潤滑油調合加熱方式的優(yōu)化

中國石化潤滑油有限公司上海分公司

隨著我國經濟的飛速發(fā)展,能源供需平衡壓力也日益增大。潤滑油行業(yè)作為石油加工行業(yè)末端的能耗較大的產業(yè),面臨巨大的壓力,許多潤滑油企業(yè)通過技術改造、優(yōu)化物流、精益生產來提高生產效率,降低能耗。大批先進的潤滑油生產工藝和裝置已被引入現(xiàn)今的潤滑油生產中來,其中SMB(同步計量調合系統(tǒng))、ABB(自動批量調合系統(tǒng))以及ILB(在線調合系統(tǒng))是較為先進的現(xiàn)代潤滑油調合生產工藝。

中國石化潤滑油有限公司上海分公司(以下簡稱上海分公司)于2008年采用了SMB、ABB調合生產工藝,通過3.5×105t/a調合設施改造項目,使?jié)櫥驼{合能力大大提升。從調合工藝來看,目前上海分公司主要采用了罐式調合,未實現(xiàn)ILB在線管道調合。除了先進的SMB、ABB采用氣動脈沖混合方式調合外,其他主要的調合方式為機械攪拌調合和泵循環(huán)調合。目前,上海分公司基礎油儲存輸轉量較大,潤滑油調合品種多,灌裝發(fā)運方式多樣化,實際生產過程中,常常出現(xiàn)整罐基礎油、成品罐頻繁地加熱、切換等情況,易造成生產周期長、蒸汽能耗大、調合效率低。

本文對調合罐加熱原理、加熱方式進行了分析,針對現(xiàn)有調合罐加熱方式存在的問題,制定出最優(yōu)的加熱系統(tǒng)改造方案,從而發(fā)揮設備的最大調合能力,提高調合效率,降低蒸汽能耗。

上海分公司潤滑油現(xiàn)有調合加熱方式存在問題

上海分公司基礎油罐、成品調合罐的加熱系統(tǒng)均為罐內蒸汽排管,其中基礎油管的罐容為3 180.9 m3,換熱面積為30 m2,成品調合罐的罐容為495 m3,換熱面積為10m2,使用氣動脈沖混合方式。罐內加熱器的工藝流程見圖1。

整個調合輸轉發(fā)運環(huán)節(jié)中存在的問題如下：

蒸汽能耗高

根據生產流程,基礎油從基礎油罐泵輸至成品調合罐后,再進行加溫調合。當只需輸送少量基礎油時,卻需要預先加熱整個基礎油罐內的油品至45～50 ℃,這使得蒸汽熱能的有效利用率低,蒸汽能耗居高不下。

生產周期長

當基礎油和添加劑進入成品調合罐后,需要再加熱至調合溫度(≤60 ℃)后進行攪拌,成品罐內的金屬軋制翅片加熱器換熱面積僅10 m2,平均溫升約為0.8 ℃/h。夏季加熱到油品的調合溫度需要2～3天,而冬季則需要3～4天,這就延長了油品的調合周期,降低了生產效率。

油品質量難以控制

由于利用蒸汽排管加熱時,油品的整體溫升分布不均衡,翅片式加熱器周邊的油品溫度高,而離加熱器較遠的油品溫度低,因此在加熱時需要同時進行攪拌,否則容易造成局部過熱導致油品變質。但由于攪拌形式是利用壓縮空氣的脈沖攪拌,如果攪拌時間過長,也易造成油品氧化,影響油品的質量。

潤滑油調合加熱原理

按照熱流體的接觸情況,工業(yè)上的傳熱過程分為3種基本方式：直接接觸式傳熱、間壁式傳熱、蓄熱式傳熱。

圖1 罐內加熱器的工藝流程示意

潤滑油調合罐的加熱系統(tǒng)采用間壁式傳熱的方式,即熱流體通過間壁將熱量傳遞給冷流體。起加熱作用的熱載體稱為加熱劑。工業(yè)上常用的加熱劑有熱水、飽和蒸汽、礦物油、聯(lián)苯混合物(俗稱道生油)、熔鹽和煙道氣等,它們所適用的溫度范圍見表1。

根據傳熱機理的不同,熱量傳遞又分為3種基本方式：熱傳導、對流給熱和輻射傳熱。不管以何種方式傳熱,熱量傳遞總是由高溫向低溫傳遞。潤滑油生產中,大量遇到的是流體在流過固體表面時與該表面所發(fā)生的熱量交換,這一過程稱為對流給熱。

對流給熱是流體流動與熱傳導協(xié)同作用的結果,流體對壁面的熱流密度因流動而增大。根據引起流動的原因,可將對流給熱分為強制對流和自然對流2類：強制對流指的是流體在外力,例如泵或其勢能差的作用下產生的宏觀流動;自然對流則是在傳熱過程因流體冷熱部分密度不同而引起的流動。

上海分公司3.5×105t/a調合設施改造項目中的蒸汽由中國石化上海高橋石油化工有限公司的熱電事業(yè)部供應,使用便利。蒸汽冷凝作為一種加熱方式在潤滑油生產中應用廣泛,在蒸汽冷凝加熱過程中,加熱介質為飽和蒸汽。飽和蒸汽與低于其溫度的冷壁接觸時,將凝結為液體,釋放出汽化潛熱,在飽和蒸汽冷凝過程中,氣液兩相共存。使用飽和蒸汽作為加熱介質主要有2個原因：一是飽和蒸汽有恒定的溫度,二是它有較大的給熱系數(shù)。

