常减压节能降耗分析

2022-09-12

随着国际原油价格高居不下, 炼油企业面临的竞争压力也越来越大。而降低成本成为提高企业竞争的重要途径。能源消耗在炼油生产过程中占有较大的比例, 如何优化用能结构, 降低能耗是企业发展和提高经济效益的重要环节。

一、常减压装置的能量结构特点

常减压蒸馏装置是利用蒸馏原理把原油加热分离成汽油、柴油等馏分的装置。基本采用的是换热网、闪蒸塔、加热炉、常压塔、减压炉、减压塔的工艺流程。由于常压塔和减压塔底都不用再沸器, 装置的热量几乎全部来源于加热炉。汽提蒸汽虽然带入一些热量, 但由于只放出部分显热, 而且蒸汽的用量不大, 因此这部分的热量不大。所以, 常减压装置输入的热量有原油进装置带入的热量;加热炉燃料放出的热量。装置输出的热量有常顶不凝气、汽油、柴油、蜡油、减压渣油等产品带走的热量。常减压装置所需要的热量几乎全部由加热炉提供。

常减压装置主要用能形式是热、蒸汽、流动能。其中热、蒸汽、功是由燃料和电转化过来的。能量经转换设备进分馏塔后, 连同能量回收系统 (中段回流) 完成工艺过程, 一部分进入产品, 大部分进入能量回收系统, 反映在工艺指标上即为:常压炉实际提供的能量是290oC~360oC[1]这一段。能量在一系列转化和传输过程中, 其温度和压力等不断下降, 直到装置不能回收, 最终通过冷却、散热等途径排放到环境中, 连同在转换传输过程中的损失一起构成了装置能耗。

从能量利用过程中, 可以看出蒸馏装置用能的三个主要环节:将一次、二次能源转化成工艺过程能够直接利用的能量转换环节;能量传输环节;工艺核心过程 (分馏) 的能量利用环节。从上述三个环节可以看出:用能核心是工艺过程, 用能数量在工艺不作调整是固定的 (小幅波动可视为不变) ;而为之服务的转换和回收的环节却表现出数量上损失。所以想要用能分析不仅要有数量上的分析, 还要有能量质量演变过程分析。从而可以看出常减压装置节能的三个阶段:一是生产管理上的优化操作阶段, 如加强加热炉操作管理的“三门一板”等;二是投资较少的单体设备提高效率改造阶段, 如塔板的改造等;三是投资较大的一换热流程为主题的装置改造阶段。

二、常减压装置能耗系统分析

常减压分馏系统是蒸馏装置工艺用能的核心, 其用能的多少取决于原油内需拨出的馏分含量以及产品的质量要求, 我厂常减压的操作参数主要有:汽油干点174~178oC, 一线凝点-28~-33oC, 闪点55~59oC, 二线凝点+14~+18oC。为保证下游装置催化裂化的正常长周期运行, 常减压的总拔出率控制在51%左右。我厂所用原油基本来源于花土沟, 其中还参炼3%~4%的冷湖轻质油, 总体来说原料属于轻质原油, 51%的拔出属于浅拔出。装置自2012年8月6日开厂以来截止到2013年12月7日平稳运行488天, 2012年装置累计加工原油155.13万吨, 生产汽油15.70万吨, 柴油49.57万吨, 蜡油14.31万吨, 轻质油收率51.29%, 2012年以来常压装置能耗基本控制在6.29kg标油/吨, 日均加工原油4250吨, 装置自改扩建以来通过采用换热网络窄点设计、液力抽真空等先进技术, 有效地降低了综合能耗和加工损失率, 大幅提高了轻质油收率。但是在2013年1月10日至27日为配合催化裂化装置抢修, 装置的加工量降至日均3000吨以下。见下表

迫使装置能耗迅速上升, 达到了9.26kg标油/吨。综上所述, 充分说明加工量的大小决定了换热效果的好坏, 同时基本反映了装置能耗消耗的高低。

1. 过汽化率问题

从常规的节能观点看, 过汽化率越低越节能;从生产操作角度来看普遍认为:过汽化率越高, 轻质油收率越高, 产品质量越好。节能和收率、质量之间存在矛盾。常压塔合理的过汽化率经验质为2%~4%。影响过汽化率的因素很多, 其中可调的因素有闪蒸段压力、温度及塔底吹汽等[2]。

