500萬(wàn)t/a常壓裝置標(biāo)定能耗分析及預(yù)測(cè)

徐令寶，劉曉燕（中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司，山東 青島 266071）

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500萬(wàn)t/a常壓裝置標(biāo)定能耗分析及預(yù)測(cè)

徐令寶，劉曉燕
（中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司，山東 青島 266071）

摘要：中國(guó)石油某石化公司500萬(wàn)t/a常壓蒸餾裝置標(biāo)定數(shù)據(jù)顯示該裝置能耗遠(yuǎn)低于同類(lèi)裝置能耗水平。從影響裝置能耗的各個(gè)方面，對(duì)比分析了該裝置標(biāo)定能耗與設(shè)計(jì)能耗之間的差別。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，裝置區(qū)建立聯(lián)合裝置，可以有效提高換熱終溫；大型機(jī)泵電機(jī)采用變頻可以降低裝置電耗。通過(guò)分析五套不同地區(qū)常壓裝置的運(yùn)行能耗及原料性質(zhì)參數(shù)Cp值，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在近似線性關(guān)系，對(duì)預(yù)測(cè)常壓裝置能耗有積極意義。

關(guān)鍵詞：常壓裝置；標(biāo)定；能耗；熱聯(lián)合；能耗預(yù)測(cè)

為考察新建裝置在設(shè)計(jì)負(fù)荷下的物料平衡、操作條件、能耗、設(shè)備運(yùn)行狀況及加熱爐熱效率等技術(shù)指標(biāo)，中國(guó)石油某石化公司對(duì)新建500萬(wàn)t/a常壓蒸餾裝置進(jìn)行了全面的考核標(biāo)定。

1　常壓裝置

新建常壓裝置原油處理量為500萬(wàn)t/a，原料為長(zhǎng)慶、二連、塔木察格原油的混合原油，該混合原油屬于低硫石蠟基輕質(zhì)原油。裝置主要由換熱、電脫鹽、閃蒸塔、常壓爐、常壓塔及三注等部分組成。產(chǎn)品方案為：常頂石腦油作為連續(xù)重整裝置原料，常一線生產(chǎn)航煤餾分作為煤油加氫精制原料，常二、三線生產(chǎn)的直餾柴油餾分作柴油加氫精制原料，常壓渣油作催化裂化原料。

該裝置于2011年9月建成投產(chǎn)，2013年9月進(jìn)行了標(biāo)定，標(biāo)定期間物料平衡及收率與設(shè)計(jì)值對(duì)比見(jiàn)表1。

標(biāo)定期間原油加工總量為39 051 t，裝置標(biāo)定運(yùn)行負(fù)荷105.8%。表1數(shù)據(jù)表明常一線收率與設(shè)計(jì)值基本一致，石腦油多出的部分與常二、三線減少的量相抵后，總輕油收率較設(shè)計(jì)值低2.98%。由于標(biāo)定原油比設(shè)計(jì)采用混合原油更輕，導(dǎo)致石腦油收率提高。標(biāo)定期間總拔收率比設(shè)計(jì)總拔低2.61個(gè)百分點(diǎn)，是由于常壓渣油中350 ℃之前的餾分含量折合成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)后均略大于 5%（w），后期經(jīng)過(guò)優(yōu)化操作使常渣中350 ℃以前餾分含量滿(mǎn)足要求。

2　標(biāo)定能耗分析

標(biāo)定期間裝置的綜合能耗為6.41 kg oe/t原油，比設(shè)計(jì)綜合能耗低0.18 kg oe/t原油，且在同類(lèi)裝置中能耗較低，遠(yuǎn)低于GB30251-2013煉油生產(chǎn)裝置常壓蒸餾能耗定額9 kg oe/t原油。標(biāo)定期間裝置能耗與設(shè)計(jì)值對(duì)比統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

GB30251-2013中規(guī)定，電耗折標(biāo)系數(shù)由10.89 MJ/（kW?h）變?yōu)?.546 MJ/（kW?h），為保持能耗計(jì)算基準(zhǔn)一致，本文能耗計(jì)算依舊采用GB/T 50441-2007標(biāo)準(zhǔn)。2011年，中石油內(nèi)部數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)內(nèi)相近規(guī)模常壓裝置綜合能耗在7～9 kg oe/t原油，該標(biāo)定常壓裝置能耗處于較優(yōu)水平。

