煉廠工藝凝結(jié)水低溫?zé)峄厥占夹g(shù)探討及應(yīng)用

羅文憲 龔朝兵 王天宇

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州516086)

煉廠凝結(jié)水一般分為凝汽式汽輪機(jī)凝結(jié)水和工藝凝結(jié)水，汽輪機(jī)凝結(jié)水可作為鍋爐補(bǔ)水進(jìn)入除氧器循環(huán)利用，凝結(jié)水的熱量得到回收；工藝凝結(jié)水需進(jìn)入凝結(jié)水處理裝置處理后再作為除鹽水補(bǔ)水進(jìn)行利用，工藝凝結(jié)水的熱量一般通過(guò)循環(huán)水、除鹽水進(jìn)行換熱降溫，其熱量利用不太充分[1-3]。中海油惠州石化有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)惠州石化)凝結(jié)水單元的工藝凝結(jié)水存在來(lái)水溫度高、循環(huán)水消耗量大、冷卻后凝結(jié)水溫度超標(biāo)的問(wèn)題，一方面凝結(jié)水的低溫?zé)崮芪茨苡行Ю?，另一方面超?biāo)的凝結(jié)水溫度對(duì)后序除油、除鹽工藝帶來(lái)不利影響。文章對(duì)工藝凝結(jié)水的低溫?zé)峄厥绽眠M(jìn)行討論。

1 裝置概況

惠州石化凝結(jié)水站的工藝凝結(jié)水包括低壓凝結(jié)水(LC)和低低壓凝結(jié)水(LLC)兩部分。原設(shè)計(jì)中，低壓凝結(jié)水閃蒸后經(jīng)過(guò)泵送，進(jìn)入E-01與常溫除鹽水換熱至87 ℃，再進(jìn)入E-02與循環(huán)冷卻水換熱至50 ℃。低低壓凝結(jié)水閃蒸后經(jīng)過(guò)泵送，進(jìn)入E-03A/B與循環(huán)冷卻水換熱至50 ℃。其流程示意見(jiàn)圖1。

圖1 工藝凝結(jié)水流程示意

凝結(jié)水站自2009年首次投用以來(lái)，由于裝置節(jié)能技改的實(shí)施，工藝凝結(jié)水回收量逐步增加，凝結(jié)水冷后溫度偏高(達(dá)60 ℃左右)；由于后續(xù)混床所能承受的溫度一般不超過(guò)50 ℃，過(guò)高的凝結(jié)水冷后溫度威脅到后續(xù)離子交換床的安全運(yùn)行。目前低壓凝結(jié)水流量為90～110 t/h，溫度150 ℃；低低壓凝結(jié)水流量為110～130 t/h，溫度120 ℃。

針對(duì)惠州石化工藝凝結(jié)水存在的循環(huán)冷卻水量偏大(1 800 t/h)、能耗偏高、冷卻后凝結(jié)水溫度超標(biāo)等問(wèn)題，需要增上技改措施以徹底解決全廠工藝凝結(jié)水低溫?zé)崮芰炕厥蘸湍Y(jié)水冷后水溫高的問(wèn)題。

2 改造方案比選

2.1 低壓凝結(jié)水發(fā)電方案

本方案是將低壓工藝凝結(jié)水先進(jìn)行余熱發(fā)電，充分利用高溫凝結(jié)水發(fā)電效率高的特點(diǎn)，在保證除鹽水加熱至90 ℃的前提下，將發(fā)電效率提至最高。根據(jù)計(jì)算，發(fā)電后的低壓工藝凝結(jié)水的溫度需控制在110 ℃，由此可以算出余熱發(fā)電量為700 kW。

換熱部分流程如下：先采用除鹽水與低低壓工藝凝結(jié)水換熱，除鹽水溫度增至71 ℃，低低壓工藝凝結(jié)水溫度降為43 ℃。除鹽水再與110 ℃的低壓工藝凝結(jié)水換熱，可將除鹽水溫度加熱至90 ℃，低壓工藝凝結(jié)水溫度降至76 ℃，再用循環(huán)水冷卻至64.6 ℃，然后與43 ℃的低壓工藝凝結(jié)水混合，溫度降至55 ℃后進(jìn)凝結(jié)水箱。本方案可凈發(fā)電約700 kW，循環(huán)水耗量為162 t/h。

本方案主要設(shè)備選型如下：

(1)低低壓凝結(jié)水-除鹽水換熱器1臺(tái)，材質(zhì)為304SS，換熱面積為180 m2。

(2)低壓凝結(jié)水-循環(huán)水換熱器1臺(tái)，利舊原低壓凝結(jié)水冷卻器E-02。

(3)熱水余熱發(fā)電機(jī)組(成套設(shè)備)1臺(tái)，熱水流量為150 t/h，進(jìn)/出水溫度分別為150/110 ℃，裝機(jī)功率為900 kW，凈發(fā)電量為700 kW。

