陳安強（大慶油田化工有限公司醋酸分公司）

吉化煉油廠第一常減壓換熱網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能研究

陳安強（大慶油田化工有限公司醋酸分公司）

應用換熱網(wǎng)絡(luò)軟件包,對吉化煉油廠第一常減壓換熱網(wǎng)絡(luò)進行了優(yōu)化節(jié)能研究,找出了原有換熱網(wǎng)絡(luò)存在的問題,通過換熱網(wǎng)絡(luò)的合成、分析，提出了對原有換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改進的方案,這套方案流程結(jié)構(gòu)簡單，便于操作和控制。通過與原換熱網(wǎng)絡(luò)的對比和分析，以及換熱器的優(yōu)化設(shè)計和選型，對改進后的流程進行了模擬，初底油換后溫度由原來的279℃提高到289℃以上，直接節(jié)省燃料油3460 t/a，年節(jié)能效益535×104元。

常減壓裝置 換熱網(wǎng)絡(luò) 流程模擬 優(yōu)化設(shè)計 節(jié)能研究

換熱網(wǎng)絡(luò)是熱能回收與再利用的一個重要分支系統(tǒng)，在化工生產(chǎn)應用與設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到有些物料需要降溫，有些物料需要升溫，如果用高溫物料來加熱低溫物料，這樣就可以回收熱能[1]。另外，為了確保換熱過程不同物料達到生產(chǎn)設(shè)計溫度，在生產(chǎn)裝置中還必須設(shè)計一些輔助的加熱器與冷凝器來支持熱量交換。

常減壓裝置能耗主要是生產(chǎn)過程中產(chǎn)熱燃料、換熱蒸汽、動力用電、循環(huán)水等實現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)運行的必需能量消耗，其中產(chǎn)熱燃料能耗所占的比重最大，達65%～80%之多。據(jù)統(tǒng)計，常減壓裝置能量消耗占吉化煉油廠全廠總能耗的18.5%左右，因此，常減壓裝置的節(jié)能降耗研究具有非常重要的意義。油四路經(jīng)換熱后合并為一路，進入初餾塔（T－101）進料段。初餾塔底油分二路與高溫位熱源換熱。初底油兩路換熱后合為一路，去催化裝置熱聯(lián)合與油漿換熱，初底油經(jīng)油漿（4、3、2、1）換熱器（E－401/4、3、2、1）換后終溫約為300℃去常壓爐，進入常壓塔進料段，作為常壓塔進料。

1 現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)流程

在吉化煉油廠第一常減壓現(xiàn)有的換熱網(wǎng)絡(luò)中，原換熱網(wǎng)絡(luò)熱流有14股，冷流有3股，工藝流程如圖1所示，換熱分為3段：脫前原油的換熱、脫鹽后原油的換熱和初底油的換熱，具體敘述如下。

原油（以下稱為脫前原油）自原油罐區(qū)用原油泵送入裝置內(nèi)，分為四路分別與低溫位熱油換熱。一、二、三、四路分支經(jīng)換熱后合并為一路進入電脫鹽。原油出電脫鹽分四路與中溫位熱油換熱。原

2 物流換熱目標

2.1 物流換熱目標表

經(jīng)過此網(wǎng)絡(luò)的物流換熱網(wǎng)絡(luò)要求詳見表1，同時根據(jù)數(shù)學模型求出熱回收量。入口溫度指的是物料進換熱網(wǎng)絡(luò)的即時溫度，目標溫度指的是產(chǎn)品出裝置時的即時溫度，換后溫度是指物流流出時達到的溫度或中段回流物流要求達到的溫度。

2.2 熱回收量的計算

已知冷、熱物流的流比熱及進出口溫度，計算

熱回收量：

式中：

Qr——熱回收量，J/h;

W——熱流或冷流的熱容流率，J/h；

CP——熱流或冷流的平均比熱J/（kg·K）；

Thi,Tho——熱流的入口、出口溫度，K；

Tci,Tco——冷流的入口、出口溫度，K。

對于冷流，ΔT=Tco-Tci；對于熱流，ΔT=Thi-Tho。

表1 物流換熱要求

3 重新合成的換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

用換熱網(wǎng)絡(luò)軟件包計算最大回收熱量統(tǒng)計結(jié)果得知，該廠原有換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有非常理想的節(jié)能空間，標志性物料初底油換熱后最高溫度可以達到289℃以上，這為原有換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。為保證有效能損失最少，該改造項目必須使用并遵循高溫位熱物料與高溫位冷物料換熱，中溫位熱物料與中溫位冷物料換熱，低溫位熱物料與低溫位冷物料換熱的設(shè)計方案。為最大限度減少設(shè)備投資費用，在盡量利用有效熱物料的高溫位能量的同時，還要充分保留并利用原有的換熱設(shè)備。

