常減壓裝置節能減排措施探討

費 翔

(海工英派爾工程有限公司，青島266101)

隨著我國經濟的快速發展，環保問題日益突出，節能減排呼聲日趨高漲。煉化企業作為耗能大戶，在節能減排、環境保護方面需要承擔更多責任。常減壓蒸餾裝置作為煉廠的龍頭裝置，其能耗約占全廠總能耗的20%～30%，因此降低常減壓裝置的能耗具有重要意義。常減壓裝置能耗主要集中在燃料、電能和蒸汽消耗方面，占裝置能耗的90%以上，目前國內常減壓裝置的節能主要圍繞這三方面開展。

1 降低燃料消耗措施

1.1 提高原油換熱終溫

常減壓裝置燃料消耗占裝置總能耗比例大約是75%(不考慮熱輸出及低溫熱)，提高換熱終溫是降低加熱爐負荷、減少燃料消耗最直接的方法。調查數據顯示，目前中國石油化工集團下屬煉廠的常減壓裝置，原油換熱終溫一般都在270～300 ℃，進常壓塔之前原油溫度過低，需要用加熱爐加熱。

原油換熱終溫每提高5 K可降低燃料消耗0.3 kg/t(按標準油計)，相應的燃料消耗量及溫室氣體排放量的減少非常可觀。提高換熱終溫的措施有以下幾項。

(1)優化操作，最大限度回收熱量

原油經加熱爐加熱后進入分餾塔，目標產品經氣化后進入分餾段，通過中段取熱后將產品冷凝抽出，因此中段取熱的設計及取熱比例的分配，是提高換熱終溫的基礎。在給定工況條件下，分餾塔的取熱量一定時，若中段回流設置在側線抽出段上部，則取熱溫位較低；若中段回流設置在側線抽出段下部，則取熱溫位較高。在設計及實際操作中，在滿足產品質量前提下，應盡量減少塔頂冷回流量，提高中段回流取熱量，并且盡量在高溫位取熱，為熱量回收創造條件。

(2)優化換熱網絡

由于常減壓裝置冷熱物流數較多，導致常減壓裝置的換熱網絡設計非常復雜。然而這項復雜的工作，對常減壓裝置的節能卻有著重要意義。目前常減壓裝置換熱網絡的設計一般是在采用夾點設計法得到最大能量回收換熱網絡基礎上，經過調優，得到換熱設備面積較小的系統結構，從而得到最優或接近最優的設計方案。以夾點為界，將裝置換熱網絡分成兩部分，分別對兩部分的熱源和換熱設備進行整合，最后合并為一個完整的網絡。換熱網絡設計過程中主要遵循3個原則：①不通過夾點傳遞熱量；②夾點以上吸熱部分不使用冷公用工程；③夾點以下放熱部分不使用熱公用工程。合成網絡時，可將同溫位多余熱量用于發生不同壓力等級的蒸汽，盡量使網絡中冷熱綜合曲線平行，溫差分配均衡，從而在合理回收能量的前提下，減少設備投資。

(3)采用高效換熱器

目前國內煉化企業中，管殼式換熱器的使用比例在換熱設備中達到98%以上，而隨著節能減排要求的提高，新型板式換熱器在某些裝置上的應用中優勢明顯。與管殼式換熱器相比，在熱流溫度一定的情況下，板式換熱器能回收更多熱能。由于流體在板式換熱器換熱板組內呈錯流和逆流換熱，冷介質能夠被加熱到非常接近熱介質的進口溫度(稱為溫度端差)，這對于熱回收而言非常重要。在單臺板式換熱器中，液液工況下可以實現3 K的溫度端差，而兩相工況下溫度端差最小可達5 K，因而可以使原油達到更高的換熱終溫。美國一家煉廠在換熱網絡改造過程中，在原油換熱網絡中設置板式換熱器，通過對比分析，原油進爐溫度比調整前使用管殼式換熱器提高37.8 K，節能效果非常明顯[1]。