2.2 換熱優(yōu)化方案

本方案為對(duì)現(xiàn)有換熱流程進(jìn)行優(yōu)化，除原有的低溫除鹽水外，另引入自汽柴油加氫單元來(lái)的150 t/h的70 ℃除鹽水作為熱阱(冷源)。考慮到動(dòng)力站余鍋補(bǔ)水加熱器平穩(wěn)運(yùn)行等因素，換熱后的除鹽水溫度設(shè)定為最高不超過(guò)100 ℃。低低壓凝結(jié)水先與自汽柴油加氫單元來(lái)的150 t/h的70 ℃除鹽水換熱，降溫后的低低壓凝結(jié)水再與進(jìn)凝結(jié)水站的低溫除鹽水換熱，低低壓凝結(jié)水的溫度降至38/43 ℃(冬/夏)；70 ℃除鹽水溫度升至100 ℃后送至動(dòng)力站大氣式除氧器，低溫除鹽水溫度增至49/60 ℃(冬/夏)，再與低壓凝結(jié)水進(jìn)行換熱，除鹽水溫度升至96/100 ℃(冬/夏)，送至動(dòng)力站的余鍋補(bǔ)水加熱器和重整裝置的除氧器。低壓凝結(jié)水溫度降至54/68 ℃(冬/夏)，夏季需經(jīng)循環(huán)冷卻水進(jìn)行換熱，冷卻至56 ℃，然后與低低壓凝結(jié)水混合后送至凝結(jié)水箱，冬季則可經(jīng)過(guò)旁路不再經(jīng)循環(huán)水冷卻直接與低低壓凝結(jié)水混合，混合后的凝結(jié)水溫度不超過(guò)42.5/50 ℃(冬/夏)。循環(huán)水設(shè)計(jì)耗量為0/150 t/h(冬/夏)。

本方案主要設(shè)備選型如下：

(1)低低壓凝結(jié)水1#換熱器1臺(tái)，換熱面積為164.7 m2，材質(zhì)為316L。

根據(jù)翻轉(zhuǎn)裝置的試驗(yàn)要求，翻轉(zhuǎn)裝置受持續(xù)增加的載荷，要達(dá)到70000 N，以1.3倍的安全系數(shù)計(jì)算，夾具需設(shè)計(jì)滿(mǎn)足91000 N的強(qiáng)度。

(2)低低壓凝結(jié)水2#換熱器1臺(tái)，換熱面積為197.7 m2，材質(zhì)為316L。

(3)低壓凝結(jié)水1#換熱器1臺(tái)，換熱面積為83.7 m2，材質(zhì)為316L。

(4)低壓凝結(jié)水2#換熱器(循環(huán)水)1臺(tái)，換熱面積為83.7 m2，材質(zhì)為T(mén)i。

2.3 方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

發(fā)電方案與換熱優(yōu)化方案的對(duì)比見(jiàn)表1。兩個(gè)方案成本核算時(shí)未考慮設(shè)備折舊及人員等的費(fèi)用。

表1 改造方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

續(xù)表1

由表1可知：發(fā)電方案的投資較高、工藝流程較復(fù)雜、維護(hù)工作量大；余熱發(fā)電的效率較低，一般不超過(guò)10%，約90%的余熱通過(guò)機(jī)組成套的蒸發(fā)式冷卻塔排至大氣，并不是最節(jié)能的方案，其投資回收期也較長(zhǎng)(1.81年)。換熱優(yōu)化方案投資較低，流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行及操作可靠，且投資回收期短(1.28年)，為改造的優(yōu)選方案。

3 改造原則與新增設(shè)備

3.1 改造原則

(1)采用成熟可靠的技術(shù)，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行；

(3)結(jié)合現(xiàn)有流程，降低改造費(fèi)用；

(4)換熱流程采用逆流換熱，提高換熱效率。

因現(xiàn)場(chǎng)位置緊張，本次改造的原則是充分利用現(xiàn)有場(chǎng)地，盡量減少設(shè)備占地。即將原有準(zhǔn)備替換的換熱器拆除，并在該拆除位置布置更換后的換熱器，新增全焊板式換熱器為雙層布置。

3.2 改造流程

改造流程示意見(jiàn)圖2。

圖2 工藝凝結(jié)水低溫?zé)岣脑炝鞒淌疽?/p>

3.3 改造設(shè)備

改造前設(shè)備包括：低壓凝結(jié)水-高溫除鹽水換熱器E-01、低壓凝結(jié)水冷卻器E-02、低低壓凝結(jié)水冷卻器E-03A/B；改造后設(shè)備包括：低壓凝結(jié)水-除鹽水換熱器E101、低壓凝結(jié)水冷卻器E102、低低壓凝結(jié)水-高溫除鹽水換熱器E103、低壓凝結(jié)水-低溫除鹽水換熱器E-104。

