柴油加氫精制裝置熱量利用不均衡解決措施探討

白永濤

（陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司延安石油化工廠，陜西延安727406）

柴油加氫精制裝置熱量利用不均衡解決措施探討

白永濤

（陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司延安石油化工廠，陜西延安727406）

針對柴油加氫精制裝置自投產(chǎn)以來，一直存在熱量利用不均衡，如進料加熱爐F-101負荷偏高、蒸汽發(fā)生器E-204停運、柴油產(chǎn)品放熱少致使產(chǎn)品出裝置溫度偏高等問題，提出改造方案，將常壓柴油原料供應(yīng)方式改造為常壓裝置直接供應(yīng)。實際運行結(jié)果表明，常壓柴油原料進裝置溫度提高了20℃，解決了上述的一系列問題，保障裝置的安全平穩(wěn)長周期運行；同時創(chuàng)造了約2023.68萬元/年的經(jīng)濟效益。

柴油加氫精制裝置；熱量；不均衡；負荷高

某石油化工廠2.4 Mt/a柴油加氫精制裝置采用FHI加氫改質(zhì)異構(gòu)降凝技術(shù)，主要加工常壓裝置的常一、二線柴油及部分常三線柴油，生產(chǎn)滿足國V標準的精制柴油產(chǎn)品，副產(chǎn)少量石腦油、輕烴和干氣。石腦油送至罐區(qū)，作為連續(xù)重整裝置原料；輕烴送至柴油加氫裝置進一步處理；干氣送至脫硫裝置脫硫處理后，進入燃料氣管網(wǎng)。

裝置自2014年8月26日投料試車成功以來，裝置一直存在熱量利用不均衡問題，如常壓柴油進料取熱量不足導(dǎo)致溫度偏低、反應(yīng)進料加熱爐F-101負荷偏高、蒸汽發(fā)生器E-204停運、柴油產(chǎn)品放熱少導(dǎo)致產(chǎn)品出裝置溫度偏高等。這些問題困擾著裝置的加工負荷提升和安全平穩(wěn)長周期運行，同時無法實現(xiàn)裝置的節(jié)能降耗。

1 裝置流程概述

1.1 原料流程

原料油供給工藝流程見圖1所示。

圖1 原料油供給工藝流程Fig 1 Supply process of raw oil

柴油加氫精制裝置原料油來自常壓裝置的常一、二線柴油及部分常三線柴油，3種物料混合進入常壓柴油原料罐T-1101后，再通過長輸管道輸送至柴油加氫精制裝置原料罐D(zhuǎn)-101，由原料油泵P-101升壓輸送，依次經(jīng)過自動反沖洗過濾SR-101、柴油產(chǎn)品/原料油換熱器E-203加熱后進入濾后原料罐D(zhuǎn)-102，然后由反應(yīng)進料泵P-102升壓、經(jīng)反應(yīng)產(chǎn)物/混氫油換熱器E-102加熱、反應(yīng)進料加熱爐F-101進一步加熱后進入反應(yīng)系統(tǒng)。

1.2 柴油產(chǎn)品熱量利用流程

柴油產(chǎn)品熱量利用流程如圖2所示。

原料油經(jīng)過高壓換熱器加熱、加熱爐升溫、反應(yīng)脫硫等操作單元后，進入產(chǎn)品分餾塔C-202進行分離，分餾塔底餾出精制柴油產(chǎn)品。精制柴油由精制柴油產(chǎn)品泵P-203升壓后，依次經(jīng)過柴油產(chǎn)品/分餾塔進料換熱器E-205管程、蒸汽發(fā)生器E-204管程、柴油產(chǎn)品/原料換熱器E-203管程及精柴出裝置空冷器A-203后，送至產(chǎn)品罐區(qū)。

