加氫裝置設(shè)備節(jié)能措施及應(yīng)用

馬昌岳

（大連西太平洋石油化工有限公司，遼寧大連 116610）

1 概述

某公司建設(shè)有蠟油加氫裂化、常壓渣油加氫和柴油加氫精制三套加氫裝置。裝置建設(shè)初期，每套裝置均有獨(dú)立的氫氣供應(yīng)和脫硫胺液流程，均能滿(mǎn)足生產(chǎn)運(yùn)行。隨著公司對(duì)節(jié)能降耗要求提高，各加氫裝置進(jìn)行了精細(xì)化操作，將生產(chǎn)指標(biāo)控制范圍逐漸縮小，增加了氫氣和脫硫胺液的消耗，新氫機(jī)和高壓脫硫胺液泵運(yùn)行效率下降，單位電耗增加，經(jīng)濟(jì)性變差。

加氫裝置主要耗電設(shè)備為新氫壓縮機(jī)、高壓進(jìn)料泵和高壓胺液泵等反應(yīng)系統(tǒng)增壓設(shè)備，占裝置電耗的75%~90%，具體詳見(jiàn)表1。

表1 加氫裝置主要耗電設(shè)備

通過(guò)分析各加氫裝置新氫機(jī)和高壓胺液泵的性能參數(shù)，優(yōu)化工藝流程，實(shí)現(xiàn)了新氫和胺液的互供，停運(yùn)部分機(jī)泵；在優(yōu)化工藝流程的基礎(chǔ)上，對(duì)新氫機(jī)、高壓胺液泵、液力透平等裝置進(jìn)行技術(shù)改造，進(jìn)一步降低主要設(shè)備電耗。

2 工藝流程優(yōu)化

2.1 氫氣系統(tǒng)優(yōu)化

加氫裝置的新氫壓縮機(jī)，主要作用是將管網(wǎng)的氫氣壓縮升壓后送至反應(yīng)系統(tǒng)，以補(bǔ)充反應(yīng)系統(tǒng)的溶解氫和化學(xué)耗氫，同時(shí)維持反應(yīng)所需的氫分壓。

加氫裂化、渣油加氫、柴油加氫三套裝置新氫機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

在額定處理量下，三套裝置氫氣耗用量分別為： 加氫裂化61 000 Nm3/h，渣油加氫50 000 Nm3/h， 柴油加氫12 000 Nm3/h，總計(jì)123 000 Nm3/h。經(jīng)核算，加氫裂化和渣油加氫兩套裝置，分別運(yùn)行2臺(tái)新氫機(jī)即可滿(mǎn)足三套裝置反應(yīng)系統(tǒng)耗氫需求，即

加氫裂化反應(yīng)所需循環(huán)氫純度為94%，渣油加氫為92%，柴油加氫為89%。為了滿(mǎn)足加氫裂化和渣油加氫反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)氫氣純度的長(zhǎng)期要求，對(duì)氫氣系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，在加氫裂化和渣油加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)出口分別引出至柴油加氫新氫機(jī)K-15101A/B出口的供氫線(xiàn)；并設(shè)置減壓閥和止回閥，滿(mǎn)足柴油加氫反應(yīng)系統(tǒng)耗氫；同時(shí)停運(yùn)新氫機(jī)K-15101A/B。

當(dāng)渣油加氫單獨(dú)為柴油加氫供應(yīng)氫氣時(shí)，渣油加氫新氫機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足供氫要求，即

由表2可知，加氫裂化新氫機(jī)出口壓力高于渣油加氫新氫機(jī)出口壓力，故將渣油加氫和加氫裂化氫氣實(shí)行互供，優(yōu)化后的流程可以保障柴油加氫裝置反應(yīng)系統(tǒng)的供氫，停運(yùn)柴油加氫功率為1 550 KW 的新氫機(jī)，同時(shí)將渣油加氫新氫機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，提高新氫機(jī)的效率。

表2 加氫裝置新氫機(jī)參數(shù)

2.2 胺液系統(tǒng)優(yōu)化

高壓胺液泵是將胺液提升至反應(yīng)系統(tǒng)壓力后送至高壓脫硫塔，三套裝置高壓胺液泵設(shè)計(jì)參數(shù)如下，詳見(jiàn)表3。

表3 加氫裝置高壓胺液泵參數(shù)

由于胺液品質(zhì)的提升和脫硫后循環(huán)氫中硫化氫指標(biāo)控制的優(yōu)化，高壓脫硫塔的胺液使用量明顯降低，三套裝置在生產(chǎn)過(guò)程中使用的胺液量分別為加氫裂化80 Nm3/h、渣油加氫130 Nm3/h、柴油加氫60 Nm3/h，共計(jì)所需胺液量為270 Nm3/h。根據(jù)泵設(shè)計(jì)參數(shù)可知，加氫裂化和渣油加氫2臺(tái)高壓胺液泵運(yùn)行可以滿(mǎn)足三套裝置需要，即

優(yōu)化后的胺液流程詳見(jiàn)圖1，投用新流程后，停用柴油加氫功率為500 KW的高壓胺液泵。

圖1 加氫裝置胺液流程優(yōu)化

3 設(shè)備技術(shù)改造

3.1 新氫機(jī)增加無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)

由2.1可知，氫氣系統(tǒng)在優(yōu)化流程后，在滿(mǎn)足正常三套加氫裝置供氫的基礎(chǔ)上，4臺(tái)新氫機(jī)仍有部分氫氣經(jīng)壓縮機(jī)出口三反一控制閥返回至新氫機(jī)入口，這種調(diào)節(jié)反應(yīng)系統(tǒng)供氫的方式經(jīng)濟(jì)性差，造成了很大的電能浪費(fèi)，因此將加氫裂化新氫機(jī)K-1401C增加了HydroCOM氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