2.1燃料消耗

常減壓裝置中加熱爐能耗約占裝置總能耗的80%左右，且“工藝減排”在很大程度上取決于能耗的高低。加熱爐燃料耗量決定了裝置排煙量及加熱爐污染物排放量，因此提高加熱爐熱效率不僅是節(jié)能重點(diǎn)也是實(shí)現(xiàn)常減壓裝置節(jié)能減排的重點(diǎn)［1］。

該煉廠常壓裝置與催化裝置組成聯(lián)合裝置，閃底油經(jīng)換熱網(wǎng)絡(luò)換熱至 299 ℃后進(jìn)催化裝置，與催化油漿換熱升溫至 322 ℃返回常壓爐入口。在標(biāo)定過(guò)程中，閃底油與催化油漿換熱后返回溫度為316 ℃，低于設(shè)計(jì)返回溫度，這就導(dǎo)致加熱爐需要提高負(fù)荷來(lái)滿(mǎn)足爐出口溫度要求。經(jīng)計(jì)算燃料單位能耗需高于設(shè)計(jì)能耗19.28 MJ/t原油，方可滿(mǎn)足爐出口溫度。這部分需要多消耗的燃料與表 2中標(biāo)定燃料單耗與設(shè)計(jì)燃料單耗的差值19.13 MJ/t原油基本吻合。

常壓裝置標(biāo)定燃料消耗占總能耗的85.4%（不計(jì)熱出料及熱輸入、熱輸出），占比最大，該部分換熱終溫未達(dá)到設(shè)計(jì)值，對(duì)聯(lián)合裝置總能耗會(huì)有一定影響。此外，由于燃料消耗在總能耗中的主導(dǎo)地位，加熱爐效率的提升對(duì)能耗影響更為顯著。為提高常壓爐熱效率降低能耗，加熱爐設(shè)置空氣預(yù)熱器，充分利用煙氣余熱，降低排煙溫度。標(biāo)定期間排煙溫度為138 ℃，常壓爐熱效率達(dá)92.4%［2］。

2.2用電消耗

該裝置設(shè)計(jì)電耗為3.63 kW·h/t原油，中石油2011年相近規(guī)模常壓裝置運(yùn)行電耗普遍在5.25～5.6 kW·h/t原油之間，標(biāo)定裝置設(shè)計(jì)電耗較在運(yùn)行裝置較低。主要原因是該裝置原油泵在罐區(qū)，能耗計(jì)算時(shí)沒(méi)有統(tǒng)計(jì)在內(nèi)，此外該裝置為兩級(jí)電脫鹽?？鄢捅煤碗娒擕}罐臺(tái)數(shù)對(duì)能耗的影響，該裝置其余機(jī)泵用電總和較同期同規(guī)模裝置用電量低20%～30%。

目前國(guó)產(chǎn)高效離心泵的效率為65%～75%，尚有一定潛力可挖；進(jìn)口優(yōu)質(zhì)泵的效率為75%～90%。電動(dòng)機(jī)的效率比較高，一般在90%以上。當(dāng)泵和電機(jī)已經(jīng)確定，系統(tǒng)的能量利用率首先與泵的剩余揚(yáng)程有關(guān)，其次是泵的運(yùn)行狀態(tài)（是否在高區(qū)）有關(guān)。變頻調(diào)速就是從這兩個(gè)方面來(lái)提高能量利用率，從而達(dá)到節(jié)能目的［3］。

裝置標(biāo)定期間，各機(jī)泵運(yùn)行平穩(wěn)，工況正常。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，各泵運(yùn)行電流均略低于額定電流，這是由于裝置滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行下，各主要機(jī)泵出口閥全部打開(kāi)，機(jī)泵較易在高效率點(diǎn)運(yùn)行。該裝置閃底泵、常底泵、頂循及中段回流泵等較大功率機(jī)泵電機(jī)均采用變頻調(diào)節(jié)，計(jì)算表明標(biāo)定期間采用變頻器的機(jī)泵總功率較設(shè)計(jì)低約20%。