2 裝置運行存在問題

1)反應(yīng)進料加熱爐負荷高。如圖3，常壓柴油原料先后經(jīng)E-203、E-102換熱升溫后，再經(jīng)反應(yīng)進料加熱爐F-101加熱后進入加氫精制反應(yīng)器R-101。反應(yīng)進料加熱爐實際入口溫度為337℃，設(shè)計為350℃，R-101入口溫度要求365℃，即反應(yīng)進料加熱爐實際溫升為28℃，較設(shè)計溫升（15℃）高，使得加熱爐負荷偏高，爐膛溫度840℃左右，見表1，即加熱爐在爐膛溫度高限（840℃）附近運行，存在著較大的安全隱患。

圖2 精制柴油熱量利用流程Fig 2 Heat utilization process of refined diesel

圖3 反應(yīng)進料加熱爐流程Fig 3 Furnace process of reaction feeding

2)蒸汽發(fā)生器E-204停用。為了充分利用精制柴油產(chǎn)品余熱，特設(shè)置蒸汽發(fā)生器E-204，將熱動力車間的除氧水引至蒸汽發(fā)生器中，產(chǎn)出一定量的1.0MPa低壓蒸汽，并入蒸汽管網(wǎng)。E-204正常投用，柴油產(chǎn)品進一步冷卻。然而原料油與柴油產(chǎn)品在E-203中換熱后，原料油取熱量減少，為了降低反應(yīng)進料加熱爐負荷，保證原料油入口溫度，故停用E-204蒸汽發(fā)生器。

3)常壓柴油換熱后原料溫度偏低。柴油加氫裝置進料溫度約40℃，原料油通過進料換熱器E-203殼程加熱到設(shè)計的150℃，這就要求E-203管程側(cè)有較大的溫度差。換熱面積一定，換熱器的型式及材質(zhì)一定的情況下，換熱器熱量交換是一定的。當(dāng)管程中的柴油產(chǎn)品和殼層中的原料油量都是定值時，E-203換熱器管程進口溫度較高，則出口溫度也會較高。

4)精制柴油產(chǎn)品出空冷器后溫度偏高。柴油產(chǎn)品余熱利用后，為保證柴油產(chǎn)品的儲存安定性，產(chǎn)品需進一步冷卻，即柴油產(chǎn)品經(jīng)空冷器A-203冷卻至50℃以下，送至產(chǎn)品罐區(qū)。然而，由于E204停用，柴油產(chǎn)品經(jīng)E-203冷后溫度較高，約127℃（設(shè)計操作溫度為98℃）左右，這就使得空冷器負荷較高，柴油產(chǎn)品出裝置溫度一直居高不下，溫度約計53℃左右；尤其是在夏季，這一問題更為突出，溫度可達56℃左右。這不僅影響到柴油產(chǎn)品罐區(qū)的儲存安定性，且制約著裝置運行負荷的提高。

3 解決措施

3.1 技改思路

針對熱量交換存在的問題，可提高常壓柴油原料進裝置前的溫度，即進料溫度提高到一定溫度，進料加熱爐負荷降低，E-204正常投用，空冷器入口溫度降低，繼而柴油產(chǎn)品出裝置溫度降低。

提高常壓柴油原料進口溫度可通過原料直供的方式實現(xiàn)，即常壓混合柴油可新配管線，直接輸送至柴油精制裝置原料罐D(zhuǎn)-101。具體思路為：常壓裝置常一線柴油出裝置冷卻器的循環(huán)水線上，增設(shè)溫度控制調(diào)節(jié)閥組；常二、三線柴油出裝置空冷器上，分別增設(shè)1臺的變頻調(diào)節(jié)器；最終，常一、二、三線柴油通過自身的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，控制合適的混合溫度，大部分常壓混合柴油直接供給柴油精制裝置，剩余少部分進常壓柴油原料罐。

