降低常減壓裝置加熱爐能耗的探討

陶 濤

(中國石化勝利油田分公司石油化工總廠，山東 東營 257000)

降低常減壓裝置加熱爐能耗的探討

陶 濤

(中國石化勝利油田分公司石油化工總廠，山東 東營 257000)

在分析常減壓裝置加熱爐能耗影響因素的基礎(chǔ)上，指出分餾系統(tǒng)的運(yùn)行情況和加熱爐的熱效率是影響加熱爐能耗的主要因素，提出了降低進(jìn)料量、提高換后終溫、降低爐出口溫度、保持爐膛反射面完好、降低過剩空氣系數(shù)、選用高效燃燒器、減少散熱損失等一系列節(jié)能措施。

常減壓；加熱爐；能耗；熱效率；節(jié)能

常減壓蒸餾裝置能量消耗主要是燃料、蒸汽、電和水等，其中燃料消耗最大，通常達(dá)到70%左右，其次是電和蒸汽，分別占總能耗的18%左右，新鮮水和軟化水一般僅占4%左右。降低常減壓裝置加熱爐的能耗，對(duì)常減壓裝置乃至全廠節(jié)能降耗增效具有重要影響。

1 流程簡(jiǎn)述

常減壓裝置的原油經(jīng)過換熱后，進(jìn)入初餾塔進(jìn)行低溫分餾，初餾塔底的拔頭油再與減壓渣油換熱后進(jìn)入常壓加熱爐，加熱后進(jìn)常壓塔進(jìn)行分餾，常壓塔底重油進(jìn)減壓加熱爐，加熱后進(jìn)入減壓塔進(jìn)行減壓分餾。常壓加熱爐和減壓加熱爐必須保證的主要工藝指標(biāo)是原料油的爐出口溫度。

2 影響常減壓加熱爐能耗的主要因素分析

2.1 分餾系統(tǒng)影響加熱爐能耗的主要因素

2.1.1 加熱爐的進(jìn)料量

初餾塔的拔出率影響到常壓加熱爐的進(jìn)料量；常壓塔的拔出率影響到減壓加熱爐的進(jìn)料量，加熱爐的進(jìn)料量是影響其熱負(fù)荷的重要因素之一。

2.1.2 加熱爐的進(jìn)口溫度

初餾塔底的拔頭油與減壓塔底渣油換熱后的最終溫度決定了常壓加熱爐的進(jìn)料溫度，減壓塔底溫度定了減壓加熱爐的進(jìn)料溫度，加熱爐的進(jìn)料溫度是影響其熱負(fù)荷的重要因素之一。

2.1.3 加熱爐出口溫度

常壓塔和減壓塔的分餾運(yùn)行情況決定了對(duì)常壓加熱爐和減壓加熱爐的出口溫度的要求，而加熱爐的出口溫度是影響其熱負(fù)荷的重要因素之一

2.1.4 高溫?zé)嵊捅枚嗣婷芊夥庥?/p>

高溫?zé)嵊捅枚嗣婷芊庾⑷氲姆庥停环矫娌糠诌M(jìn)入減壓加熱爐，增加了減壓加熱爐的負(fù)荷;另一方面，封油取出了熱量，影響了常壓加熱爐進(jìn)料的換后溫度，增加了常壓加熱爐的負(fù)荷。

