章海春

（中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司煉油改造項(xiàng)目管理部）

隨著低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，煉油業(yè)正面臨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格、清潔燃料標(biāo)準(zhǔn)不斷提高、國際油價(jià)高位震蕩等壓力。煉油企業(yè)越來越重視節(jié)能降耗，以降低產(chǎn)品成本，提高企業(yè)自身競爭力。加氫反應(yīng)過程高溫、高壓、臨氫，進(jìn)料油和H2均需升溫、升壓，需消耗大量的燃料和動力，是煉油廠能耗較高的裝置之一［1］。對其進(jìn)行用能分析及節(jié)能優(yōu)化，對降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益具有積極的意義。

1 柴油加氫精制裝置用能分析

1．1 裝置概況

中國石化揚(yáng)子石化煉油廠120×104t／a柴油加氫精制裝置于2005年1月建成投產(chǎn)，采用撫順石油化工研究院FRIPP工藝技術(shù)，由中國石化工程建設(shè)公司設(shè)計(jì)，反應(yīng)部分采用爐前混氫、冷高分工藝流程，設(shè)置循環(huán)氫脫硫設(shè)施。分餾部分采用單塔汽提方案，不設(shè)分餾爐，在汽提塔中完成石腦油與柴油的分離。裝置以直餾柴油、焦化柴油及催化柴油為原料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的城市車用柴油，同時(shí)副產(chǎn)少量粗石腦油作為乙烯裂解原料。

1．2 裝置能耗分析

裝置設(shè)計(jì)能耗18．18kg標(biāo)油／t，根據(jù)中石化《煉油廠能量消耗計(jì)算與評價(jià)方法》中的規(guī)定值，柴油加氫裝置標(biāo)準(zhǔn)能耗為628．0MJ／t，即15kg標(biāo)油／t［2］，差距較大，因此降低能耗是提高裝置運(yùn)行水平的重要任務(wù)。圖1為柴油加氫精制裝置設(shè)計(jì)能耗分解百分比，從圖中可以看出，設(shè)計(jì)能耗中燃料氣消耗占40．1%，電耗占31．78%，蒸汽消耗占26．03%，合計(jì)占總能耗的97．91%。可見，降低裝置能耗的重點(diǎn)是減少燃料氣和蒸汽消耗，節(jié)約電能。

1．2．1 燃料氣消耗分析

裝置燃料氣消耗主要為加氫反應(yīng)提供熱量，以確保脫硫、脫氮效果。影響加熱爐燃料氣用量的主要因素是加熱爐負(fù)荷及熱效率，因此需從優(yōu)化換熱、利用低溫?zé)崃康确矫嫣岣叻磻?yīng)爐入口溫度以降低其進(jìn)出口溫差，從而實(shí)現(xiàn)降低燃料氣消耗的目的。反應(yīng)爐F54101設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為11．63MW，燃料氣設(shè)計(jì)消耗量為1．04t／h。加氫反應(yīng)爐開停工熱負(fù)荷高，日常運(yùn)行負(fù)荷低，正常運(yùn)行時(shí)一般僅需點(diǎn)30%～50%的火嘴，因此在加熱爐的日常操作過程中，經(jīng)常出現(xiàn)因爐子燃燒狀況差或燃料氣燃燒不完全導(dǎo)致反應(yīng)爐熱效率低下的情況，需要采取相應(yīng)的措施提高反應(yīng)爐熱效率，減少燃料氣消耗。

1．2．2 電能消耗分析

裝置主要用電設(shè)備為新氫壓縮機(jī)、泵和空冷器等。日常生產(chǎn)操作過程中對非變頻機(jī)泵及空冷器可采取的節(jié)電措施非常有限，需要一定的投資以增加節(jié)電設(shè)備，如新氫壓縮機(jī)增加無極變速系統(tǒng)，對大泵進(jìn)行負(fù)荷核算以確定是否需要上變頻或葉輪切割等措施。裝置新氫壓縮機(jī)設(shè)計(jì)負(fù)荷為1 220kW（占設(shè)計(jì)電耗的 39．8%），設(shè)計(jì)新氫流量 18 500m3／h（101．325kPa，0 ℃下，下同），日常運(yùn)行新氫用量9 000～12 000m3／h，具有較大的節(jié)電潛力。

1．2．3 蒸汽消耗分析

裝置的蒸汽消耗主要是循環(huán)氫壓縮機(jī)使用3．5 MPa蒸汽，汽提塔及伴熱使用1．0MPa蒸汽。循環(huán)氫壓縮機(jī)用蒸汽作為機(jī)組驅(qū)動能源，設(shè)計(jì)消耗量為24．98t／h，可通過合理控制氫油比，按300m3／m3進(jìn)行卡邊控制，盡量降低循環(huán)氫壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，減少3．5MPa蒸汽的消耗。蒸汽為汽提塔提供熱量并降低油氣分壓，設(shè)計(jì)消耗量為5t／h，在精制柴油和石腦油分離較好的情況下可逐步降低汽提蒸汽的用量。此外，應(yīng)注意節(jié)約伴熱及服務(wù)站用蒸汽［3］。

