吉化煉油廠第一常減壓換熱網絡的節能研究

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絡的節能研究

陳安強（大慶油田化工有限公司醋酸分公司）

應用換熱網絡軟件包,對吉化煉油廠第一常減壓換熱網絡進行了優化節能研究,找出了原有換熱網絡存在的問題,通過換熱網絡的合成、分析，提出了對原有換熱網絡優化改進的方案,這套方案流程結構簡單，便于操作和控制。通過與原換熱網絡的對比和分析，以及換熱器的優化設計和選型，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，直接節省燃料油3460 t/a，年節能效益535×104元。

常減壓裝置 換熱網絡 流程模擬 優化設計 節能研究

換熱網絡是熱能回收與再利用的一個重要分支系統，在化工生產應用與設計過程中，經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設計溫度，在生產裝置中還必須設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過程中產熱燃料、換熱蒸汽、動力用電、循環水等實現生產連續運行的必需能量消耗，其中產熱燃料能耗所占的比重最大，達65%～80%之多。據統計，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，常減壓裝置的節能降耗研究具有非常重要的意義。油四路經換熱后合并為一路，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，去催化裝置熱聯合與油漿換熱，初底油經油漿（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 現有換熱網絡流程

在吉化煉油廠第一常減壓現有的換熱網絡中，原換熱網絡熱流有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）自原油罐區用原油泵送入裝置內，分為四路分別與低溫位熱油換熱。一、二、三、四路分支經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

經過此網絡的物流換熱網絡要求詳見表1，同時根據數學模型求出熱回收量。入口溫度指的是物料進換熱網絡的即時溫度，目標溫度指的是產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 重新合成的換熱網絡結構

用換熱網絡軟件包計算最大回收熱量統計結果得知，該廠原有換熱網絡結構具有非常理想的節能空間，標志性物料初底油換熱后最高溫度可以達到289℃以上，這為原有換熱網絡結構奠定了堅實的理論基礎。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計方案。為最大限度減少設備投資費用，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備。

在設計方案的研究與制定過程中遵循以下原則：

◇在滿足生產工藝要求的條件下盡可能多地回收、捕捉、利用熱能；

◇在最少設備投資的條件下，竭力保留并利用原有的換熱設備；

◇在安全生產調控中，盡力簡化換熱網絡流程結構，以便生產時期的檢修維護、操作調整、參數校正、安全管理等[2]。

該廠原生產中換熱網絡需要改進的弊端有：

◇冷物流與熱物流的換熱匹配不夠理想；

◇換熱流程繁冗，結構復雜；

◇部分換熱設備實際生產中利用不充分。

本方案應用換熱網絡優化節能技術，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，揭示了原有換熱網絡潛在的能量浪費問題，提供了該換熱網絡節能改造的最佳設計，實現了該換熱網絡節能降耗、降本增效的研究目標。新的換熱網絡設計圖如圖2。

重新合成的換熱網絡結構主要有如下優點:

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

3）保持了原有網絡的3段換熱模式，最大限度地保留了原有換熱設備，使改造中設備投資降到最低。

4）簡化了網絡結構，為設備及儀表安裝、檢修維護、操作調整、安全管理等帶來方便。

4 節能效益分析

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。改進后的換熱網絡，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；年生產時間為8000 h，則每年節省燃料油3460 t。

燃料油的單價為1545元/t，每年節能效益535×104元。

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

5 結論

1）加熱爐是常減壓裝置燃料消耗的主要加熱耗能設備，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負荷，最大限度減少燃料耗能；同時還能降低產品換后溫度，削減冷卻負荷，節省冷卻水的使用。由此可見，換熱流程的優化是常減壓裝置改造和節能的核心。

2）在保證產品質量的前提下，將流程模擬與換熱流程優化相結合，對回流取熱分配進行了優化設計，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，優化的最佳換熱網絡可大大提高換熱網絡的熱回收量，獲得巨大的經濟效益。

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

[2]呂艷卓,魏關鋒,王瑤,等.常減壓蒸餾裝置換熱網絡的節能優化[J].石油化工設計,2003,20(3):12-15.

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

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.002

陳安強，2007年畢業于吉林化工學院，從事化工生產與節能開發方面工作，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)