改造塔頂氣回收和抽真空系統實現節能增效的研究

李佳琳(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

改造塔頂氣回收和抽真空系統實現節能增效的研究

李佳琳(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

減壓塔的抽真空系統多采用蒸汽噴射法，但是具有消耗大量的蒸汽和冷卻水、能源利用效率低等缺點。對勝利石化總廠的抽真空系統進行改造，更換為高效環保的水環式真空泵。通過增加螺桿壓縮機回收塔頂氣，每年可回收液化氣2000t以上，增加收入1000余萬元，具有較好的經濟效益和社會效益。

減壓塔；抽真空；蒸汽噴射法；水環式真空泵

減壓塔的抽真空系統，目前普遍采用低效率的蒸汽噴射法抽真空系統。這種方法雖然具有設備簡單，便于操作，蒸汽來源方便等優點，但是也具有蒸汽消耗較多，需要消耗大量冷卻水，C3和C4組分不能回收利用，能源利用效率較低，生產成本較高，噪音較大的缺點。

隨著建設可持續發展社會的進程不斷加快，節約利用資源的要求也越來越迫切，如何充分利用資源、降低生產過程的能源消耗就成了一個緊要的問題。因此，有必要對抽真空系統進行改造，以充分利用資源，降低能耗，增加產品收入，實現經濟社會的可持續發展。

1 改造背景

1.1 生產現狀

勝利油田石化總廠的常減壓裝置自建成投產以來，歷經多次改造。目前的處理量為200×104t/a，常減壓裝置加工原油為純梁－勝利混合原油。

目前，石化總廠的減壓塔抽真空系統采用三級蒸汽噴射器，減頂油氣先經過減頂一級抽真空器進入一級抽空濕空冷冷凝冷卻到33℃，未凝油氣及水蒸汽由二級抽空器抽出，經二級抽空濕空冷冷凝冷卻到45℃，未凝油氣及水蒸汽再由三級抽空器抽出，經三級抽空濕空冷冷凝冷卻到50℃。不凝氣體引到F-01作為燃料氣。自一、二、三級抽空濕空冷冷凝下來的油和水自流入減壓塔頂分水罐。油、水分離后，減頂油經減頂油泵送出裝置，減頂含油污水送出裝置處理。

減壓塔的塔頂壓力約為4kPa(a)，減壓塔頂溫度為70℃，減頂回流溫度為50℃。一、二、三級抽真空裝置的蒸汽消耗量分別為676、561和513kg/h，抽真空裝置共消耗蒸汽約1.7t/h，消耗能源較多，生產成本較高。

實際生產中，常壓塔頂氣、減壓塔頂氣和重整穩定塔頂、汽提塔頂氣分別進入以下不同的流程。

常頂油氣經常頂空冷器冷凝冷卻到60℃后進入常頂回流罐，常壓塔頂回流由此經過常頂回流泵打回常壓塔頂。未能冷凝部分由常頂回流罐頂部進入常頂后冷器，繼續冷凝冷卻到40℃后進入常頂產品罐，再由常頂產品泵將常頂油送出裝置。不凝氣從常頂產品罐頂部進入常壓瓦斯分液罐，在這里進一步分液后，去常壓爐作為燃料氣。減壓塔頂的不凝氣進入減頂瓦斯分液罐，經過分液后去常壓爐作為燃料氣。

重整的汽提塔頂氣從汽提塔回流罐分出，作為燃料氣進入干氣脫硫部分，壓力為0.75MPa(g)，質量流率約為599kg/h。干氣經過凈化后作為凈化干氣進入燃料氣管網。重整穩定塔頂氣經過穩定塔回流罐后，直接作為燃料氣進入燃料氣系統，穩定塔回流罐控制壓力0.75MPa(g)，質量流率約180kg/h。

