卻水溫度 32/41℃

安裝運行環(huán)境 室外

②真空泵性能技術(shù)參數(shù)

吸氣壓力 20kPa(a)

吸氣溫度 40℃

吸氣流量 1700m3/h

排氣壓力 110kPa(a)

排氣溫度 約52℃

工作液 水

工作液循環(huán)流量 約5.86m3/h，37℃

冷卻水 循環(huán)水，32℃

冷卻水流量 約10m3/h

③主要的控制點及自控水平

分離器液位：分離器內(nèi)水側(cè)和油側(cè)液位分別現(xiàn)場顯示。分離器水側(cè)液位變送器送4-20mA信號到DCS實現(xiàn)顯示、報警或聯(lián)鎖停車(高、低液位報警，高高或低低液位聯(lián)鎖停車)，低液位時補(bǔ)液電磁閥自動打開補(bǔ)液。分離器內(nèi)油側(cè)液位變送器送4-20mA信號到DCS實現(xiàn)顯示并控制排液調(diào)節(jié)閥開度。

進(jìn)口壓力：進(jìn)口壓力現(xiàn)場顯示，并由壓力變送器送至DCS顯示或高、低報警。

出口壓力：出口壓力現(xiàn)場顯示，并由壓力變送器送至DCS顯示或高壓報警。

出口溫度：出口溫度現(xiàn)場顯示。

抽氣量：抽氣量通過旁路控制，循環(huán)流量通過氣動調(diào)節(jié)閥和入口壓力變送器實現(xiàn)自動控制。

機(jī)組控制由用戶DCS完成。

(2)壓縮機(jī)組。螺桿式壓縮機(jī)為成套設(shè)備，每套設(shè)備包括1臺壓縮機(jī)、1臺電機(jī)、1個公用底座、1套潤滑油系統(tǒng)、1套噴液冷卻系統(tǒng)、1臺氣液分離器、1臺氣液冷卻器、1套系統(tǒng)內(nèi)的管路閥門及相關(guān)儀器儀表等。

①由于氣量較小且出口壓力不太高，因此選用可靠性較高的螺桿式壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)具有以下特點。

a.可靠性高。螺桿壓縮機(jī)零部件少，沒有易損件，運轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔達(dá)4～8萬小時；b.高壓比。由于無油螺桿易損件在壓縮過程中通過噴液來控制溫度并且密封轉(zhuǎn)子間隙，因而能夠達(dá)到較高的壓比；c.操作維護(hù)方便；d.可實現(xiàn)無人值守運轉(zhuǎn)；e.動力平衡性好；f.適應(yīng)性強(qiáng)；g.螺桿壓縮機(jī)沒有不平衡性力，機(jī)器可平穩(wěn)地高速工作，可實現(xiàn)無基礎(chǔ)運轉(zhuǎn)，體積小，重量輕，振動小，占地面積小。h.螺桿壓縮機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點，在寬廣的范圍內(nèi)能保證較高的效率。

②螺桿壓縮機(jī)主要的操作條件

進(jìn)氣溫度 40 ℃

進(jìn)氣流量 常頂氣585 kg/h ；減頂氣70 kg/h

吸氣壓力 0.01MPa(g)

排氣壓力 0.2MPa(g)

冷卻水溫度 32/40℃

安裝運行環(huán)境 室外

③設(shè)備參數(shù)

吸氣量(入口狀態(tài)) 10m3/min

吸入壓力/吸入溫度 0.01MPa(g)/常溫

排氣壓力/排氣溫度 0.2MPa(g)/≤85 ℃

④主要的控制點及自控水平

對壓縮機(jī)的進(jìn)氣、排氣、供油壓力分別顯示，對潤滑油過濾器壓差、噴液過濾器壓差、入口過濾器壓差、油泵出口壓力等分別設(shè)置顯示和報警，并對壓縮機(jī)排氣壓力和潤滑油供油壓力設(shè)置聯(lián)鎖停車。

對壓縮機(jī)的進(jìn)氣、排氣、潤滑油供油和油箱、噴液溫度進(jìn)行顯示和報警，并對壓縮機(jī)排氣溫度設(shè)置聯(lián)鎖停車。

對潤滑油油箱液位和氣液分離器液位進(jìn)行顯示，并設(shè)置報警值。

(3)緩沖罐。進(jìn)入緩沖罐的氣量為常頂氣585kg/h，減頂氣70kg/h。該罐起到混合常頂氣和減頂氣的作用，同時兼具分液作用。選用Φ1000×3431，有效容積為2.5m3，設(shè)計壓力0.6MPa(g)的緩沖罐1座。底部分出的液體通過新建的2臺離心泵送至污水處理系統(tǒng)，同時設(shè)置罐內(nèi)液位與泵的聯(lián)鎖啟停。

3 實施效果

通過安裝水環(huán)式真空泵和螺桿式壓縮機(jī)，可以回收塔頂氣中的C3和C4組分，每年增產(chǎn)液化氣2000～2500t，每年增加收入1000余萬元。

項目改造后，減少了蒸汽消耗量約4300t/a，但同時增加電和循環(huán)水的消耗，兩項相抵，每年約增加燃料動力費用9.4萬元。

通過改造，不僅實現(xiàn)了資源利用的最大化，而且可以降低現(xiàn)有抽真空系統(tǒng)的巨大噪音，改善工人的工作環(huán)境。因此，通過對塔頂氣回收和抽真空系統(tǒng)的改造，有利于實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展。

李佳琳(1987- )，女，山東金鄉(xiāng)人，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事煉油化工、油氣儲運工藝設(shè)計工作。