科技進步 優化運行 科學管理降低裝置綜合能耗

中國石化上海石油化工股份有限公司 周玲娟

1 前言

近年來，隨著我國經濟的快速發展，我國對能源的需求呈現快速增大趨勢，如何節約能源和合理利用能源對我國經濟的可持續發展至關重要。就行業而言，乙烯行業是石化企業能耗大戶，一個百萬噸級乙烯裝置的能耗基本等同于一個千萬噸級規模的煉油企業，尤其是在目前高油價背景下，節能降耗已日益成為國內企業降低生產成本，提高市場競爭力的重要手段，同時也鞭策著企業由粗放型管理方式向集約型方向發展。

上海石化2#乙烯裝置于1989年12月建成投產，設計乙烯生產能力為300kt/a，1997年進行擴能改造至400kt/a，2002年進行第二輪擴能改造，并于2002年4月投產，總乙烯設計能力為700kt/a，2005年2#乙烯綜合能耗為683.7kg標油/t乙烯，1#乙烯和2#乙烯合計綜合能耗為710.6kg標油/t乙烯。

上海石化是中國石化的控股公司，為了確保“十一五”節能目標的順利完成,中石化下達了乙烯綜合能耗660kg標油/t乙烯的技術經濟指標，兩套乙烯裝置的節能改造也因此拉開了序幕。本文對2#乙烯裝置的節能改造進行介紹。

2 依靠科技進步，降低裝置能耗

2.1 應用先進的裂解爐技術

上海石化2＃乙烯裝置經兩輪改造后乙烯生產能力為70萬t/a。第二輪擴能改造是并聯一套30萬t乙烯生產線（稱為新區），裂解爐技術較先進，設計熱效率達93.5%。本次改造是對老區7臺SRT-III型裂解爐進行節能改造，主要措施是在裂解爐對流段增設蒸汽過熱模塊，從而停用原有的蒸汽過熱爐，降低裝置能耗，提高裝置安全運行系數。

2007年對上述老區7臺SRT-III型裂解爐進行節能改造，其中3臺裂解爐在節能節能改造同時還進行了擴能改造，由SRT-III型改造為GK-VI型爐，能力由4.5萬t擴至6.2萬t；一臺改造輻射段和對流段，能力不變；3臺只改造對流段，能力不變，保留原來的輻射段和廢熱鍋爐。裂解爐改造前后運行數據對比見表1。

表1 擴容裂解爐熱效率設計數據與實際數據比較

從表1的數據可以看出，裂解爐進行節能改造后，平均爐子熱效率提高1.8%左右，節能效果非常明顯。

2.2 應用空氣預熱器技術

乙烯裝置是耗能大戶，從裂解到分離，熱端物料最高溫度達1100℃左右，冷端物料最低溫度為-167℃左右。裝置內部建有4個等級的蒸汽管網，蒸汽基本能實現梯級利用，但蒸汽凝液的余熱除部分被回收利用外，大部分余熱由循環冷卻水帶走，既浪費了能量又增加了動力消耗。

改造分兩次進行，新區4臺裂解爐于2007年進行，老區9臺裂解爐于2009年進行。裂解爐采用北京航天動力研究所提供的專利技術“乙烯裂解爐底部燃燒器空氣預熱系統及方法”，即利用乙烯裝置內過剩的低溫熱，如低壓放空蒸汽、中壓凝液和自身循環的急冷水作為加熱介質[1]，加熱增設在裂解爐底部燒嘴的空氣預熱器，使進入爐膛的空氣獲得溫升，從而降低了裂解爐的燃料消耗。新區空氣預熱器的熱源是中壓蒸汽凝液和低壓蒸汽凝液，老區采用的是急冷水。裂解爐空氣預熱器使用前后的運行數據見表2。