HydroCOM運(yùn)用“回流省功”原理，通過(guò)中間接口單元和HydroCOM專(zhuān)用軟件來(lái)精確控制進(jìn)氣閥的延遲關(guān)閉，將新氫機(jī)負(fù)荷在0~100%之間進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)氫氣量的實(shí)際需要設(shè)定新氫機(jī)一級(jí)手操器的負(fù)荷，系統(tǒng)便自動(dòng)跟蹤并進(jìn)行調(diào)節(jié)。

HydroCOM投用后，新氫機(jī)K-1401C負(fù)荷在72%時(shí)即可滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。通過(guò)HydroCOM投用前后電機(jī)指示功率的對(duì)比，可知新氫機(jī)K-1401C節(jié)省功率為1 260 KW。

3.2 胺液泵技術(shù)改造

由文中2.2可知，三套加氫裝置在運(yùn)行2臺(tái)高壓胺液泵時(shí)，泵性能參數(shù)仍過(guò)剩。為保障泵的安全運(yùn)行，必須通過(guò)泵出口最小流量控制閥返回入口部分胺液，這種調(diào)節(jié)方式不但泵的運(yùn)行效率低，還對(duì)最小流量控制閥造成沖刷，不利于裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。通過(guò)加氫裂化和渣油加氫兩套裝置高壓胺液泵設(shè)計(jì)流量和實(shí)際使用量的對(duì)比，可知渣油加氫高壓胺液泵P-05A/B流量偏差大，因此對(duì)渣油加氫高壓胺液泵P-05A/B進(jìn)行改造。

高壓胺液泵P-05A/B由轉(zhuǎn)速為2 980 rpm的電機(jī)經(jīng)增速機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。為了節(jié)約成本，改造時(shí)只對(duì)泵體進(jìn)行重新核算、選型，電機(jī)、增速機(jī)、基礎(chǔ)及底座等保持不變。經(jīng)核算，選定額定流量為135 Nm3/h、軸功率為820 KW的高壓胺液泵，改造前后泵性能參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 高壓胺液泵改造前后性能參數(shù)對(duì)比

通過(guò)對(duì)比可知，改造后高壓胺液泵P-05A/B運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性更好。改造前，P-05A/B經(jīng)最小流量控制閥調(diào)節(jié)泵流量為154 Nm3/h，電機(jī)指示功率為1 350 KW；改造后，最小流量控制閥關(guān)閉，泵輸送量為130 Nm3/h，電機(jī)指示功率為1 080 KW，節(jié)約功率為270 KW。

3.3 液力透平密封改造

加氫裂化裝置液力透平HT-1101為能量回收設(shè)備，是將熱高分液相流體中的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動(dòng)設(shè)備。熱高分的液相物流通過(guò)液控閥和切斷閥進(jìn)入液力透平，回收能量后進(jìn)入熱低壓分離器[1]。液力透平利用回收的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)高壓進(jìn)料泵P-1102，以此來(lái)降低高壓進(jìn)料泵P-1102的電機(jī)功率。液力透平工況參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 液力透平工況參數(shù)

液力透平原設(shè)計(jì)使用沖洗方案為PLAN53B的加壓雙端面機(jī)械密封；由于液力透平轉(zhuǎn)速高、端面比壓大，機(jī)械密封使用效果不理想，安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大，致使液力透平長(zhǎng)期處于閑置狀態(tài)。隨著干氣密封技術(shù)的進(jìn)步，非接觸式密封更適用于高壓、高轉(zhuǎn)速的工況，于是對(duì)液力透平進(jìn)行密封改造，由接觸式機(jī)械密封改為非接觸式干氣密封，密封沖洗方案選用美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AP21682中的PLAN32＋ 74＋72＋76，同時(shí)設(shè)置密封泄漏報(bào)警監(jiān)控和聯(lián)鎖停車(chē)，一旦主密封發(fā)生泄漏可以聯(lián)鎖關(guān)閉液力透平入口閥，切斷液力透平入口的高壓物料。

液力透平成功運(yùn)行后，在加氫裂化額定處理量下，可以降低P-1102電機(jī)功率1 046 KW，經(jīng)濟(jì)效益顯著；同時(shí)增加了熱高壓分離器到熱低壓分離器的控制手段，提高了反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行安全性。

4 效益分析

氫氣和胺液工藝流程優(yōu)化，可以成功的將柴油加氫裝置的新氫機(jī)和高壓胺液泵停運(yùn)。由于新氫機(jī)是通過(guò)三反一控制負(fù)荷，故停運(yùn)前后節(jié)省的電機(jī)功率即新氫機(jī)K-15101A/B正常運(yùn)行時(shí)的功率1 550 KW； 高壓胺液泵通過(guò)最小流量控制閥調(diào)節(jié)負(fù)荷，按照高壓胺液泵70%負(fù)荷計(jì)算，運(yùn)行時(shí)的電機(jī)指示功率為400 KW，即停運(yùn)后可節(jié)省電機(jī)功率為400 KW，共計(jì)節(jié)省電功率為1 950 KW。

加氫裂化新氫機(jī)K-1401C增加無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、渣油加氫高壓胺液泵改造和液力透平HT-1101成功運(yùn)行，可節(jié)省電功率為

經(jīng)過(guò)一些列優(yōu)化和改造措施，三套加氫裝置節(jié)省電功率可達(dá)

經(jīng)濟(jì)效益非常可觀，同時(shí)停運(yùn)機(jī)組節(jié)省了維修維護(hù)費(fèi)用，也降低了運(yùn)行過(guò)程中帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。