400萬t/a渣油加氫脫硫裝置能耗分析及生產(chǎn)運行探討

郭強 劉鐵斌 韓坤鵬

摘 ? ? ?要：加氫裝置能耗是各煉油企業(yè)的一個重要經(jīng)濟指標，節(jié)能降耗是降低企業(yè)經(jīng)營成本的重要途徑。對渣油加氫裝置開工后能耗特點進行了分析，通過執(zhí)行加氫渣油熱直供料方案，停用加氫渣油空冷全部電機，節(jié)省電能;制定加熱爐余熱回收調(diào)整方案，將加熱爐效率提高至93.0%;優(yōu)化換熱流程，提升原料油預熱溫度，降低燃料氣消耗;增大排放廢氫量，調(diào)整循環(huán)氣量和循環(huán)機負荷，降低中壓蒸汽用量等，有效地降低了裝置能耗，實際能耗比設(shè)計能耗降低5%～10%。

關(guān) ?鍵 ?詞：渣油加氫;能耗;節(jié)能;優(yōu)化

中圖分類號：TE 624. 4+31 ? ? ? 文獻標識碼： B ? ? ? 文章編號：1671-0460（2020）02-0493-04

Abstract： Energy consumption of hydrogenation unit is an important economic index of refineries， and energy saving is an important way to reduce operating costs of enterprises. In this paper， the characteristics of energy consumption after the start-up of residue hydrodesulphurization （RDS） unit were analyzed. By implementing the scheme of direct thermal feeding of the hydrogenated residue， all the air cooler motors were stopped to save electricity. The adjustment plan for waste heat recovery of heating furnace was formulated to raise the efficiency of heating furnace to 93.0%. Optimizing the heat transfer process improved the preheating temperature of raw oil and reduced fuel consumption. By increasing the amount of discharged hydrogen， adjusting the circulating gas flow rate and the load of the recycle gas compressor， and reducing the medium pressure steam consumption， the energy consumption of the unit was effectively reduced， and the actual energy consumption was reduced by 5%～10% compared with the design energy consumption.

Key words：RDS; energy consumption; energy saving; optimization

400萬t/a渣油加氫脫硫裝置采用CLG公司的固定床渣油加氫脫硫工藝技術(shù)，于2017年8月開工投產(chǎn)，2019年2月底開始單系列停工換劑。渣油加氫裝置是以常減壓裝置生產(chǎn)的重蠟油和常、減渣油為原料，通過加氫反應，脫除金屬、硫、氮等雜質(zhì)，降低殘?zhí)恐?，為后續(xù)的催化裂化、汽柴油改質(zhì)等裝置提供原料，是全廠重油平衡的重要裝置。作為公司能耗大戶，渣油加氫裝置能耗控制水平直接影響公司經(jīng)濟效益。因此，自裝置開工后就認真分析裝置能耗特點和管理技術(shù)方面存在的問題，實施多項節(jié)能降耗措施，不斷降低裝置綜合能耗。

1 ?裝置能耗分析

渣油加氫反應的主要工藝過程有催化加氫反應、氫氣循環(huán)系統(tǒng)、氣油水分離和產(chǎn)品分餾等，氫氣和原料油的升壓、升溫消耗大量的動力和燃料氣，是煉油廠能耗較高的裝置之一[1]。

1.1 ?裝置能耗情況

本裝置自開工后，由于電量統(tǒng)計存在問題，裝置能耗數(shù)據(jù)不準，不能反映裝置真實能耗。本文選取2018年01月-2019年02月能耗數(shù)據(jù)進行分析，裝置綜合能耗趨勢如圖1所示。

從圖1可以看出，裝置節(jié)能降耗措施效果比較明顯，實際能耗與設(shè)計能耗22.44 kg Eo/t相比，總體趨勢是逐漸降低。開工運行正常后，主要采取的節(jié)能措施有：

（1）通過與上游裝置熱聯(lián)合，提高熱油直供料流量，提高裝置原料油的進料溫度，降低反應加熱爐負荷，減少燃料氣消耗;

（2）聯(lián)系下游催化裂化裝置，投用熱出料，控制加氫渣油出裝置溫度155～180 ℃，產(chǎn)品渣油空冷電機全部停用，節(jié)省電能;

（3）聯(lián)系調(diào)度和硫磺回收裝置，提高了凈化水的用量，減少了除氧水用量，進一步降低生產(chǎn)水的消耗;

（4）運行配有賀爾碧格無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的新氫機A機，在保證反應系統(tǒng)壓力的情況下，能隨耗氫量變化及時調(diào)整壓縮機負荷，從而降低電耗;