参考有关常减压装置对常减压塔过汽化率影响因素的实验, 分析总结找出了一下规律:

(1) 闪蒸段压力与每吨常渣的汽提量保持不变的情况下, 闪蒸段温度每增加4oC, 可增加1%的过汽化率。

(2) 当闪蒸段温度和常渣汽提量都不变是, 闪蒸段压力每降低15.3KPa, 也可增加1%的过汽化率。

(3) 当闪蒸段温度和压力都不变时, 每吨常渣的汽提蒸汽每增加3kg, 也可增加1%的过汽化率。

从以上的经验结论可以看出提高闪蒸段温度、降低闪蒸段压力和提高常渣的汽提量都能提高过汽化率, 因此在不影响收率和质量的前提下, 可以降低常压炉的出口温度。降低塔压的一个行之有效的方法是减少常压塔的回流量, 增加中段回流。降低塔顶冷回流不仅可以提高轻质油收率, 还可以降低塔顶冷却负荷, 对常压蒸馏整个系统冷、热两个公用工程都是有利的。所以在为催化裂化提高热进料温度的同时, 装置要尽可能的保证闪蒸塔进料的温度, 避免对过气化率造成影响。

2. 中段回流去热分配及返塔温差问题

中段回流取热的合理分配它与整个装置热量回收多少与换热网络的结构有密不可分的关系。中段回流取热的分配与产品质量和收率有直接关系, 下段高热量取出过多, 就会影响到上部位的侧线质量和收率。经验做法是每个中段回流取热量应占剩余热量的60%~70%左右, 可以确保改中段回流的上塔板有足够的内回流, 使上一侧线油品在足够的热量的条件下出合格产品。

返塔温差可调节的因素有两个, 流量和返塔温度。习惯做法是流量小温差大, 这样的优点是易于控制。但大流量小温差在节能的角度的优点明显:提高传热和减少机泵的电耗。对常减压装置来讲, 是泵的流量提到最高对耗能是肯定有利的。

3. 加热炉系统

加热炉是常减压装置的主要耗能设备。提供了炼油工艺过程中所需的大部分能量。占整个装置能耗的70%~80%左右。正常生产条件下影响加热炉热效率的主要原因有空气过剩系数和排烟温度。

(1) 优化空气过剩系数减少排烟气总量

过大的过剩空气系数会从以下几个方面影响加热炉

在排烟温度一定的情况下, a越大排烟量越大, 通过烟气排出的热量也越多。随着烟气将热量带到大气中, 导致加热炉的热损失加大, 效率降低。

a越大, 露点腐蚀温度越高, 为了避免空气预热系统着受露点腐蚀, 影响长周期运行, 只能限制排烟温度。所以降低过剩空气系数, 可以使排烟温度有降低的余地。

a过大, 会加剧炉管的氧化, 影响加热炉的使用寿命, 促使氮氧化物增加, 对环境产生不利影响。

(2) 过剩空气系数的最佳质

理论燃烧温度在过剩空气系数a=1时最高, 即空气中的氧与燃料刚好完全都参与燃烧反应。我厂常减压装置有常压、减压两个加热炉, 其燃料为脱硫装置送来的高干气和装置本身产的塔顶不凝气。其热值高于天然气, 低于燃料油。根据经验和计算, 加热炉在烧燃料气时, a值为1.05~1.2之间[3]。

(3) 烟气的热量回收

加热炉的组要热利用有辐射传热、对流传热和空气预热的热量回收。其中对流交换的热量占加热炉的25%。辐射室出口温度一般在400oC左右, 此后主要靠对流换热来降低其温度。因此设法确保运行中加热炉对流传热效率在一个较高的水平上, 是降低排烟温度的关键。实际生产中对流管积灰是影响传热的主要因素。