原料油泵P-101和污油外送泵P-105泵送溫度分別為45℃和43℃，最大允許工作溫度應(yīng)至少高于最大泵送溫度28℃。因此，原料直供后，柴油加氫精制裝置進料溫度最優(yōu)可提高20℃，即可由以前的40℃提高到60℃左右，則常壓裝置供料需提高23℃?，F(xiàn)有設(shè)備完全滿足溫度上升的梯度要求，泵的壓頭損失可以不進行修正。

3.2實施方案

將常壓柴油原料供給方式改造為常壓裝置直接供給，改造流程如圖4所示。

圖4 技術(shù)改造直供熱進料工藝流程Fig 4 Technicaltransformation ofdirectheating feeding process

從常壓裝置常一、二線柴油及部分常三線柴油出裝置口處引出一條線，連接至常壓柴油原料泵P-1101至柴油精制裝置原料罐管線上；常壓裝置柴油至常壓柴油原料罐T-1101的原流程保留，并在此管線上增加一組水冷器E-1101，用以冷卻進常壓柴油原料罐T-1101的物料，保證柴油儲存的安定性；進常壓柴油原料罐T-1101線和E-1101循環(huán)水冷卻線上均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，控制進罐常壓柴油流量，并將其溫度控制在安定性指標55℃以下；直供柴油原料量用D-101罐進料調(diào)節(jié)閥LIC-10101控制，進柴油精制裝置調(diào)節(jié)閥LIC-10101與進常壓柴油原料罐T-1101的調(diào)節(jié)閥組成分程控制，將常壓混合柴油優(yōu)先送至柴油精制裝置原料罐D(zhuǎn)-101，加工剩余部分進常壓柴油原料罐T-1101，其進罐柴油溫度依靠冷卻器E1101循環(huán)水調(diào)節(jié)閥控制。即當(dāng)常壓裝置混合柴油出裝置量大于柴油精制裝置加工量時，剩余常壓柴油走原流程，經(jīng)水冷器E-1101冷卻后，進常壓柴油原料罐T-1101。

通過改造，提高了柴油精制裝置進料溫度，為了避免柴油溫度較高導(dǎo)致原料泵抽空風(fēng)險，可適當(dāng)提高柴油加氫精制裝置原料罐D(zhuǎn)-101的操作壓力。依據(jù)現(xiàn)D-101罐頂?shù)獨饧訅旱姆绞綄崿F(xiàn)，D-101罐的設(shè)計壓力（設(shè)計0.6 MPa，操作0.4 MPa）與溫度（設(shè)計150℃，操作40℃），完全滿足調(diào)整的幅度要求。

4 經(jīng)濟效益

柴油原料改為由常壓裝置直供后，柴油加氫精制裝置進料溫度由以前的40℃提高到60℃左右。此后，通過提高原料緩沖罐D(zhuǎn)-101的操作壓力，原料泵P-101未出現(xiàn)明顯汽化現(xiàn)象。

采用熱進料的優(yōu)點有以下方面：1)降低了常壓裝置的能耗，節(jié)約了循環(huán)水用量及電能；2)避免了常壓柴油在儲存過程中氧化生膠的可能性；3)常壓柴油進料溫度提高，反應(yīng)加熱爐入口溫度隨之提高，減少了反應(yīng)進料加熱爐的燃料氣消耗，即降低了加熱爐的熱負荷；4)E-204蒸汽發(fā)生器能夠正常投用；5)E-204蒸汽發(fā)生器正常投用后，可緩解柴油產(chǎn)品空冷器A-203熱負荷，柴油產(chǎn)品溫度可下降至50℃以下，滿足了柴油儲存安定性的要求。

技術(shù)改造后，可粗略估算出經(jīng)濟效益：

1)E-204蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的低壓蒸汽費用。柴油精制裝置正常生產(chǎn)時，E-204蒸汽發(fā)生器補充除氧水為1.4 t/h，產(chǎn)出1.0MPa蒸汽約為1.2 t/h。折標準油系數(shù)：除氧水為9.2 kg/t，1.0 MPa蒸汽為76 kg/ t；裝置年運行時間為8 000 h，標油市場價為3000元/t。投用后，加藥泵電耗、化工原材料消耗、設(shè)備維護及人工成本等合計費用為400元/t。則年產(chǎn)生經(jīng)濟效益162.91萬元。

