結合系統優化的含硫污水汽提塔節能改造

李春梅，張高博，任正時

（1.上海利柏特工程技術有限公司珠海分公司，廣東珠海519000；2.上?；鄣霉澞芗夹g有限公司，上海200000；3.廣東省珠海市質量計量監督檢測所，廣東珠海519000）

面臨原油劣質化和油品質量升級以及外排污水中NH3-N含量苛刻要求等客觀形勢，需對含硫污水汽提塔的處理能力提出更高要求，而運行負荷的提高又使分離效率下降，蒸汽單耗增加。

某1 000×104t/a規模的煉化廠有3套污水汽提裝置，東區污水汽提塔采用加壓側線抽氨工藝，曾因負荷不足而進行過1次塔盤改造，繼續改造潛力不大。南區有2套污水汽提裝置，分別采用加氫側線抽氨工藝和常壓無側線工藝。目前存在的問題是東區污水汽提裝置的能耗比其它2套高25%。

通常的改造方法是更換污水汽提塔，文中結合系統優化技術提出了針對東區含硫污水汽提裝置進行擴能改造的組合方案，投資較小。

1 基礎數據

東區設有的污水汽提塔(T502/2)，污水來自1#催化、焦化和柴油加氫精制裝置。污水流量58 t/h，其中1#催化裝置為30 t/h、焦化裝置為14 t/h和柴油加氫裝置為14 t/h。耗汽量18 t/h，污水平均耗蒸汽310 kg/t。T502/2的物料平衡參數、設備及其操作參數見表1、2。

表1 T502/2物料平衡和操作參數

表2 T502/2的設備和操作參數

2 問題分析

污水汽提塔的蒸汽單耗一般為120 kg/t［1～4］，T502/2目前為310 kg/t，明顯偏大，說明該塔的分離效率偏低，初步分析可能是塔盤的能力受限或者塔板數不足。

東區污水汽提塔建造較早，原設計塔板數較少，為36層，后更換為CTST塔盤，處理能力得到提高，但與原有的浮閥塔板相比，分離效率變低，導致蒸汽單耗較同類裝置偏高。下面就設備核算、操作狀況和塔內結垢3個方面展開分析。

2.1 設備核算結果分析

T502/2的塔盤效率模擬分析核算結果和模擬計算值與實際值對比見表3。

表3 T502/2模擬計算值與實際值對比

從表3可以看出，目前的塔板效率僅為0.29，而塔板效率通常為0.35，說明塔板效率偏低。該塔塔底凈化水中NH3含量為160 mg/L，也顯著高于計算值46 mg/L。

2.2 操作狀況分析

東區污水汽提的蒸汽單耗為310 kg/t，南區同類加氫污水汽提裝置的平均單耗為250 kg/t。同時觀察側線抽出量，側線抽出比15%，同類裝置一般為10%。按照58 t/h的原料水量計算，多用蒸汽2.9 t/h，折合單耗升高50 kg/t。

2.3 塔內結垢情況分析

按目前的操作條件對塔板進行水力學核算，蒸汽用量18 t/h時，空塔氣速達到0.82 m/s，而同類塔為0.5 m/s。另一方面，該塔原料水中含有焦化裝置的含硫污水，其中含有焦粉，易造成塔板堵塞，也會導致塔板效率下降。

綜上，塔底蒸汽用量偏大的原因有3個方面。（1）現有塔板不適應含有焦粉的原料水；原料水中焦粉導致塔板的底隙堵塞；（2）本身氣速偏高，負荷偏大，導致霧沫夾帶，加劇了塔板堵塞的傾向；（3）塔板數少，分離能力不足，為保證產品質量，不得不提高蒸汽用量，導致塔內氣速偏高，加劇了霧沫夾帶和塔板堵塞。