1.2 存在問題

減壓塔抽真空系統采用三級蒸汽噴射器。抽真空系統目前存在的主要問題有：

蒸汽消耗量大，三級抽真空系統共需要蒸汽1.7t/h；需要大量冷卻水；能源利用率低；性能易受流量波動影響。

通過對四股不同的頂氣組成進行分析，頂氣中均含有較多的C3和C4組分，按照目前的工藝流程只能作為燃料氣白白燒掉，不能加以利用，阻礙進一步提高加工過程的附加值。

由于壓力過低，常頂氣和減頂氣無法按照現有工藝流程直接進入吸收穩定裝置，需要通過增壓后才能進入吸收穩定裝置進一步處理。

目前，常壓塔頂氣和減壓塔頂氣都是直接進低壓瓦斯系統，去常壓爐作為燃料。重整穩定塔頂氣去燃料氣系統，重整的汽提塔頂氣去干氣脫硫裝置。這就造成了較多的C3和C4組分不能得到回收和利用，造成資源浪費。

考慮到減壓塔頂抽真空系統和塔頂氣回收系統存在的種種問題，為提高能源利用的效率，同時最大限度地降低油氣損耗，增加產品收入，必須對抽真空和塔頂氣回收系統進行改造。

2 改造工藝

根據減壓塔抽真空系統目前的生產現狀及存在問題，提出了以下改造方案。

2.1 工藝過程

在減壓塔抽真空系統設置1臺水環式真空泵，對應已建的三級蒸汽抽空器，同時保留已建蒸汽抽空器作為備用。原有的一級、二級蒸汽抽空器與新建的水環式真空泵構成復合抽真空系統。操作時，使用水環式真空泵替代對應的三級蒸汽抽空器，同時將已建蒸汽抽空器作為備用。

在塔頂氣回收系統新建1臺螺桿式壓縮機及配套的緩沖罐。常頂氣和減頂氣集中到新建的瓦斯氣緩沖罐，對其進行混合和分液。在緩沖罐底部設置2臺機泵，將分出的液體送去污水處理系統。瓦斯氣通過壓縮機增壓到0.2MPa(g)后，與調壓后的重整穩定塔頂氣和汽提塔頂氣一同進入重催氣壓機入口分液罐，進吸收穩定回收其中的液化氣組分。螺桿式壓縮機采用變頻控制，以適應不同操作氣量。同時保留原塔頂氣流程，在新建壓縮機發生故障時切換到原流程。當吸收穩定裝置發生故障時，加壓后的瓦斯氣至加熱爐作為燃料。

該方案流程較為成熟可靠，因此很多煉廠的抽真空系統改造都采用該流程。工藝較為順暢、靈活，緊湊，可根據實際情況調節，且具有生產管理方便等特點。缺點是只能替代第三級蒸汽抽空器，節約的蒸汽量較為有限。

2.2 主要設備

(1)水環式真空泵。水環式真空泵為成套設備，包括1臺真空泵、1臺電機、1個公用底座、1臺臥式氣液分離罐、1臺密封水冷卻器、1套系統內的管路閥門及相關儀器儀表等。

①操作條件

減壓塔頂抽真空流量 690kg/h

減壓塔頂壓力 4kPa(a)

排氣壓力 110kPa(a)

冷卻水溫度 32/41℃

安裝運行環境 室外

②真空泵性能技術參數

吸氣壓力 20kPa(a)

吸氣溫度 40℃

吸氣流量 1700m3/h

排氣壓力 110kPa(a)

排氣溫度 約52℃

工作液 水

工作液循環流量 約5.86m3/h，37℃

冷卻水 循環水，32℃

冷卻水流量 約10m3/h

③主要的控制點及自控水平

分離器液位：分離器內水側和油側液位分別現場顯示。分離器水側液位變送器送4-20mA信號到DCS實現顯示、報警或聯鎖停車(高、低液位報警，高高或低低液位聯鎖停車)，低液位時補液電磁閥自動打開補液。分離器內油側液位變送器送4-20mA信號到DCS實現顯示并控制排液調節閥開度。