2)反應(yīng)進料加熱爐節(jié)省的燃料氣費用。根據(jù)柴油精制裝置運行參數(shù)，在加工量為240 t/h時，反應(yīng)進料加熱爐燃料氣消耗總體積流量為1 343 m3/h（標準狀態(tài)下），爐前混氫體積流量為122 537 m3/h，進出口溫度差為26℃。依據(jù)常壓柴油原料溫度提高幅度20℃及E-203設(shè)計操作溫度150℃，可知反應(yīng)進料加熱爐進料溫度最大提高15℃左右。裝置年運行時間為8 000 h，燃料氣市場價為3元/m3，可計算裝置300 t/h滿負荷運行時，年經(jīng)濟效益1 627.92萬元。

3)常壓裝置水冷、空冷節(jié)省的費用。依據(jù)3 Mt/ a常壓蒸餾裝置的設(shè)計數(shù)據(jù)，常一線柴油出裝置冷卻器循環(huán)水質(zhì)量流量87.0 t/h，水冷卻器出口管線增設(shè)調(diào)節(jié)閥后，裝置正常運行時，防止單側(cè)受壓及冬季防凍防凝閥門限位開度10%；常壓柴油原料罐水冷卻器需要消耗循環(huán)水量約為常一線柴油出裝置冷卻器循環(huán)水流量的10%，對比技改前，可節(jié)約80%左右的循環(huán)水。循環(huán)水的市場價格按照3.5元/t，可計算年運行8 000 h所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益194.88萬元；常二、三線柴油出裝置共設(shè)置空冷風(fēng)機4臺，每臺軸功率均為19 kW，年運行時間8 000 h，電單價0.5元/ kWh，則可節(jié)約2臺空冷風(fēng)機的費用15.2萬元；柴油加氫精制裝置原料實際來源為3 Mt/a常壓蒸餾和2.6 Mt/a常壓蒸餾2套裝置，則常壓裝置水冷、空冷年經(jīng)濟效益合計392.85萬元。

4)增加的換熱設(shè)備等費用。首先，在2套常減壓蒸餾裝置的常一循環(huán)回水上，加裝2組調(diào)節(jié)閥組；其次，常二、三線空冷上加裝一半的變頻器；最后，在進原料罐的換熱設(shè)備和循環(huán)回水調(diào)節(jié)閥組、加裝的直供管線及管道上的混合器等費用，合計費用約為140萬元。

5)其他費用。常壓柴油采用直供料后，常壓柴油原料罐T-1101底外送泵P-1101可節(jié)約用電及人工成本維護費等；上述技術(shù)改造需要一次性施工費用約計20萬元，包括了長輸管線的蒸汽、管線焊接、混合器安裝費用及其他項目費。

綜上所述，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益2 023.68萬元。

5 結(jié)論

結(jié)合柴油精制裝置與常壓裝置運行情況，實施相關(guān)技術(shù)改造，降低了常壓裝置能耗；解決了柴油精制裝置反應(yīng)進料加熱爐熱負荷高問題，使得蒸汽發(fā)生器E-204能夠正常投用，產(chǎn)生了部分低壓蒸汽，同時緩解了柴油產(chǎn)品空冷器A-203熱負荷，柴油產(chǎn)品溫度可下降至50℃以下，滿足了柴油儲存安定性的要求。同時通過本次技術(shù)改造，解決了柴油精制裝置運行的瓶頸問題，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益，也為裝置安全平穩(wěn)長周期運行提供了有力保障。

TE626.24

B DOI 10.3969/j.issn.1006-6829.2016.04.015

2016-07-21