3 優化思路和方案

提高塔的處理能力和理論板數，最簡便的辦法是將現有的板式塔改造為填料塔。填料塔的優點是單位體積的處理能力高，單位高度的理論塔板數較板式塔多，但填料塔抗堵塞的能力較弱，因此不適合處理含有大量焦粉的含硫污水。因此仍然選擇板式塔。

考慮到目前該廠有3套污水汽提裝置，采納系統優化技術中的大系統思維，將3套污水汽提裝置整體考慮，發現南區加氫污水汽提裝置的負荷偏低，可將加氫裝置的含硫污水分流到南區加氫污水汽提中。因此提出3個方案。（1）更換新塔。將現有的污水汽提全塔更換為直徑更大，塔板數更多的塔；（2）負荷轉移?，F有塔不改造，所增加的負荷全部轉移到南區加氫污水汽提塔；（3）轉移+小改。南區加氫裝置不改造，對現有的污水汽提塔進行小改。

方案1：換塔。增大塔徑、增加板數和采用高效塔板。按照70 t/h處理量，蒸汽單耗250 kg/t進行設計。在現有停用的T502/1位置新建該塔，建好后停用現在運行的T502/2。方案1的設備核算表及塔盤水力學計算結果見表4～6。

表4 方案1-新建T502/1的核算值

表5 方案1-新建T502/1水力學計算匯總

表6 方案1-新建T502/1的各參數值

改造內容：新增加汽提塔塔T502/1，填料段塔徑1 200 mm，塔內件采用2段38#CMR散堆填料，每段高3 m。

投資內容及金額：塔體（Q245R 0Cr13）1個，塔內件（2段填料+46層ATV+10層固舌），平臺梯子管道等。金額共計360×104元。該方案可節省1.0 MPa蒸汽3.5 t/h。項目收益441×104元/a，靜態回收期0.9 a。優點是改造內容比較集中，便于施工組織。缺點是施工周期較長，投資大。

方案2：負荷轉移。將東區的污水量部分轉移到南區污水汽提塔，降低T502/2的處理量。將加氫污水轉移進入南區污水汽提塔。但需對南區加氫污水裝置T201進行擴能改造。T201設備核算和塔盤水力學計算結果見表7、8。

表7 方案2-T201開孔率和降液板面積（優化后）

表8 方案2-酸性水汽提塔T201設計數據水力學計算值

T201擴能改造內容：塔盤（更換18～49層塔盤，其余利舊），填料（第2填料段填料由原38#更換為50#散堆填料）。投資金額50×104元。該方案可節省1.0 MPa蒸汽0.84 t/h。收益105.8×104元/a，靜態回收期0.5 a。優點是改造工作量小，缺點是節汽量小，效益較差。

方案3：轉移和小改。對東區污水汽提塔進行小改。在下段增加1段塔段，更換全塔塔板?；A無需改造，檢修期間即可完成。T502/2塔盤水力學計算結果見表9、10。

表9 方案3-T502/2水力學計算匯總

表10 方案3-改造T502/2的各參數值

T502/2擴能改造內容：在下段增加1段塔段（塔徑1 600 mm，塔高3 m），將全塔塔板更換為ATV高效浮閥塔盤。該方案可節省1.0 MPa的蒸汽3 t/h。收益390×104元/a，靜態回收期0.4 a。優點是效益較好，改造工作量不大。

3種方案各有優缺點，改造內容、改造周期、投資、效益見表11。

表11 3方案對比

對比發現方案3投資較少、效益較好。

4 結論

方案3首先采用系統優化技術進行源頭優化，將部分比較難處理的含硫污水轉移至另外1套污水汽提裝置，然后對該污水汽提塔進行改造。下段增加1個塔段以增加塔板數，同時將其它塔板更換為高效塔板后，蒸汽可節約3 t/h，投資費用也較低。與傳統的改造技術相比，該方案保持原有的污水汽提塔塔徑不變，塔基礎不用更換，大大降低了改造費用和難度，并節約較多蒸汽，開創了以節能為驅動的改造先例。