柴油加氢装置加热炉的节能优化

2022-09-11

前言

加热炉是炼油厂的耗能大户, 通过燃烧消耗掉的石油组分约占工厂加工原油总量的5%, 其能耗占装置总能耗的80%-83%。其中燃料消耗费用数额庞大, 是一个非常可观的数字。加热炉的热效率表示向炉子提供的能量被有效利用的程度, 是衡量燃料消耗、评价炉子设计和操作水平的重要指标。热效率的高低与节约能源、降低成本有极密切的关系, 降低加热炉燃料消耗, 提高加热炉热效率是实现装置“低能耗、高效率”的关键。

一、加热炉运行的现状

当前柴油加氢装置加热炉热效率偏低, 高附加值产品收率低, 严重影响了装置的产品收益, 究其原因归结为以下几点:1) 受上游装置进料的影响, 柴油加氢装置混合进料的温度比设计值低10-15℃, 混合进料温度低, 造成了加热炉的热负荷增加, 能耗增加;2) 空气预热系统自2009年开工投用以来已连续运行五年, 期间并没有进行针对性的检修, 内部换热管表面积灰较严重, 腐蚀失效比大, 进而造成换热效果差, 热损失增加;同时冷热流体接触面的密封性能严重下降, 造成预热器出口氧含量偏高, 大大提升了露点腐蚀的温度, 增加了露点腐蚀的机会;3) 空气预热系统引风机采用6k V高压电机, 泵出口调节阀的开度仅为10%-20%, 既不利于氧含量的调节又增加了电能的消耗, 典型的“大马拉小车”。

二、多举措提升加热炉热效率, 降低装置能耗

1. 工艺参数调整和流程优化

(1) 与上游装置沟通和协调, 适当提升混合进料的温度。

通过与生产调度及常减压装置的积极沟通, 柴油加氢装置实现热供料, 进料温度由70℃提高至93℃左右。反应加热炉F-101燃料气耗量由原来的1500 Nm3/h下降至1000 Nm3/h。

(2) 优化换热流程, 提高原料油换热后温度。

在不影响装置正常运行条件下, 利用改变注水点位置的方式提高热高分气和循环氢换热器E-102效率, 达到提高反应加热炉入口温度, 降低反应炉燃料气消耗的目的, 如图1所示。

通过装置定期更改注水措施, 可以有效提高E-102换热效率, 提升加热炉入口温度, 降低加热炉燃料气消耗。

2. 空气预热器热管维修

(1) 降低过剩空气系数减少排烟损失。

下图为在不同的排烟温度下, 过剩空气系数α每变化0.1对热效率下降值的影响。由此可见, 降低过剩空气系数可以有效地减少排烟损失, 提高热效率。

控制过剩空气系数过大大的措施主要有以下几个方面:

1) 检查风道入口碟阀开关灵敏性, 减少供风漏量;

2) 封堵炉体静密封漏点, 防止空气串入;

) 拆除现场未投用金属软管, 隔绝空气;

4) 调节二次风门的开度, 避免不完全燃烧。

(2) 降低预热器出口的排烟温度, 提升加热炉热效率。

为了提高加热炉热效率, 节约能源, 降低燃料消耗, 提高经济效益, 通常在加热炉尾部加装空气预热器等余热回收设备, 因而在节能降耗的同时也给加热炉长周期运行带来了致命的弱点:腐蚀和积灰。

积灰会加速空气预热器的低温腐蚀, 烟气的水蒸气露点较低, 一般在30-60℃之间, 如果壁温低于此值时, 水蒸气将凝结在壁上造成氧腐蚀。如烟气中含有二氧化硫, 则会与水蒸气形成露点温度较高的硫酸蒸汽, 且会在壁温低于硫酸蒸汽露点 (可高达150℃以上) 的受热面壁上凝结而使受热面金属严重腐蚀, 这种腐蚀称为低温腐蚀, 空气预热器一般布置在加热炉的低温区, 因而常发生受热面的低温腐蚀, 进而造成热管失效。

为了减轻因热管失效对热效率带来的负面影响, 必须对失效热管或翅片进行更换或检修, 并在以后的生产运行中采取行之有效的措施降低热管腐蚀速率。

图3为热管检修前后对比图片, 通过预热器检修, 大大提升了热管的传热效果, 降低了预热器出口排烟温度, 提高了加热炉的热效率。根据7月份与9月份排烟温度数据统计, 通过预热器检修, 预热器出口排烟温度最高可降低19.6℃, 同时根据天津石化纪检所现场检测数据, 计算加热炉热效率为92%。

结合表1数据不难看出, 通过预热器热管维修, 可以有效提升加热炉的热效率, 降低装置能耗, 提高产品效益。