（5）提高排放廢氫量，調(diào)整循環(huán)氣量和循環(huán)機負荷，適當降低中壓蒸汽的消耗;

（6）對低壓蒸汽伴熱情況進行了全面檢查，重點處理“跑冒滴漏”的情況，清理蒸汽疏水器;根據(jù)伴熱和保溫情況，適當降低低壓蒸汽用量。

1.2 ?能耗組成分析

在開工運行250 d時，進行了裝置85%（425 t/h）負荷標定工作。加工的物料來自罐區(qū)和常減壓裝置、焦化裝置直供料，操作平穩(wěn)，無異常情況。2018年04月24日全天的標定數(shù)據(jù)如表1所示，標定能耗為19.38 kg Eo/t。

由表1可知，中壓蒸汽、電耗和燃料氣在綜合能耗中所占比例較高，中壓蒸汽占43.63%、電耗占43.55%、燃料氣占26.13%。裝置節(jié)能項為：自產(chǎn)的低低壓蒸汽，汽輪機回收和伴熱回收的凝結(jié)水。因此，裝置節(jié)能降耗應重點降低蒸汽、電、燃料氣等消耗，適當提高低低壓蒸汽產(chǎn)量和汽輪機回收的凝結(jié)水量。

2 ?節(jié)能降耗措施

2.1 ?降低蒸汽消耗

2.1.1 ?降低3.8 MPa中壓蒸汽消耗

本裝置3.8 MPa中壓蒸汽作為循環(huán)氫壓縮機汽輪機驅(qū)動蒸汽和汽提塔的汽提蒸汽。降低裝置中壓蒸汽消耗，主要方法是適當降低循環(huán)機運行負荷、轉(zhuǎn)速。

（1）根據(jù)防喘振控制邏輯，在保證喘振點偏離喘振區(qū)域的前提下，適當提高循環(huán)氣純度、增大廢氫排放量等，提高循環(huán)氣純度，適當降低循環(huán)機轉(zhuǎn)速，中壓蒸汽用量降低;

（2）本裝置循環(huán)機是凝汽式壓縮機，適當調(diào)整汽輪機的冷凝冷卻回收系統(tǒng)、冷凝冷卻系統(tǒng)的真空度、汽輪機配套空冷運行等，保證循環(huán)機平穩(wěn)運行，有利于降低中壓蒸汽消耗;

（3）中壓蒸汽設(shè)計壓力3.5～4.0 MPa，溫度380～440 ℃，保證中壓蒸汽溫度、壓力較高，汽輪機單位蒸汽做功增大，中壓蒸汽消耗降低。

此外，可以根據(jù)裝置加工負荷變化，適當調(diào)整汽提塔的汽提蒸汽量。

2.1.2 ?降低1.0 MPa低壓蒸汽消耗

本裝置1.0 MPa低壓蒸汽主要作為汽輪機抽汽系統(tǒng)、輔助密封蒸汽系統(tǒng)和儀表伴熱、工藝管線伴熱[2]。通過對儀表伴熱、工藝管線情況分析，并根據(jù)氣候氣溫變化，對低壓蒸汽伴熱情況進行全面檢查，重點處理跑冒滴漏的情況，及時清理蒸汽疏水器。根據(jù)伴熱和保溫情況，適當降低低壓蒸汽的用量。保證汽輪機抽汽系統(tǒng)負壓正常、輔助密封蒸汽系統(tǒng)密封良好的情況下，適當調(diào)整低壓蒸汽用量。

2.1.3 ?提高0.4 MPa低低壓蒸汽產(chǎn)量

0.4 MPa低低壓蒸汽為本裝置三臺蒸汽發(fā)生器自產(chǎn)蒸汽，分別送至低低壓蒸汽管網(wǎng)和作為分餾塔汽提蒸汽。開工初期，反應器床層溫度較低，熱高分氣溫度也較低，裝置產(chǎn)汽量較少。隨著裝置運行，反應溫度逐漸提高，加氫反應速度加快，熱高分氣、加氫渣油溫度升高，產(chǎn)汽量增大。低低壓蒸汽控制指標0.4～0.6 MPa，在保證蒸汽質(zhì)量合格，降低發(fā)汽壓力，可以提高蒸汽產(chǎn)量。此外，可以根據(jù)裝置加工負荷變化，適當調(diào)整分餾塔的汽提蒸汽用量。