2 裝置節(jié)能降耗措施

2．1 優(yōu)化換熱流程

裝置低分油依次與精制柴油、反應(yīng)產(chǎn)物換熱后進(jìn)入汽提塔C54201，根據(jù)柴油和石腦油的分離情況，汽提塔進(jìn)料溫度一般控制在220℃左右，經(jīng)常需要加大換熱旁路TIC54109開度，讓部分低分油不經(jīng)過換熱，以達(dá)到控制汽提塔進(jìn)料溫度的要求，因此產(chǎn)品柴油得不到充分換熱就去空冷器冷卻，增加了裝置的能耗。

2006年，對換熱流程進(jìn)行優(yōu)化，使控制閥TIC54109可以單獨(dú)調(diào)節(jié)高壓換熱器E54102旁路，優(yōu)化后的換熱流程如圖2所示。通過打開閥2，關(guān)閉閥1，使柴油在與低分油充分換熱后，再去空冷器A54202，汽提塔進(jìn)料溫度通過增大TIC54109開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，而多余的反應(yīng)產(chǎn)物熱量可繼續(xù)去高壓換熱器E53103換熱，這樣一方面通過降低柴油進(jìn)空冷器A54202的溫度節(jié)約了電能（基本可停開一臺空冷風(fēng)機(jī)），另一方面，反應(yīng)進(jìn)料在高壓換熱器可換得更多的熱量，使得反應(yīng)爐進(jìn)料溫度上升，減少了燃料氣消耗。

2．2 加熱爐鼓引風(fēng)機(jī)變頻改造

由于裝置反應(yīng)爐開停工熱負(fù)荷高，日常運(yùn)行負(fù)荷低，即正常運(yùn)行時(shí)一般僅需點(diǎn)30%～50%的火嘴，設(shè)計(jì)考慮開停工需要所用煙氣預(yù)熱回收系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)功率較大，使加熱爐給風(fēng)和抽風(fēng)風(fēng)力較大，導(dǎo)致配風(fēng)風(fēng)量不均勻，爐膛內(nèi)一方面O2含量明顯偏高，另一方面火嘴卻經(jīng)常發(fā)生結(jié)焦積炭，出現(xiàn)燃燒不完全的現(xiàn)象。

2009年，根據(jù)余熱回收的實(shí)際運(yùn)行情況，通過計(jì)算、分析風(fēng)量和O2含量之間的關(guān)系，在反應(yīng)爐鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)上增設(shè)了變頻器，用變頻器及時(shí)調(diào)節(jié)加熱爐給風(fēng)和抽風(fēng)量，如圖3所示。改造后，反應(yīng)爐的爐膛O2含量明顯下降，熱效率由88%提高至92%，超過了設(shè)計(jì)熱效率90%，同時(shí)還降低了裝置的電耗和燃料氣消耗。

2．3 新氫壓縮機(jī)增設(shè)無級變速系統(tǒng)

裝置設(shè)置新氫壓縮機(jī)兩臺，一開一備，為沈陽氣體壓縮機(jī)公司生產(chǎn)的對稱平衡式往復(fù)壓縮機(jī)，型號為2D50－17．4／20－97－BX，匹 配 電 機(jī) 額 定 功 率 為1 400kW，該壓縮機(jī)將公司管網(wǎng)H2經(jīng)兩級壓縮至柴油加氫反應(yīng)所需壓力等級，提供柴油加氫反應(yīng)需要的H2分壓。裝置設(shè)計(jì)滿負(fù)荷操作時(shí)耗H218 500 m3／h，而 實(shí) 際 耗 H2基 本 在 10 000m3／h 左 右。2007年，通過改造將加氫裂化小高分氣引入柴油加氫裝置，實(shí)現(xiàn)H2梯級使用的同時(shí)，將新H2耗量進(jìn)一步降低至4 500m3／h左右，所以剩余的H2量需通過新氫壓縮機(jī)的旁路控制閥返回一級入口分液罐，造成新氫壓縮機(jī)機(jī)械能和電能的浪費(fèi)。

2008年，在新氫壓縮機(jī)K54101B上增設(shè)一套賀爾碧格公司開發(fā)的HydroCOM無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過進(jìn)氣閥延遲關(guān)閉，使多余部分氣體未經(jīng)壓縮便重新返回到進(jìn)氣總管，節(jié)省了壓縮機(jī)外回流所做的無用功，使新氫壓縮機(jī)電流大幅下降。當(dāng)裝置以70%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電流由105A降至50 A，年節(jié)電量近480×104kW。新氫壓縮機(jī)K54101無極變速控制方案如圖4所示。

2．4 柴油泵切屑葉輪

汽提塔塔底柴油泵的型號為ZE100－4400，采取一開一備的運(yùn)行模式，其性能參數(shù)見表1。

運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)柴油泵下游低分油／柴油換熱器E54201壓力偏高，只能將柴油泵出口閥關(guān)得很小，開度在25%左右，出口壓力憋至1．5MPa，運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)泵的噪音大，機(jī)封檢修頻率高，又將泵出口返回線開一半，人為增大了泵出口管道阻力，但電動機(jī)的電流并未減少，能量損失較大。在這種運(yùn)行工況下，柴油泵的穩(wěn)定運(yùn)行存在隱患，管道阻力長期嚴(yán)重偏大，也造成能量的浪費(fèi)。