2.3水、風(fēng)消耗

裝置標(biāo)定條件下，除氧水、凈化水、循環(huán)水用量及污水排放量與設(shè)計(jì)值接近，且這部分能耗在總能耗中占比較小（占標(biāo)定總能耗 3.67%），非能耗控制因素。電脫鹽及藥劑配置用水采用酸性水汽提裝置的凈化水，節(jié)約新鮮水用量；常壓塔側(cè)線柴油餾分及常壓塔頂油氣采用空冷器冷卻，減少循環(huán)水消耗。

凈化風(fēng)消耗在總能耗中占比僅為1.9‰，對(duì)裝置能耗影響極小。

2.4蒸汽消耗

裝置1.0 MPa蒸汽主要用于加熱爐燃料油霧化用，常壓爐使用16臺(tái)強(qiáng)化高效低NOx油氣聯(lián)合燃燒器，能在較低過(guò)剩空氣系數(shù)時(shí)充分燃燒。標(biāo)定時(shí)采用油氣混燒，霧化蒸汽用量低于設(shè)計(jì)蒸汽用量。

常壓裝置內(nèi)過(guò)剩熱量發(fā)生低壓蒸汽，再經(jīng)常壓爐過(guò)熱后用于常壓塔及側(cè)線汽提塔汽提使用，有效回收裝置內(nèi)剩余熱量，減少裝置蒸汽用量，降低裝置能耗。

表1　標(biāo)定收率與設(shè)計(jì)收率對(duì)比Table 1　Contrast of calibration value and design value of yield

2.5低溫?zé)崂?/p>

常頂油氣與低溫原油換熱回收低溫位熱量；使用空冷器冷卻柴油餾分，減少循環(huán)水消耗；電脫鹽124 ℃的高溫排水與電脫鹽注水換熱，充分回收裝置熱量。

2.6裝置熱聯(lián)合

該裝置常壓側(cè)線及常壓渣油熱出料至下游裝置，節(jié)省了常壓裝置冷公用工程消耗，也減少了下游裝置進(jìn)料預(yù)熱所需熱量。常壓裝置閃底油與催化裝置油漿換熱顯著提高了閃底油的換熱終溫（設(shè)計(jì)換熱終溫322 ℃），減少了加熱爐燃料消耗。

表2　裝置能源消耗數(shù)據(jù)比較Table 2　Contrast of calibration value and design value of energy consumption

表3　 裝置消耗與原油性質(zhì)及裝置規(guī)模關(guān)系（2011年）Table 3　Unit energy consumption versus properties of crude oil （2011）

目前新上常減壓加熱爐熱效率一般為91%～92%左右，而物流間換熱僅考慮少量熱損失，因此通過(guò)換熱回收熱量的效率要高于加熱爐對(duì)原油加熱的效率，有利于降低裝置燃料耗量。誠(chéng)然熱聯(lián)合會(huì)造成投資的增加，但是隨著國(guó)家對(duì)全廠能耗限額及污染排放要求越來(lái)越嚴(yán)格，在投資、操作允許的范圍內(nèi)可以嘗試進(jìn)行多裝置熱聯(lián)合以有效降低全廠能耗，降低污染物排放。

3　常壓裝置能耗預(yù)測(cè)

原油性質(zhì)的不同決定了原油加工方案的差異，原油加工方案及原料性質(zhì)又與裝置能耗密切相關(guān)。假如可以建立原油性質(zhì)與常減壓裝置能耗的定量關(guān)系，就能為預(yù)測(cè)不同原油常減壓裝置能耗提供可靠經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。陳淳［4］研究了11種原油對(duì)應(yīng)常減壓裝置的能耗與拔出率的關(guān)系，并導(dǎo)出對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)式。中國(guó)石油大學(xué)（北京）的張睿［5］，將原油性質(zhì)，包括API°、硫含量、特性因素和拔出率四個(gè)參數(shù)與常減壓裝置最大經(jīng)濟(jì)效益下能耗進(jìn)行了關(guān)聯(lián)。