2.1.5 設(shè)備和管線散熱

設(shè)備和管線散熱降低了加熱爐的進(jìn)料溫度，加熱爐出口管線的散熱影響到需要提高加熱爐的出口溫度。

2.2 影響加熱爐熱效率的主要因素

(1) 爐膛的輻射狀況，輻射爐管的傳熱效果；對(duì)流段煙氣的流動(dòng)狀況，對(duì)流爐管的傳熱效果。

(2) 火焰的燃燒狀況。火焰的燃燒狀況影響到輻射室的傳熱效率，化學(xué)不完全燃燒造成燃料的浪費(fèi)，并增加積灰。

(3) 空氣過剩系數(shù)，爐體的密封情況，影響到煙氣帶走的熱量。

(4)空氣預(yù)熱器的運(yùn)行狀況。是回收利用低溫?zé)幔档团艧煖囟鹊年P(guān)鍵。

(5) 爐體及煙道的保溫效果，決定了散熱損失。

3 降低常減壓裝置加熱爐能耗的措施

3.1

全面優(yōu)化常減壓裝置運(yùn)行，降低常壓加熱爐和減壓加熱爐的能耗

3.1.1 降低常壓加熱爐和減壓加熱爐的進(jìn)料量

初餾塔的過汽化油抽出后，直接作為產(chǎn)品或進(jìn)入常壓塔。當(dāng)原油輕組分較多時(shí)，可采用二級(jí)閃蒸技術(shù)，即在初餾塔之前再加一個(gè)閃蒸塔，原油換熱到180℃左右進(jìn)入閃蒸塔，閃蒸塔頂油引入初餾塔頂，閃蒸塔底油進(jìn)一步換熱到230℃左右進(jìn)入初餾塔。提高初餾塔和閃蒸塔的拔出率，降低常壓加熱爐的進(jìn)料量。將常壓塔的過汽化油抽出，直接進(jìn)減壓塔做回流，降低減壓加熱爐的進(jìn)料量。

3．1.2 提高常壓加熱爐進(jìn)料的換后終溫

利用夾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)；采用高效且抗結(jié)垢效果好的換熱器，應(yīng)特別注意高溫減壓渣油換熱器的結(jié)焦結(jié)垢問題，結(jié)焦結(jié)垢是影響換熱效果的最突出的因素。提高渣油側(cè)的流速，可有效降低渣油側(cè)的結(jié)焦和結(jié)垢傾向，并可提高渣油側(cè)的傳熱系數(shù)，但增加了渣油側(cè)的壓降，在選用減壓塔底泵是應(yīng)考慮適當(dāng)提高揚(yáng)程。

3.1.3 優(yōu)化常壓塔和減壓塔日常的操

控制合適的過汽化率，降低常壓加熱爐和減壓加熱爐的出口溫度。參考文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，每降低1%過汽化率，可節(jié)約的熱量約為加熱爐熱負(fù)荷的2%左右[1]。塔的頂循環(huán)回流和各中段回流可適當(dāng)采用大流量小溫差，有助于提高傳熱系數(shù)和取熱溫位，更充分地利用常壓塔和減壓塔各回流的熱量。采用蒸汽加機(jī)械抽真空系統(tǒng)和高效冷卻器，提高減壓塔頂真空度；減壓塔選擇高效規(guī)整填料和分布器，降低減壓塔壓力降，提高減壓分餾效果，降低進(jìn)料溫度，從而降低減壓加熱爐出口溫度。

3.1.4 降低注入高溫?zé)嵊捅脙?nèi)的封油量

為提高泵端面密封的可靠性，可采用串聯(lián)機(jī)械密封，波紋管使用高鎳合金Inconel-718，可以用于538℃。液膜潤(rùn)滑非接觸式波紋管串聯(lián)式機(jī)械密封，是基于上游泵送機(jī)械密封機(jī)理設(shè)計(jì)，密封端面的流體動(dòng)壓槽把由高壓側(cè)流向低壓側(cè)的密封流體再反輸至高壓側(cè)，摩擦功耗少，端面摩擦溫升小，可降低封油量。

3.1.5 加強(qiáng)設(shè)備和管線的保溫措施，降低散熱損失

對(duì)于內(nèi)部介質(zhì)溫度大于250℃的設(shè)備和管線，可以采用復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)，內(nèi)層選用硅酸鋁巖棉等耐高溫材料，外層選用巖棉等耐溫較低的材料，既可控制投資又能達(dá)到滿意的保溫效果。