2.2 ?降低動設(shè)備電耗

本裝置主要動設(shè)備有機泵、空冷電機、新氫壓縮機等，節(jié)電重點是保證動設(shè)備高效運行。此外，投用富胺液力透平，也有利于裝置節(jié)電。

2.2.1 ?新氫壓縮機節(jié)電措施

新氫壓縮機是裝置內(nèi)最大的耗電動設(shè)備（額定功率8800 kW）。由于云南石化公司原油性質(zhì)變化較快，不定期切換原油，原料油性質(zhì)變化后，加氫反應耗氫量波動較大，需要及時調(diào)整新氫壓縮機負荷。為了降低電耗，投用新氫機A機配套的賀爾碧格無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)（HydroCOM），它能夠?qū)崿F(xiàn)0%～100%手動和自動無級調(diào)節(jié)，可以根據(jù)裝置氫耗變化，及時調(diào)整壓縮機負荷。通過對比A、B新氫機電量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)投用無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，每小時可以節(jié)省約160～200 kW電量。

2.2.2 ?投用液力透平節(jié)電

本裝置循環(huán)氫脫硫塔壓力15.5 MPa，單系列貧胺液進料流量為200 t/h。貧胺液泵設(shè)置液力透平，能夠回收富胺液中的壓力能，輔助驅(qū)動機泵，有利于裝置節(jié)電。投用液力透平前，高壓貧胺液泵電機電流約為104 A，透平投用后電流降低至80 A。根據(jù)機泵能耗計算，兩臺液力透平同時投用，每小時節(jié)省約485 kW電量。

2.2.3 ?調(diào)整空冷電機負荷和運行臺數(shù)

根據(jù)環(huán)境溫度變化和保證空冷冷后溫度，適時調(diào)整變頻和停用過剩電機。尤其是熱高分氣空冷和汽輪機空冷，根據(jù)天氣變化，精細調(diào)整，有利于裝置節(jié)能降耗。根據(jù)熱出料原則，加氫渣油空冷冷后溫度已滿足下游催化裂化裝置進料溫度（155～180 ℃），加氫渣油空冷電機全部停用，每小時節(jié)省約148 kW電量。

2.3 ?降低燃料氣消耗

本裝置燃料氣消耗主要用于I、II系列反應加熱爐燃料氣、分餾加熱爐燃料氣以及密封沖洗油罐補壓。正常生產(chǎn)，密封沖洗油罐壓力較穩(wěn)定，補壓消耗很少。降低裝置燃料氣消耗，主要措施有：（1）提高加熱爐入口溫度，降低加熱爐負荷。為確保緊急狀態(tài)能快速降低反應器入口溫度，反應加熱爐出入口溫差一般控制在10～20 ℃。（2）降低爐子過?？諝庀禂?shù)，提高爐子熱效率。在正常生產(chǎn)中，爐子過剩空氣系數(shù)直接關(guān)系著爐子燃料氣用量和加熱爐效率，對裝置能耗的影響非常大[3，4]。調(diào)整好余熱回收系統(tǒng)，平穩(wěn)加熱爐操作，根據(jù)加熱爐控制方案，將煙氣O2含量控制在2.0%，CO含量控制小于50 ppm，排煙溫度控制在123 ℃，加熱爐效率可以提高至93.0%。

2.4 ?降低除氧水消耗

本裝置除氧水主要用于蒸汽發(fā)生器發(fā)汽用水和高壓空冷注水。汽包發(fā)汽量、發(fā)汽壓力對除氧水用量影響很大，保證汽包平穩(wěn)操作，能夠適當降低除氧水消耗。正常生產(chǎn)中，裝置高壓空冷注水用量30～34 t/h，注水設(shè)計用水包括凈化水、除氧水、凝結(jié)回收水等，可以適當提高凈化水量，降低除氧水用量，優(yōu)化能耗組成。

2.5 ?對換熱流程優(yōu)化

隨著裝置運行，受換熱設(shè)備結(jié)垢、原料油過濾器熱損失大等影響，設(shè)備換熱效率下降，反應生成油換熱后進入熱高分的溫度偏高[5]。此外，原料油升溫不夠，反應加熱爐負荷升高，燃料氣消耗增大。經(jīng)過核算，提高原料油與產(chǎn)品渣油換熱器E-0102、E-0103負荷，提高反應流出物與原料油換熱器E-0104負荷，既提高反應爐入口溫度，又能適當降低熱高分入口溫度，有利于熱高分油氣分離和回收部分反應流出物高位熱能，提高原料油預熱溫度，逐漸降低電量和燃料氣消耗。