在設(shè)計方案的研究與制定過程中遵循以下原則：

◇在滿足生產(chǎn)工藝要求的條件下盡可能多地回收、捕捉、利用熱能；

◇在最少設(shè)備投資的條件下，竭力保留并利用原有的換熱設(shè)備；

◇在安全生產(chǎn)調(diào)控中，盡力簡化換熱網(wǎng)絡(luò)流程結(jié)構(gòu)，以便生產(chǎn)時期的檢修維護、操作調(diào)整、參數(shù)校正、安全管理等[2]。

該廠原生產(chǎn)中換熱網(wǎng)絡(luò)需要改進的弊端有：

◇冷物流與熱物流的換熱匹配不夠理想；

◇換熱流程繁冗，結(jié)構(gòu)復雜；

◇部分換熱設(shè)備實際生產(chǎn)中利用不充分。

本方案應用換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)，遵循高溫位熱物流與高溫位冷物流換熱，中溫位熱物流與中溫位冷物流換熱，低溫位熱物流與低溫位冷物流換熱的匹配原則，揭示了原有換熱網(wǎng)絡(luò)潛在的能量浪費問題，提供了該換熱網(wǎng)絡(luò)節(jié)能改造的最佳設(shè)計，實現(xiàn)了該換熱網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降耗、降本增效的研究目標。新的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計圖如圖2。

重新合成的換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有如下優(yōu)點:

1）針對冷物流與熱物流的換熱匹配順序進行重新修整，充分利用了熱流的高溫位熱量，使熱量的回收利用獲得了較大幅度提升。

2）在原換熱網(wǎng)絡(luò)改動很小的情況下，達到現(xiàn)在的換后溫度，使熱物流的熱量得到了最充分的利用。

3）保持了原有網(wǎng)絡(luò)的3段換熱模式，最大限度地保留了原有換熱設(shè)備，使改造中設(shè)備投資降到最低。

4）簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為設(shè)備及儀表安裝、檢修維護、操作調(diào)整、安全管理等帶來方便。

4 節(jié)能效益分析

吉化煉油廠第一常減壓車間，熱物流有14股,冷物流有3股，換熱單元33個。改進后的換熱網(wǎng)絡(luò)，初底油換后溫度由改前的279℃提高到改后的289℃，初底油的流量為47.56×104kg/h，初底油在213～279 ℃之間的平均比熱為3.15 kJ/（kg·K），改造后多回收熱量14.97×106kJ/h。

燃料油的燃燒值為40738.28 kJ/kg；常壓爐的熱效率為0.85；年生產(chǎn)時間為8000 h，則每年節(jié)省燃料油3460 t。

燃料油的單價為1545元/t，每年節(jié)能效益535×104元。

因此，改進后的換熱網(wǎng)絡(luò)的初底油換后溫度由改前的279℃提高到改后的289℃以上，每年直接節(jié)省原料油3460 t，年節(jié)約效益535×104元以上。

5 結(jié)論

1）加熱爐是常減壓裝置燃料消耗的主要加熱耗能設(shè)備，通過改進換熱流程提高換熱終溫，最終有效降低加熱爐生產(chǎn)負荷，最大限度減少燃料耗能；同時還能降低產(chǎn)品換后溫度，削減冷卻負荷，節(jié)省冷卻水的使用。由此可見，換熱流程的優(yōu)化是常減壓裝置改造和節(jié)能的核心。

2）在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，將流程模擬與換熱流程優(yōu)化相結(jié)合，對回流取熱分配進行了優(yōu)化設(shè)計，盡量多取高溫位熱量進行換熱，以利于熱能回收[3]。

3）實例計算證明，優(yōu)化的最佳換熱網(wǎng)絡(luò)可大大提高換熱網(wǎng)絡(luò)的熱回收量，獲得巨大的經(jīng)濟效益。

[1]張俊華,應啟夏,黃為民.換熱器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究進展[J].熱能動力工程,2000,15(87):201-204.

[2]呂艷卓,魏關(guān)鋒,王瑤,等.常減壓蒸餾裝置換熱網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能優(yōu)化[J].石油化工設(shè)計,2003,20(3):12-15.

[3]高維平,楊瑩.換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化改進和控制[J].化工學報,2003,54(70):965-971.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.002

陳安強，2007年畢業(yè)于吉林化工學院，從事化工生產(chǎn)與節(jié)能開發(fā)方面工作，E-mail：chenanqiang@cnpc.com，地址：黑龍江省大慶油田化工有限公司醋酸分公司，163411。

2011-12-08)