3.2 提高加熱爐的熱效率，降低常壓加熱爐和減壓加熱爐的能耗的措施

(1) 加熱爐爐膛內(nèi)的反射面要保持完好，有條件的應(yīng)噴涂增強(qiáng)反射強(qiáng)度的材料，爐管應(yīng)清除外表氧化層，爐管內(nèi)的燒焦或機(jī)械清焦應(yīng)徹底，并在生產(chǎn)過程中加強(qiáng)爐管結(jié)焦情況的監(jiān)測(cè)，如有條件，可定期用紅外熱像儀對(duì)爐管進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)流段和空氣預(yù)熱器配置有效的吹灰裝置，及時(shí)吹灰，加強(qiáng)對(duì)對(duì)流段和空氣預(yù)熱器傳熱情況的監(jiān)測(cè)，保持對(duì)流爐管和空氣預(yù)熱器換熱管傳熱效果良好。

(2) 燃燒器的性能和技術(shù)指標(biāo)，不僅直接決定著燃燒工況，而且還影響著輻射室、對(duì)流室的傳熱。選用適合燃料燃燒特性的高效燃燒器，應(yīng)燃燒強(qiáng)度高，過?？諝饬可伲剂匣瘜W(xué)燃燒完全，火焰剛性強(qiáng)，不易結(jié)焦、積碳與堵塞，火焰穩(wěn)定性好，操作彈性范圍滿足生產(chǎn)過程中的操作需要。在日常生產(chǎn)過程中要定期清理燃燒器中的沉積物、結(jié)焦等，保持燃燒狀況良好。

(3) 降低過?？諝庀禂?shù)，減少排煙熱損失。據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，過剩空氣系數(shù)每增加7%-8%，加熱爐熱效率降低約1%[2]。過?？諝庀禂?shù)大還有其他有害之處，如加速爐管和爐膛內(nèi)構(gòu)件的氧化，提高SO2向SO3的轉(zhuǎn)化從而加劇低溫露點(diǎn)腐蝕等。為降低過剩空氣系數(shù)，首先要選擇性能良好的燃燒器，保證在較低的過?？諝庀禂?shù)下完全燃燒。第二是在操作過程中用好"三門一板" (風(fēng)門、油門、氣門和煙囪擋板)，保持在低過剩空氣系數(shù)下完全燃燒，且火焰剛度好，爐膛內(nèi)燃燒場(chǎng)分布合理，爐管表面熱強(qiáng)度較均勻。第三應(yīng)加強(qiáng)加熱爐的密封檢查和維修，防止加熱爐漏風(fēng)。加熱爐爐膛是負(fù)壓操作，漏入爐膛內(nèi)的空氣一般都不參與燃燒，白白帶走熱量，還降低了進(jìn)入對(duì)流室和空氣預(yù)熱器的煙氣溫度，降低了對(duì)流室和空氣預(yù)熱器的換熱強(qiáng)度。

(4) 合理選用空氣預(yù)熱器，降低排煙溫度。效率較高的加熱爐，排煙損失占總損失的70%～80%，效率較低的加熱爐，排煙損失占總損失的90%以上，降低排煙溫度是提高加熱爐熱效率的主要途徑[1]。低溫部位的露點(diǎn)腐蝕和低溫結(jié)垢積灰，是影響降低排煙溫度的主要技術(shù)問題。降低燃料中的硫含量，既能有效降低露點(diǎn)腐蝕溫度，又是煙氣達(dá)標(biāo)排放的有效措施，應(yīng)優(yōu)先考慮。采用熱管式、熱媒式、耐腐蝕鑄鐵式等空氣預(yù)熱器，或者利用其他余熱對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱后再進(jìn)入空氣預(yù)熱器，亦是降低露點(diǎn)腐蝕的有效措施?？諝忸A(yù)熱器的低溫段，應(yīng)選用不易結(jié)垢積灰的換熱管，如光管、大間距低翅片管，短釘頭管等;設(shè)計(jì)上盡可能降低阻力降、提高煙氣流速，易清垢清灰排灰，并設(shè)置有效的吹灰裝置。