三、常减压装置内节能降耗分析

1. 机泵的节能降耗

机泵是炼油的心脏, 提供流体在管线中的动能, 主要消耗电能, 在整个装置的能耗中占有很大的比例。我厂常压装置在2009年末进行了全面升级改造, 增加了减压装置。除二中泵P109AB和一中泵P108B外, 其它所有泵都全部更换。但P109AB的设计流量较大, 二中在实际生产操控中的流量相对较小, 二中的自控阀只开不到10个阀位, 属于低流量, 高温差, 对节能不利。可在二中换热器E122AB、E108AB开二中的副线, 达到增大二中流量, 却不改变二中和原油的换热量, 从而降低二中泵电耗的目的。汽油泵P103AB设计流量要小于汽油的实际流量, 装置升级后的这两个生产周期, 汽油泵基本上是同时运转的, 所以汽油泵要更换流量更大的泵, 达到降低电耗的目的。

2. 换热器的节能

换热器是常减压的能量回收设备, 提高换热器的换热效率和减少换热器的热损失就是提高了装置的能量利用率。我装置的汽油、一、二线出装置后直接进入灌区, 在夏天时, 汽油和二线外送时常超过灌区的控制温度上限。所以, 侧线还有余热可取。汽油从塔顶出来后, 经过空冷、水冷器E104AB后, 一部分回流, 一部分外送出装置。所以可减少冷回流, 使汽油干点靠178oC高限。这样降低了冷换设备的负荷, 出装置汽油温度降低。同时, 减少了冷回流, 能提高塔顶温度, 降低了塔压, 进而提高了常压塔的过汽化率。

3. 加热炉的节能

我厂常减压装置有常压炉和减压炉两个加热炉, 但两个加热炉的设计加工量均大于实际的加工量, 其中减压炉的6个火咀只点燃5个。属于低负荷运行, 而加热炉是装置的主要用能设备, 低负荷使得每吨原油的能量消耗增高。

四、常减压和其它装置间的节能分析

常减压的下游装置有加工减压渣油的催化裂化装置;加工汽油的加氢精制装置;加工减二蜡油的加氢裂化装置。常减压装置间综合节能方面有很大的潜力, 这种潜力主要表现在以下几个方面。

1. 装置间的热联合

常减压的中间物流如减压渣油、蜡油等, 在换热到一定的程度后, 直接作为下游装置的热进料, 可以减少常减压装置的冷公用工程和下游装置的热公用工程用量。如减压渣油多次与闪底、原油换热后, 直接进入催化裂化的原料缓冲罐。但碱渣经过换热后, 不能达到催化裂化装置的原料反应温度, 需经过中压蒸汽加热后才能进入反应器。根据原油脱前换热后两路温度分别为120oC和145oC, 原油在电脱盐罐中最佳脱水脱盐温度约在120oC~130oC之间。所以可以调节原油和碱渣的脱前换热器E134AB的副线。达到降低催化装置能耗的目的。

2. 装置的加工量提高

催化裂化装置设计加工量90万吨, 汽油加氢精制设计加工量是30万吨, 蜡油加氢裂化的设计加工量是80万吨。而今年我厂的加工的原油计划是150万吨。所以我厂的炼油车间的加工量都未达到设计值, 炼油的每吨能耗也高于设计值。提高常减压的加工量, 可降低常减压装置和下游装置的能耗。

结论

传统观念认为装置越独立越好。热联合使得流程复杂, 单元间互相牵制, 缺乏操作弹性, 难以调度管理, 这个观念部分是符合事实的, 热联合确实使系统变得复杂。但在炼化装置的日益规模化的趋势下, 多套装置的能量综合设计才是节能的唯一方法, 只有在大系统范围内能量才能得到合理的匹配, 从而带来巨大的节能效益。这个效益使得为保证安全可操作性和生产所花费在辅助设备、管道和控制仪表上的投资费用的事合算的。不断进步的信息技术也为能量系统优化提供了先进的办法。

摘要：常减压是炼油化工的龙头装置, 根据常减压装置的生产特点, 通过对其生产过程中的能量消耗和构成分析, 找出耗能的关键过程, 采用合理的工艺流程和过程控制, 使得常减压装置的能耗降到最低

关键词：常减压装置,节能,综合利用