表1 汽提塔塔底柴油泵的性能參數(shù)Table 1 Performance parameters of diesel pump at the bottom of stripper

2009年，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際運(yùn)行情況，通過計(jì)算，在總花費(fèi)不到2 000元的情況下實(shí)施了泵葉輪的切割。切割后，柴油泵工作電流由170A下降至120 A，年節(jié)電量近28×104kW，在節(jié)約裝置電能消耗的同時(shí)還解決了泵下游換熱器壓力偏高的問題。

2．5 高壓空冷電機(jī)增加變頻

裝置設(shè)計(jì)高壓空冷器8臺，其作用是將經(jīng)高壓換熱器換熱后的反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至50℃左右?？绽淦饔秒姍C(jī)功率是根據(jù)當(dāng)?shù)剌^高環(huán)境溫度選定的，實(shí)際環(huán)境溫度隨季節(jié)和時(shí)間而變化，晝夜溫差經(jīng)常在20℃以上，而空冷器冷卻后溫度只能通過改變頂部蓋板（百葉窗）開啟幅度來調(diào)整冷卻風(fēng)量，溫度調(diào)節(jié)范圍有限。且百葉窗關(guān)小后，風(fēng)機(jī)仍全速運(yùn)轉(zhuǎn)，浪費(fèi)了大量能量。

2007年，在高壓空冷入口側(cè)4臺風(fēng)機(jī)電機(jī)上增設(shè)變頻器，根據(jù)環(huán)境溫度及時(shí)調(diào)整電機(jī)功率，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)供風(fēng)量的目的，從而提高風(fēng)機(jī)效率，節(jié)約裝置的電能消耗?？绽淦髯冾l控制改造示意圖見圖5。

2．6 伴熱蒸汽壓力改為0．35MPa

裝置原采用是1．0MPa的蒸汽進(jìn)行伴熱，長時(shí)間運(yùn)行后，部分管線腐蝕老化嚴(yán)重，滴漏現(xiàn)象頻繁，裝置內(nèi)0．35MPa低壓蒸汽的溫度為150℃，完全能達(dá)到伴熱的效果。2007年，改用0．35MPa低壓蒸汽伴熱，每小時(shí)減少1．0MPa的蒸汽消耗1t。

3 效果分析

通過近幾年所采取的一系列節(jié)能改造措施，柴油加氫裝置能耗呈逐年下降趨勢，由投產(chǎn)初期的18．42kg標(biāo)油／t，降低至目前的11．63kg標(biāo)油／t，下降近37%。特別是2008年，在新氫壓縮機(jī)K54101B上增設(shè)HydroCOM系統(tǒng)后，裝置當(dāng)年平均能耗就比上一年度下降2．35kg標(biāo)油／t，節(jié)能減排效果十分明顯。裝置能耗變化情況如圖6所示。

4 存在的問題及下步節(jié)能措施

通過采取上述節(jié)能改造措施，柴油加氫精制裝置節(jié)能減排取得一定成效。由表2可以看出，2011年裝置能耗在中石化同類裝置中屬中等偏上水平，但與先進(jìn)裝置仍存在不小的差距，下一步可以考慮將冷高分流程改為熱高分流程，用液力透平回收高低分靜壓能，回收汽提塔頂油氣低溫?zé)崃康裙?jié)能措施［4］，進(jìn)一步降低裝置能耗。

表2 2011年中石化同類先進(jìn)柴油加氫精制裝置能耗情況Table 2 Energy consumption of Sinopec similar advanced diesel hydrofining unit in 2011 （kg標(biāo)油·t－1）

5 結(jié) 論

（1）分析了揚(yáng)子石化煉油廠120×104t／a柴油加氫精制裝置的能耗組成，確定燃料氣、電及蒸汽消耗是影響裝置能耗的關(guān)鍵因素。

（2）通過實(shí)施一系列節(jié)能措施，將柴油加氫精制裝置的能耗由開工時(shí)的18．42kg標(biāo)油／t降至11．63kg標(biāo)油／t（2011年），有效降低了裝置的綜合能耗。

［1］孫麗麗．采用節(jié)能技術(shù)，精心設(shè)計(jì)中國節(jié)能型煉油企業(yè)［J］．中外能源，2009，14（6）：64－68．

［2］郭文豪，許金林．煉油廠的能耗評價(jià)指標(biāo)及其對比［J］．煉油技術(shù)與工程，2003，33（11）：55－58．

［3］許小云，胡于中．廣西石化公司煉油廠節(jié)能降耗初探［J］．石油與天然氣化工，2011，40（6）：639－641，645．

［4］李高峰，劉帥．柴油加氫改質(zhì)裝置節(jié)能降耗技術(shù)分析［J］．石油煉制與化工，2010，41（11）：85－88．