表2 裂解爐空氣預熱器使用前后的運行數據

從表2可以看出，裂解爐增設空氣預熱器后，新區燃料氣用量平均節約618Nm3/h，老區燃料氣用量平均節約401Nm3/h，全年共節約燃料氣8152000Nm3左右。不僅回收了裝置內的低溫余熱，而且也改善了低壓閃蒸罐區域的操作環境。老區裂解爐自安裝空氣預熱器，用86℃急冷水作熱源后，改善了老區急冷水系統的操作，整個裝置也不再因夏季氣溫偏高導致循環水系統出水溫度偏高，不能滿足工藝要求，使裝置不得不降負荷操作的困憂。

2.3 扭曲片管強化傳熱技術[2]

扭曲片管是一種管內帶有扭曲片的精密整鑄管件，爐管內的流體通過扭曲片管時，流體由原來的柱塞流轉成旋轉流，對管內壁形成強烈的橫向沖刷作用，從而減薄邊界層厚度，增大爐管的總傳熱系數，減緩管內壁的結焦速度，延長裂解爐運行周期。

上海石化2007年首先在2#乙烯新區2號裂解爐上安裝了扭曲片管，裂解爐運行周期從40天延長到78天，而且加扭曲片管后裂解爐的投料量增加了7%。由于裂解爐運轉周期的大大延長，減少了裂解爐清焦次數，降低了裂解爐的能耗。在后來的幾年里，更換爐管的裂解爐上都安裝了扭曲片管。

2.4 先進控制技術（APC）

先進控制技術采用科學、先進的控制理論和控制方法，以工藝控制方案分析和數學模型計算為核心，以工廠控制網絡和管理網絡為信息載體，充分發揮DCS和常規控制系統的潛力，保證生產裝置始終運轉在最佳狀態，以獲取最大的經濟效益。

2#乙烯裝置先進控制技術于2007年6月開始啟動，應用的范圍包括：14臺裂解爐（含新區的4臺SL-II型裂解爐、老區的5臺GK-VI型裂解爐、4臺SRT-Ⅲ型裂解爐以及1臺GK-V型爐），老區的乙烯精餾塔和丙烯精餾塔、新區的丙烯精餾塔。APC實施前后的數據是[3]：裂解爐各組爐管出口溫度偏差由原來的±3℃～4℃下降到±1℃，裂解爐總進料量波動范圍由原來的±1%下降到0.25%；乙烯精餾塔塔釜出料乙烯濃度月平均從原來的3.59%下降到0.57%；丙烯精餾塔塔釜出料丙烯濃度月平均從原來的11.86%下降到1.54%。乙烯裝置先進控制的應用，年可增產乙丙烯15000t左右。

3 優化運行，降低裝置能耗

自2007年開始2#乙烯裝置開展了一系列的節能技術改造，達到了預期的目的，但與同行業兄弟單位比，乙烯綜合能耗水平遠遠落后于他們。為此，我們先后到燕山、茂名等企業開展乙烯裝置節能降耗等調研，在物耗、能耗等方面學習他們的先進經驗，結合自身實際情況，采取了一系列節能降耗優化措施。

3.1 優化蒸汽系統平衡，減少蒸汽放空

乙烯裝置內部有4個等級的蒸汽管網，分別為11.5MPa、42.0MPa 、1.6MPa和0.35MPa，主要為裝置自產蒸汽，各等級蒸汽基本實現梯級利用，根據設計0.35MPa蒸汽夏季是富余的，富余的蒸汽向界外輸送。由于公司沒有0.35MPa等級蒸汽管網，除少部分蒸汽送罐區作伴熱外，夏季剩余的蒸汽基本放空，約10t/h。2008年，裝置開展優化蒸汽系統運行，通過修改蒸汽透平泵和電泵之間的聯鎖關系，實現互為備泵的作用，即根據季節調整蒸汽透平泵開啟臺數（原設計蒸汽透平泵用42.0MPa蒸汽作動力，抽出0.35MPa蒸汽，電泵均為備用），把多余的42.0MPa蒸汽直接送入公司中壓蒸汽管網，從而徹底消滅了放空蒸汽。