本文引用張睿的關(guān)聯(lián)式對(duì)部分煉廠常壓裝置原油性質(zhì)參數(shù)Cp（由API°，硫含量，特性因素和拔出率計(jì)算出的參數(shù)）及能耗做了計(jì)算。計(jì)算公式如式（1）所示。

圖1　原油性質(zhì)參數(shù)Cp與裝置能耗關(guān)系Fig.1 Unit energy consumption versus parameter Cp

各常壓裝置原料性質(zhì)如表3所示，計(jì)算結(jié)果如圖1所示，僅常壓裝置也近似滿(mǎn)足該線性關(guān)系。通過(guò)進(jìn)一步的研究可以揭開(kāi)常壓裝置Cp與裝置能耗間的關(guān)系，從而為更好的預(yù)測(cè)常壓蒸餾裝置能耗提供更可靠的方法。

4　結(jié) 論

通過(guò)對(duì)中國(guó)石油某石化公司500萬(wàn)t/a常壓蒸餾裝置標(biāo)定數(shù)據(jù)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，該裝置能耗優(yōu)于同類(lèi)裝置能耗水平。

裝置區(qū)建立聯(lián)合裝置，合理匹配聯(lián)合裝置間冷熱物流換熱，有利于優(yōu)化常壓裝置換熱網(wǎng)絡(luò)提高換熱終溫；大型機(jī)泵電機(jī)變頻亦可以有效降電耗。新建裝置在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮這兩種手段對(duì)降低裝置能耗有重要意義。

分析計(jì)算五套不同地區(qū)，不同規(guī)模常壓裝置運(yùn)行能耗及原料性質(zhì)參數(shù)Cp值，并進(jìn)行關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)兩者近似呈線性關(guān)系，對(duì)估算常壓裝置能耗有積極意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉海超.提高加熱爐熱效率的技術(shù)改造及持續(xù)改進(jìn)［J］.石油和化工節(jié)能，2012（6）：28-32.

［2］江航.5 Mt/a常壓裝置加熱爐標(biāo)定數(shù)據(jù)分析［J］.化工設(shè)備與管道，2014，6：40-43.

［3］孫邈，王岳，曲道天，等.輸油泵變頻節(jié)能工藝技術(shù)研究［J］.石油與化工設(shè)備，2010，6（13）：66-68.

［4］陳淳，李少萍，張一安.常減壓蒸餾能耗與原油拔出率的關(guān)聯(lián)［J］.煉油設(shè)計(jì)，2001，31（10）：58-62.

［5］張睿，劉凡，孟祥海.基于流程模擬的原油性質(zhì)與常減壓裝置能耗關(guān)系［J］.煉油技術(shù)與工程，2014，44（6）：18-22.

Analysis and Forecast of Energy Consumption Based on the Calibration Data of 5Mt/a Atmospheric Crude Distillation Unit

XV Ling-bao，LIU Xiao-yan
（CPECC East-China Design Branch，Shandong Qingdao 266071，China）

Abstract：Based on the calibration data of 5Mt/a atmospheric crude distillation unit of a refinery in CNPC，some factors that have a significant impact on energy consumption were founded.The energy consumption of this device is far below than that of device on a similar scale.The study found that heat integration is propitious to rise the temperature of crude oil after the final heat exchanger；and frequency conversion motor is benefit for reducing power consumption in large pumps.The effect is obvious in new refinery for using heat integration and frequency conversion motor.In addition，a correlation between energy consumption and crude oil properties （Cpvalue） was found to be approximate linear relationship based on five other CDUs in CNPC.

Key words：CDU；Calibration data；Energy consumption；Heat integration energy；Consumption forecast

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 624

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0460（2016）01-0172-03

收稿日期：2015-05-06

作者簡(jiǎn)介：徐令寶（1983-），男，山東濟(jì)寧人，工程師，碩士，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)專(zhuān)業(yè)，從事煉油設(shè)計(jì)工作。E-mail：xulingbao@cnpccei.cn，電話：0532-80950758。