(5) 減少加熱爐的散熱損失。耐火陶瓷纖維是一種低傳熱系數(shù)的耐火絕熱材料，其導(dǎo)熱系數(shù)僅是輕質(zhì)隔熱耐火磚的五分之一，而且蓄熱量約為隔熱耐火磚的七分之一，加熱爐采用陶纖爐襯節(jié)能效果明顯。對(duì)于運(yùn)行中的加熱爐，應(yīng)及時(shí)關(guān)嚴(yán)看火孔，風(fēng)門等，如有條件，用紅外熱像儀對(duì)爐體、煙道等進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)修復(fù)和改進(jìn)隔熱襯里。

(6) 進(jìn)一步優(yōu)化燃燒控制。由于爐體漏風(fēng)的干擾，使得氧化鋯測(cè)出的氧含量，不能真實(shí)反映燃燒過程的氧含量?？諝庵械腃O含量極小，爐內(nèi)的CO含量主要取決于燃燒完全與否，爐體漏入的空氣量對(duì)爐內(nèi)CO含量影響很小，測(cè)量CO含量比測(cè)量O2的含量更能準(zhǔn)確反映燃燒狀況。以O(shè)2含量作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，以CO含量作為副調(diào)節(jié)參數(shù)控制燃燒更合理，可有效控制靈敏調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)低過?？諝庀禂?shù)穩(wěn)定燃燒。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)CO含量在100×10-6～200×10-6之間時(shí)，加熱爐效率一般為最高值[2]。

4 結(jié)束語

以上討論了，一般情況下影響常減壓裝置常壓加熱爐和減壓加熱爐能耗的主要因素及節(jié)能措施。每一套生產(chǎn)運(yùn)行中的常減壓裝置，實(shí)際運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況的偏離，如原料性質(zhì)的變化、裝置加工負(fù)荷的變化、燃料性質(zhì)的變化等，都會(huì)影響到加熱爐能耗的增加。綜合考慮前文中分析的影響因素和措施，進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整和改進(jìn)，可取得一定的節(jié)能效果。

[1] 陳堯煥.煉油裝置節(jié)能技術(shù)與實(shí)例分析[M].北京:.中國石化出版社,2011：26-47.

[2] 代有凡.加熱爐[M]. 北京:中國石化出版社,2013：11-19，432-447.

(本文文獻(xiàn)格式：陶 濤.降低常減壓裝置加熱爐能耗的探討[J].山東化工，2016，45(24)：75-76.)

Discussion on Reducing Energy Consumption of Heating Furnace in Atmospheric-vacuum Distillation Unit

Tao Tao

(Sinopec Shengli Oilfield Branch Petrochemical Factory ,Dongying 257000,China)

Based on the analysis of the factors affecting the energy consumption of heating furnace in atmospheric-vacuum distillation unit, it is pointed out that the operation of the fractionating system and the thermal efficiency of the heating furnace are the main factors affecting the energy consumption of heating furnace, putted forward a series of energy saving measures, such as reducing the feed rate, increasing the final temperature after the change, reducing the outlet temperature, keeping the furnace hearth reflective surface intact, reducing the excess air coefficient, choosing efficient burner, reducing the heat loss.

atmospheric-vacuum distillation; heating furnace; energy consumption; thermal efficiency; energy saving

2016-11-04

陶 濤(1963—)，高級(jí)工程師，1984年7月畢業(yè)于中國石油大學(xué)(原華東石油學(xué)院)機(jī)械系化工機(jī)械專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，從事煉油化工機(jī)械設(shè)備技術(shù)工作。

TE963

A

1008-021X(2016)24-0075-02