表1 工業(yè)上常用加熱劑及其適用溫度范圍

飽和蒸汽和調合罐內的基礎油在間壁式局部加熱器內被固體壁面隔開,分別在壁面兩側流動,熱量從飽和蒸汽通過壁面?zhèn)鬟f給基礎油,飽和蒸汽以對流給熱的方式將熱量傳遞給壁面一側,壁面以熱傳導方式將熱量傳遞到壁面另一側,再以對流給熱方式傳遞到基礎油。飽和蒸氣釋放熱量可按公式(1)計算：

式中：

Q-飽和蒸汽釋放的熱量,W;

qm-飽和蒸汽的質量流量,kg/s;

r-飽和蒸汽的汽化潛熱,kJ/kg;

Cp-飽和蒸汽的比熱容,kJ/(kg·℃);

T1-進口的飽和蒸汽溫度,℃;

T2-出口的飽和蒸汽溫度,℃。

儲罐加熱器的選擇

儲罐加熱器主要分為罐內排管式加熱器、罐外盤管式加熱器和局部加熱器。其中,前2者都屬于全面加熱器,均勻布置在罐內或罐外壁上,適用于短時間需發(fā)送大量油品的工況;局部加熱器則布置在油罐的收發(fā)油管處,每次只加熱需要泵輸?shù)挠推贰?/p>

罐內排管式、罐外盤管式加熱器作為傳統(tǒng)的儲罐加熱器,已使用了很多年,主要弊端有：

◇換熱效率低,蒸汽耗量大。傳統(tǒng)加熱器對油品的加熱是一種靜置式的自然對流給熱,其放熱系數(shù)極低。由于換熱效率低,因此冷凝水溫度高,常常隨著大量蒸汽排出。同時,貼近加熱器的油品溫度過高,遠離加熱器的油品溫度則較低,如果油品在加熱器的高溫面長時間滯留,極容易產生分解、結聚與加熱器表面結焦,嚴重阻礙熱量的傳遞,進一步影響換熱效率。

◇加熱過程不經濟。當只泵輸儲罐內的部分油品時,也要對整個罐內的油品全部進行加熱,加熱的油品是實際泵輸量的好幾倍,造成大量的蒸汽做了無用功。

◇罐內各部位的油品溫度不均衡,影響油品質量?？拷訜崞鞯挠推窚囟容^高,遠離加熱器的油品溫度則較低,如果在加熱時沒有同時開啟攪拌器,將可能會影響到油品質量。

在潤滑油調合過程中,是否選擇了適宜的調合溫度,對混合效果和油品質量影響很大,一般控制在45～60 ℃為宜。為了節(jié)約能源、降低能耗,先降低油品儲存溫度,再通過局部加熱器迅速提升油品的輸送溫度,是較理想的辦法。同時,與傳統(tǒng)加熱器相比,局部加熱器的加熱速度快,換熱效率高,且不易結焦,并可以對需要泵輸?shù)挠推愤M行定量加熱,需要使用多少油品就加熱多少油品。這就避免了反復對儲罐內油品進行加熱,也避免了超溫造成的油品質量風險。

潤滑油調合罐加熱系統(tǒng)改造方案

通過分析和研究,確定了潤滑油調合罐加熱系統(tǒng)改造方案,具體如下：

◇在基礎油罐上安裝局部加熱器(圖2),使油罐內的基礎油通過局部加熱器加溫后進入輸送泵,再泵送進入成品調合罐內。

◇在局部加熱器的出口管線上安裝Pt鉑熱電阻(圖3)測溫和PID(比例、積分和微分)調節(jié)儀來控制安裝在蒸汽管線上的流量調節(jié)閥(圖4)的開度,從而實現(xiàn)加熱溫度的自動控制,確保局部加熱器加溫后的基礎油溫度不大于50 ℃,以符合輸送油品時的溫度限制規(guī)定。

◇在局部加熱器的蒸汽進口管線上安裝3#、4#、5#和6#放空閥(位置見圖5),以便于將管線內的冷凝水排凈。排凈冷凝水既能避免水錘現(xiàn)象損傷到局部加熱器,也能避免冬季低溫時冷凝水結冰后體積膨脹造成管線、閥門的損壞。

圖2 局部加熱器外觀

圖3 Pt鉑熱電阻外觀

圖4 流量調節(jié)閥外觀

圖5 局部加熱器的工藝流程示意

方案實施效果

加溫時間

以生產L-HM46抗磨液壓油(卓力)的調合為例,調合溫度要求為50～55 ℃。采用局部加熱器之前,所采用的HVI II類基礎油加熱至50℃的調合溫度需要48.3 h;采用局部加熱器后,由于HVI II類基礎油在泵輸至成品調合罐時,已被加熱至40～45 ℃左右,再通過成品調合罐內的翅片式加熱器加溫至50 ℃的調合溫度,只需要18 h,加溫時間縮短約63%。

蒸汽能耗

改造方案實施后,上海分公司生產中心的蒸汽能耗降低至5.28 kg標油/t,可滿足綜合能耗指標的目標值要求(≤8.3 kg標油/t)。

結束語

通過對潤滑油調合罐加熱系統(tǒng)進行改造,2016年上海分公司在潤滑油生產總量同比增加6.5%的基礎上,耗用蒸汽總量同比下降8.6%,大大降低了蒸氣能耗,提高了調合效率,將取得顯著而持久的經濟效益。

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