裝置外供能量由加氫渣油、柴油、粗石腦油、穩(wěn)定石腦油、凝結(jié)水及低低壓蒸汽等組成。生產(chǎn)調(diào)度平衡，將加氫產(chǎn)品改為熱直供料，不僅降低了本裝置空冷電耗，還降低了下游裝置原料升溫所需能耗。因此，提高加氫產(chǎn)品熱直供量，有利于裝置節(jié)能降耗。

3 ?能耗影響因素

影響裝置能耗主要因素有工藝參數(shù)、裝置處理量、進料油性質(zhì)和環(huán)境溫度等。

3.1 ?工藝參數(shù)對能耗的影響

加氫反應工藝參數(shù)包括反應壓力、反應溫度、氫耗、氣油比等，工藝參數(shù)調(diào)整直接影響著催化劑活性和穩(wěn)定性、加氫產(chǎn)品質(zhì)量[6]。

加氫反應壓力越高，越容易抑制生焦反應速度，使裝置運行周期延長。但在裝置運行期間，一般要求反應壓力保持穩(wěn)定。提高反應溫度，可以使加氫反應速度加快，催化劑活性損失得到補償，保證加氫產(chǎn)品質(zhì)量合格。但提高反應溫度后，一方面需要提高加熱爐負荷，燃料氣消耗增加;另一方面，反應催化劑床層溫度升高后，裝置氫耗上升，對應新氫壓縮機負荷升高，電量消耗增大，裝置綜合能耗上升。

氣油比較高時，循環(huán)氣流量也較高，有利于抑制催化劑結(jié)焦。因此，在整個運行周期內(nèi)，應使循環(huán)氣流量保持在允許的最高值上。但隨氣油比的提高，催化劑床層的壓降會增大，要提高循環(huán)氫壓縮機轉(zhuǎn)速以保證循環(huán)氣流量穩(wěn)定，中壓蒸汽、低壓蒸汽等耗量增加，裝置能耗隨之增加。

3.2 ?裝置處理量對能耗的影響

標定期間，對裝置處理量進行了調(diào)整，由75%負荷提至最高的85%負荷，然后恢復到正常加工水平，處理量與能耗對比關(guān)系如表2。

由表2可知，04月24日裝置處理量最大，綜合能耗也最低。裝置處理量和綜合能耗存在鮮明的對比關(guān)系，裝置處理量越高，綜合能耗越低。因此，在保證生產(chǎn)物料平衡的前提下，適當提高裝置處理量可以降低裝置綜合能耗。

3.3 ?進料油性質(zhì)對能耗的影響

本裝置進料油由減壓渣油、減壓重蠟油、常壓渣油、焦化蠟油組成。尤其是當切換不同來源的原油，裝置原料油性質(zhì)變化很大，需要裝置提前調(diào)整工藝參數(shù)，適應處理新的原油調(diào)配。一般來說，隨著原料油性質(zhì)變重，裝置氫耗增加，對應會適當提高反應床層溫度，裝置綜合能耗隨之增加[7]。

3.4 ?環(huán)境溫度對能耗的影響

環(huán)境溫度主要對裝置空冷負荷、伴熱蒸汽用量、凝結(jié)水回收等有影響。根據(jù)能耗統(tǒng)計，夜間較白天溫度低，空冷負荷降低，耗電量明顯下降，相對能耗也較低。針對氣溫變化情況，裝置采取防凍防凝措施，尤其在冬季增加伴熱蒸汽用量，保證儀表、設(shè)備等運行正常。

因此，采用優(yōu)化伴熱流程，投用好各蒸汽疏水器，增加保溫層、保護套等措施，可以減少熱損失、降低裝置能耗。

4 ?結(jié) 論

本裝置自2017年08月開工以來，一直在進行較先進的節(jié)能措施，裝置能耗逐月平穩(wěn)降低，截至2019年02月單系列停工換劑前，裝置實際能耗相比設(shè)計能耗降低5%～10%。裝置節(jié)能降耗應持續(xù)開展，在優(yōu)化工藝參數(shù)同時，可以通過技改技措和裝置大檢修，進一步降低裝置綜合能耗。

此外，要培養(yǎng)員工的節(jié)能降耗意識，為全面開展節(jié)能降耗工作奠定良好的思想基礎(chǔ)。關(guān)注細節(jié)操作，認真開展節(jié)能降耗工作，注重同類裝置節(jié)能措施的收集和交流，提高本裝置平穩(wěn)運行水平，降低企業(yè)的經(jīng)營成本。

參考文獻

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