(4)應用超聲波除垢、防垢技術

超聲波脈沖換能器發出的超聲波——脈沖振蕩波，在換熱器傳熱面的金屬管和板壁傳播時，可使在金屬和液體交界面上的液體產生高速微渦，防止換熱介質在換熱器傳熱面上結垢、結晶。對換熱網絡實施超聲波防、除垢技術，可以降低結構熱阻，提高換熱網絡整體傳熱效率，同時可使優化后的換熱終溫保持在開工初期換熱器清潔狀態下的水平。

西部某5 Mt/a常減壓蒸餾裝置于2011年進行了換熱網絡優化，通過增加部分換熱器的換熱面積，并在結垢嚴重的換熱設備上安裝了超聲波防、除垢設施。改造后換熱終溫由280 ℃提高到292 ℃，加熱爐負荷降低9.9%，裝置燃料消耗降低0.7 kg/t(按標準油計)。

東北某3.5 Mt/a常減壓蒸餾裝置，于2013年進行了換熱網絡優化，通過增加部分換熱器的換熱面積，增設超聲波防、除垢設施，改造后換熱終溫由285 ℃提高到297 ℃，加熱爐負荷降低9.57%，裝置燃料消耗降低0.92 kg/t(按標準油計)。

1.2 提高加熱爐效率

提高加熱爐效率是常減壓蒸餾裝置節能的一個重要部分，據國家統計局公布的最新數據顯示，2013年全國原油加工量達到479 Mt左右，如果常減壓裝置加熱爐效率提高1%，則每年可節省燃料(標準油)約48 kt，節省燃料費用約15 600萬元，還可減少排煙對大氣的污染。

對于加工含硫原油的大型蒸餾裝置，加熱爐的熱效率應大于92%。

目前提高加熱爐熱效率，主要通過以下途徑實現：①應用高效率空氣預熱器優化余熱回收系統；②采用高效節能燃燒器，提高燃燒效率，以降低燃料的不完全燃燒量；③采用先進的保溫材料，加強爐體保溫，控制爐膛外壁溫度以降低散熱損失；④設置爐膛氧含量自動控制儀，限制過剩空氣以降低熱量損失；⑤完善爐管吹灰設計，同時規范操作，確保爐管良好的換熱性能。

2 減少蒸汽消耗

常減壓裝置中蒸汽的消耗占裝置總能耗的比例大約為10%，蒸汽主要消耗在減壓塔頂抽真空及分餾塔底汽提方面，因此減少蒸汽消耗主要從這兩方面入手。

2.1 抽真空系統優化設計

(1)采用液體抽空器代替蒸汽抽空器

新型液體噴射技術的核心噴射器用可備選的各種液體作動力介質，能穩定地提供系統真空，可大幅度節省操作費用，而且幾乎沒有酸性水排放。中國石油青海油田格爾木煉油廠常減壓裝置的減頂抽空系統采用二級液體抽空技術，用裝置內生產的常二線油或常三線油作為動力介質。根據裝置的不同生產方案，分兩種工況設計液體抽空系統，塔頂殘壓(絕對壓力)可分別達到2 kPa和5.3 kPa。裝置于2009年10月一次性開車成功，減壓塔塔頂液體抽真空系統至今運行平穩，滿足了塔頂真空度要求。兩種抽真空形式能耗對比見表1。

表1 蒸汽抽真空與液體抽真空能耗對比

通過對比，在達到相同減壓塔真空度前提下，采用蒸汽噴射抽真空系統時，蒸汽消耗量為3.85 t/h。而采用液體噴射器系統時，兩級循環泵的電力消耗總和為671 kWh，能耗降低42%左右。如果將冷卻系統的能耗考慮在內，總能耗降低47%左右[2]。

(2)采用蒸汽抽真空與機械抽真空組合方式

組合抽真空方式是指減壓塔塔頂增壓器和一級抽空器采用蒸汽噴射器，二級抽真空采用機械抽真空。統計數據表明，與蒸汽抽真空相比，二級抽真空采用機械抽真空可降低裝置能耗約20 MJ/t。