4 技改標(biāo)定及效益評(píng)估

凝結(jié)水站低溫?zé)崂庙?xiàng)目選用換熱優(yōu)化方案進(jìn)行改造，由海工英派爾工程有限公司設(shè)計(jì)，安徽贏創(chuàng)石化檢修安裝有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)實(shí)施。2019年4月施工完成后投用，6月底進(jìn)行了標(biāo)定。

4.1 標(biāo)定效果

標(biāo)定期間，低壓凝結(jié)水、低低壓凝結(jié)水流量與設(shè)計(jì)基本相同，高溫除鹽水換熱后溫度為100 ℃，凝結(jié)水混合水冷后溫度為39.3 ℃，滿(mǎn)足控制指標(biāo)≤50 ℃的要求，且凝結(jié)水的低溫?zé)岬玫接行Ю?。但循環(huán)水消耗量大于設(shè)計(jì)值，主要是為了避免循環(huán)水管線(xiàn)死水引起管道和設(shè)備腐蝕，提高了循環(huán)水流量，但相比原先的循環(huán)水量，下降了1 400 t/h。標(biāo)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 凝結(jié)水低溫?zé)岣脑烨昂髷?shù)據(jù)

4.2 技改效益

裝置的技改效益分為節(jié)能效益與瓶頸消除帶來(lái)的運(yùn)行效益。節(jié)能效益分為循環(huán)水量降低、由加熱除鹽水降低除氧器的蒸汽消耗兩方面。

設(shè)計(jì)循環(huán)水用量為項(xiàng)目實(shí)施后冬季不用循環(huán)水，夏季約需要150 t/h。從實(shí)際投運(yùn)情況來(lái)看，考慮到板式換熱器E-104對(duì)水側(cè)的流速要求，避免循環(huán)水側(cè)因低流速或高溫差帶來(lái)腐蝕和結(jié)垢傾向，實(shí)際循環(huán)水量控制在400 t/h。循環(huán)水消耗量從項(xiàng)目實(shí)施前的1 800 t/h下降至400 t/h，按循環(huán)水單價(jià)0.19元/t計(jì)算，年節(jié)約循環(huán)水費(fèi)用為1 400×8 760×0.19=233.016萬(wàn)元。

汽柴油加氫單元除鹽水至動(dòng)力站低壓除氧器的進(jìn)水溫度從改造前的70 ℃上升至95～100 ℃，實(shí)際除氧水加熱蒸汽消耗量下降約1 t/h(動(dòng)力站提供)，按蒸汽單價(jià)150元/t，年節(jié)約蒸汽費(fèi)用為1×8 760×150=131.4萬(wàn)元。

除鹽水單元來(lái)常溫除鹽水溫度提升后，動(dòng)力站高壓除氧器蒸汽消耗量下降。動(dòng)力站高壓除氧器進(jìn)水溫度從改造前的83 ℃上升至100 ℃，實(shí)際除氧水加熱蒸汽消耗量下降約1.5 t/h(動(dòng)力站提供)，按蒸汽單價(jià)150元/t，年節(jié)約蒸汽費(fèi)用1.5×8 760×150=197.1萬(wàn)元。

每年總的節(jié)能效益為233.016+131.4+197.1=561.516萬(wàn)元。

另外，凝結(jié)水的低溫?zé)崂庙?xiàng)目解決了凝結(jié)水冷后溫度偏高的問(wèn)題，保障了后續(xù)離子交換樹(shù)脂的安全運(yùn)行，冷后混合水溫度(低壓和低低壓混合水)從58 ℃下降至39.3 ℃，有利于安全生產(chǎn)。

項(xiàng)目投資概算667.53萬(wàn)元，投資回收期=667.53/561.516=1.19年。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)惠州石化凝結(jié)水站存在的能耗偏高、循環(huán)冷卻水量偏大、凝結(jié)水冷后溫度偏高的問(wèn)題，選擇發(fā)電、換熱優(yōu)化兩個(gè)方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，優(yōu)選換熱優(yōu)化方案作為技術(shù)改造方案。改造后的標(biāo)定結(jié)果顯示，該項(xiàng)目節(jié)能效益為561.516萬(wàn)元，投資回收期短(1.19年)，且凝結(jié)水冷后溫度由58 ℃降至39.3 ℃，有利于混床樹(shù)脂的安全生產(chǎn)，說(shuō)明凝結(jié)水低溫余熱利用改造項(xiàng)目取得了良好效果。