進口壓力：進口壓力現場顯示，并由壓力變送器送至DCS顯示或高、低報警。

出口壓力：出口壓力現場顯示，并由壓力變送器送至DCS顯示或高壓報警。

出口溫度：出口溫度現場顯示。

抽氣量：抽氣量通過旁路控制，循環流量通過氣動調節閥和入口壓力變送器實現自動控制。

機組控制由用戶DCS完成。

(2)壓縮機組。螺桿式壓縮機為成套設備，每套設備包括1臺壓縮機、1臺電機、1個公用底座、1套潤滑油系統、1套噴液冷卻系統、1臺氣液分離器、1臺氣液冷卻器、1套系統內的管路閥門及相關儀器儀表等。

①由于氣量較小且出口壓力不太高，因此選用可靠性較高的螺桿式壓縮機。螺桿式壓縮機具有以下特點。

a.可靠性高。螺桿壓縮機零部件少，沒有易損件，運轉可靠，壽命長，大修間隔達4～8萬小時；b.高壓比。由于無油螺桿易損件在壓縮過程中通過噴液來控制溫度并且密封轉子間隙，因而能夠達到較高的壓比；c.操作維護方便；d.可實現無人值守運轉；e.動力平衡性好；f.適應性強；g.螺桿壓縮機沒有不平衡性力，機器可平穩地高速工作，可實現無基礎運轉，體積小，重量輕，振動小，占地面積小。h.螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點，在寬廣的范圍內能保證較高的效率。

②螺桿壓縮機主要的操作條件

進氣溫度 40 ℃

進氣流量 常頂氣585 kg/h ；減頂氣70 kg/h

吸氣壓力 0.01MPa(g)

排氣壓力 0.2MPa(g)

冷卻水溫度 32/40℃

安裝運行環境 室外

③設備參數

吸氣量(入口狀態) 10m3/min

吸入壓力/吸入溫度 0.01MPa(g)/常溫

排氣壓力/排氣溫度 0.2MPa(g)/≤85 ℃

④主要的控制點及自控水平

對壓縮機的進氣、排氣、供油壓力分別顯示，對潤滑油過濾器壓差、噴液過濾器壓差、入口過濾器壓差、油泵出口壓力等分別設置顯示和報警，并對壓縮機排氣壓力和潤滑油供油壓力設置聯鎖停車。

對壓縮機的進氣、排氣、潤滑油供油和油箱、噴液溫度進行顯示和報警，并對壓縮機排氣溫度設置聯鎖停車。

對潤滑油油箱液位和氣液分離器液位進行顯示，并設置報警值。

(3)緩沖罐。進入緩沖罐的氣量為常頂氣585kg/h，減頂氣70kg/h。該罐起到混合常頂氣和減頂氣的作用，同時兼具分液作用。選用Φ1000×3431，有效容積為2.5m3，設計壓力0.6MPa(g)的緩沖罐1座。底部分出的液體通過新建的2臺離心泵送至污水處理系統，同時設置罐內液位與泵的聯鎖啟停。

3 實施效果

通過安裝水環式真空泵和螺桿式壓縮機，可以回收塔頂氣中的C3和C4組分，每年增產液化氣2000～2500t，每年增加收入1000余萬元。

項目改造后，減少了蒸汽消耗量約4300t/a，但同時增加電和循環水的消耗，兩項相抵，每年約增加燃料動力費用9.4萬元。

通過改造，不僅實現了資源利用的最大化，而且可以降低現有抽真空系統的巨大噪音，改善工人的工作環境。因此，通過對塔頂氣回收和抽真空系統的改造，有利于實現經濟和社會的可持續發展。

李佳琳(1987- )，女，山東金鄉人，助理工程師，大學本科，主要從事煉油化工、油氣儲運工藝設計工作。