2.2 減少分餾塔汽提蒸汽消耗

分餾塔塔底汽提蒸汽一般都在塔頂冷凝，其能級很低，難以回收，增加了裝置能耗。因此對于常減壓裝置操作，應根據不同原油及產品方案進行優化，如常壓側線需混合進入下游裝置進行，精制時常二線、常三線不進行汽提，減壓塔采用“干式”操作等等，均可有效減少蒸汽消耗，降低能耗。

2.3 減少霧化蒸汽消耗

設計使用燃料油的加熱爐，需設計霧化蒸汽，霧化蒸汽的作用是在混合室與燃料油混合，使得從油槍噴出的燃料油呈霧化狀態，在燃燒室中均勻分布，提高燃燒效果。目前加熱爐霧化蒸汽與燃料油的比例一般是0.3∶1。對于燒燃料油的加熱爐，可以選擇霧化性能好的燃燒器，霧化蒸汽與燃料油的比例可降為0.2∶1。據報道，目前國內燃燒器霧化蒸汽與燃料油的比例一般可做到0.15∶1，最低可做到0.1∶1。

3 減少電耗

由于部分機泵選型存在流量、揚程偏大現象，常減壓裝置電耗約占裝置總能耗的13%。常減壓裝置的節電主要從以下4個方面考慮：①對于中段回流等負荷變化較大機泵，選用變頻電機；②選用高效電機，提高效率；③采用高效電脫鹽技術，降低電脫鹽電耗；④換熱器選型過程中控制壓降，降低動能損耗。

4 裝置熱聯合

隨著產品質量要求越來越嚴格，常減壓裝置現在主要為下游裝置提供原料。加工含硫、含酸原油的常減壓裝置側線全部為中間產品，需送下游裝置作進一步加工。采用多裝置間熱聯合技術，不但可以減少蒸餾裝置的冷卻負荷，還可減少下游裝置的加熱負荷，是裝置節能的有效途徑。如常減壓裝置和催化裂化裝置熱聯合時，減少常減壓裝置向催化裂化供料的冷卻，直接熱出料至催化裂化裝置，而從催化裂化裝置輸入一些高溫位熱源(如催化油漿)來提高常減壓裝置原油的換熱終溫；常減壓裝置和焦化裝置熱聯合時，向焦化裝置熱輸出減壓渣油等。雖然催化裂化和焦化裝置本身也有一些待利用熱源，但向它們輸出熱油既可以替換出高溫位熱源用作他用，可以減少換熱時的熱損失，對各裝置都有利。

5 超聲波-電脫鹽破乳

常規破乳劑破乳的缺點主要是破乳劑注入電脫鹽系統后，隨電脫鹽排水排出，對環境造成直接危害，且污水處理難度大。超聲波是一種在媒質中傳播的彈性機械波，具有機械振動、空化及熱作用。理論推導與可視化實驗證明超聲波的聲強必須在空化閾之下。對超聲波原油破乳的機理分析和研究表明，“位移效應”是超聲波原油破乳的主要機理。超聲波能量輻射到乳化原油中，對有水乳化結構產生凝聚、破乳、振動等作用。由于“位移效應”的存在，水珠不斷向波腹或波節移動，聚集并發生碰撞，形成較大的水滴，然后沉降，從而達到脫鹽脫水效果。由于超聲波破乳不需要注入破乳劑，電脫鹽排水中有害化學成分大大減少，電脫鹽排水的含油率也大大降低，減少了污水處理的費用[3]。

6 結語

常減壓裝置能耗主要集中在燃料、電和蒸汽消耗方面，通過采取一系列措施，可在一定程度上降低了裝置能耗。常減壓裝置的節能減排不僅與操作方式有關，還與裝置設計密切相關。因此，在常減壓裝置的設計和操作過程中，應重視工藝能量的回收和利用，在不影響產品質量前提下，盡量回收熱量，降低能耗。

[1] 江鎮海.高效板式換熱器在煉油廠的應用[J].化工裝備技術，2010,31(3)：15-16,19.

[2] 韓冰，李洪洋，王雪蓮.兩級液體噴射器及其應用[J].煉油技術與工程，2010,40(5):39-41.

[3] 達建文，茍社全.超聲波強化原油破乳電脫鹽技術的工業實踐[J].煉油技術與工程，2006,36(8):13-14.