3.2 優化工藝操作參數，降低裝置蒸汽消耗

2#乙烯裝置有2條乙烯生產線，老區淬冷器防焦蒸汽用1.6MPa（MS），而新區是用0.62MPa的稀釋蒸汽（DS），DS是急冷油與工藝水換熱產生的。一方面由于DS壓力較低，淬冷器容易結焦，另一方面為了達到0.62MPa壓力，不得不補入1.6MPa蒸汽來維持。為了改變這種不合理的用能方式，裝置經研究決定新區也改用1.6MPa蒸汽作共用淬冷器防焦蒸汽，并大膽的提出DS系統壓力由原來的0.62MPa降至0.50MPa，嚴格控制急冷油塔塔釜溫度。采取以上措施后，減少MS蒸汽投用量14t/h。

4 加強科學管理，在滿足合理消費的前提下，提高能源利用率

4.1 減少火炬排放，降低物料損失

火炬系統屬安全環保設施，目的是為了及時處理裝置非正常狀態時，系統內排放的大量的氣、液相烴類（通過火炬進行焚燒）。本世紀初，隨著能源價格的不斷攀升，能源管理也逐步重視，許多石化企業增設了火炬氣回收系統（或增設氣柜回收火炬氣，或增設火炬氣在線回收壓縮機），近幾年又提出了消滅火炬的設想，消滅火炬的前提是火炬自動點火系統的絕對安全和裝置的源頭排放控制。源頭排放控制是節能減排最有效措施，從2009年起火炬氣排放管理納入日常監控重點項目。要求每班值班長記錄火炬系統排放量，安排周一和周四對火炬氣進行采樣分析，發現異常變化，立即對系統進行排查。公司開展火炬氣管理勞動競賽，要求火炬氣破水封次數和破水封累計時間同比下降10%。通過上述措施，裝置向火炬系統排放量逐年下降，今年又提出了在2010年基礎上減排10%的目標。

4.2 引進管理新機制，降低能源消耗

疏水器管理是公司的一大難點，主要體現在疏水器使用周期短、壞損率高、點多面廣、更換頻率高，能源浪費大。針對上述現象，2009年七月份烯烴部（2#乙烯裝置屬于烯烴部）推行疏水器區域承包管理模式，各裝置對工藝及伴熱疏水器進行了全面統計，并建立了疏水器臺帳。由承包商每三個月對承包區域內疏水器進行一次全面檢測，并將檢測報告提供給裝置，由裝置對口人員對檢測報告進行核實。今年公司設動部統一安排，從2011年一季度起實施疏水器第三方檢測監督，這一管理新機制的實施，將大大降低裝置蒸汽消耗。

4.3 優化裂解原料，提高產品收率

持續推進節能減排工作，最大限度減少資源消耗，堅持“宜烯則烯、宜芳則芳、宜油則油”原則，優化乙烯原料結構。2009年9月上海石化60萬t/a對二甲苯裝置建成投產，它的副產品干氣碳二碳三含量高達50%左右，是優質的裂解原料，由于干氣系統壓力低，通常是用作燃料燒掉，優質資源沒有得到綜合利用。這次在芳烴裝置設計過程中，增設了干氣回收壓縮機，使7t/h左右的干氣送到乙烯裝置作裂解原料，提高了乙烯產品收率。1600萬t/a煉油改造工程將于2012年建成投產，為了回收催化干氣中的C2+組分，在項目設計中也增設了煉廠干氣回收乙烯成套技術，使資源得到充分的利用，提高產品的附加值。

5 結論

在“十一五”期間，上海石化2#乙烯裝置依靠技術前步、優化運行工藝、加強科學管理，節能效果十分明顯，綜合能耗由2005年683.7kg標油/t乙烯下降到2010年的620.6kg標油/t乙烯，兩套乙烯合計綜合能耗為641.5kg標油/t乙烯，順利完成了“十一五”節能考核目標。

[1] 仲懷東 趙軍 空預器技術在SL-II裂解爐上的應用 乙烯工業（增刊） 2008

[2] 王國清等 裂解爐管扭曲片管強化傳熱技術的推廣應用 乙烯工業（增刊） 2008

[3] 唐仁花 先進控制技術在上海石化2#乙烯裝置上的應用 石油化工技術與經濟2010