格爾木煉油廠蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能分析與實(shí)踐

康耀明 葉行 邱海濤 陳向平 宋錦鈺

（1.青海油田公司格爾木煉油廠；2.青海油田公司煉油化工部；3.青海油田公司質(zhì)量安全環(huán)保處）

1 概述

格爾木煉油廠蒸汽消耗約占煉廠能源消耗總量的10%，解決好煉廠發(fā)展過(guò)程中的蒸汽運(yùn)行問(wèn)題，已是煉廠面臨的急迫問(wèn)題之一，而解決該問(wèn)題的關(guān)鍵必須做好蒸汽系統(tǒng)的“開(kāi)源”和“節(jié)流”，實(shí)現(xiàn)“清潔的工藝，清潔的產(chǎn)品，清潔的環(huán)境”發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。

同時(shí)，蒸汽間接加熱過(guò)程中，蒸汽在加熱設(shè)備內(nèi)釋放出汽化潛熱后，會(huì)產(chǎn)生大量的高溫凝結(jié)水。高溫凝結(jié)水具有較高的溫度，水質(zhì)良好，接近脫鹽水，且?guī)缀鯖](méi)有溶解氧和二氧化碳等氣體。傳統(tǒng)的蒸汽供熱系統(tǒng)中，一部分凝結(jié)水直接排放，另有部分凝結(jié)水采用開(kāi)式水箱（罐）或水池進(jìn)行降溫后再回收。由于凝結(jié)水與大氣再次接觸，使得O2、CO2及其它氣體再次溶入，會(huì)造成設(shè)備及管路的腐蝕；二次蒸汽的排放使環(huán)境受到熱污染和噪聲污染；高溫凝結(jié)水在閃蒸降溫時(shí)，又會(huì)通過(guò)閃蒸汽帶走5%～15%的凝結(jié)水和相當(dāng)于凝結(jié)水30%～80%的熱量。這樣不僅額外消耗了大量的除氧水，同時(shí)使鍋爐多消耗了大量的燃料，多向環(huán)境排放了大量的煙氣和污染物[1]。

2 現(xiàn)狀分析

蒸汽是煉化企業(yè)重要的二次能源，為了更有效、合理地進(jìn)行利用，必須摸清全廠蒸汽系統(tǒng)情況，用以合理使用蒸汽，避免能源浪費(fèi)，不斷提高能源的使用效率。隨著煉廠不斷發(fā)展，蒸汽的消耗量將不斷增加，在煉廠現(xiàn)有產(chǎn)汽設(shè)施正常運(yùn)行的情況下，如何能滿足今后生產(chǎn)的需要，將是面臨的一大問(wèn)題。煉廠蒸汽系統(tǒng)主要存在的問(wèn)題如下：

1）現(xiàn)有的三臺(tái)動(dòng)力鍋爐冬季全部運(yùn)行，沒(méi)有備用設(shè)備，影響長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行，制約煉廠的發(fā)展。低壓蒸汽存在冬季不足，夏季過(guò)剩的現(xiàn)象，蒸汽使用效率低、凝結(jié)水余熱和回收利用率低、全廠水耗偏高[2]。

2）10×104t/a甲醇裝置因設(shè)計(jì)原因，低壓蒸汽壓力只能維持在0.35MPa左右，而全廠低壓蒸汽管網(wǎng)壓力為0.6MPa左右。無(wú)法并入全廠低壓蒸汽管網(wǎng)，并且甲醇裝置低壓蒸汽存在過(guò)剩現(xiàn)象，只能放空，浪費(fèi)嚴(yán)重。需按質(zhì)產(chǎn)汽，按質(zhì)用汽，以低壓汽用量定高壓汽用量，達(dá)到蒸汽的逐級(jí)利用。

3）目前，90×104t/a催化裂化裝置是煉廠的產(chǎn)汽大戶，穩(wěn)定裝置的產(chǎn)汽還需要做大量工作。要持續(xù)優(yōu)化裝置產(chǎn)汽，降低動(dòng)力鍋爐負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力鍋爐只供中壓蒸汽，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的[3]。

3 優(yōu)化改造措施

3.1 伴熱系統(tǒng)使用合理化

組織對(duì)全廠蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真排查、繪制平衡圖，調(diào)查全廠蒸汽的使用現(xiàn)狀，對(duì)全廠717條伴熱進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化，即對(duì)高溫、連續(xù)工藝介質(zhì)管線伴熱組織停運(yùn)。2019年較2018年同期相比少投用伴熱共計(jì)315條。2020年對(duì)全廠各裝置的伴熱投用情況實(shí)行嚴(yán)格監(jiān)管，對(duì)于介質(zhì)溫度較高、連續(xù)輸送的管線伴熱進(jìn)行合理停用，對(duì)工藝介質(zhì)凝點(diǎn)低于0度的伴熱進(jìn)行合理使用，建立伴熱投用審批機(jī)制，每周對(duì)“跑冒滴漏”造成的蒸汽浪費(fèi)進(jìn)行嚴(yán)肅通報(bào)考核并督促整改。各裝置蒸汽伴熱評(píng)審前后曲線見(jiàn)圖1。

圖1 各裝置蒸汽伴熱評(píng)審前后曲線

3.2 催化余熱鍋爐吹灰改造

90×104t/a催化裂化裝置余熱鍋爐其內(nèi)部取熱介質(zhì)為再生煙氣，含有催化劑細(xì)粉，在換熱過(guò)程中，極易吸附到余熱鍋爐內(nèi)換熱管束表面，造成換熱管束取熱效率下降，余熱鍋爐產(chǎn)汽降低，裝置能耗增加，同時(shí)還導(dǎo)致余熱鍋爐排煙溫度上升，煙氣脫硫水耗增加[4-5]。通過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有激波吹灰器效果不佳，余熱鍋爐產(chǎn)汽效果未充分發(fā)揮。余熱鍋爐內(nèi)換熱管束堵塞情況見(jiàn)圖2。

圖2 余熱鍋爐內(nèi)換熱管束堵塞情況

通過(guò)廢催化劑流態(tài)化吹灰改造：新增小型加料至一、二再煙氣管線，將平衡劑加入余熱鍋爐入口煙氣系統(tǒng)，利用廢催化劑（粒徑30～70μm）高速?zèng)_擊余熱鍋爐F801的各部換熱管束，將因重力沉降或靜電吸附在管束受熱面上的積灰積垢剝離，恢復(fù)換熱效率。催化裂化裝置余熱鍋爐吹灰改造流程見(jiàn)圖3。

圖3 催化裂化裝置余熱鍋爐吹灰改造流程

3.3 低壓蒸汽并網(wǎng)改造

10×104t/a甲醇裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)出的低壓蒸汽壓力只有0.35MPa左右，無(wú)法并入全廠0.6MPa低壓蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行回收利用，以前只能將其放空。通過(guò)對(duì)低壓蒸汽管網(wǎng)和各裝置用汽質(zhì)量進(jìn)行研究，對(duì)10×104t/a甲醇裝置產(chǎn)低壓蒸汽與全廠低壓蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行改造，將10×104t/a甲醇裝置低壓蒸汽供應(yīng)至用汽壓力要求低的油品車(chē)間207/208/209單元、補(bǔ)充加氫、苯抽提、加氫改質(zhì)、動(dòng)力二水站/污水單元等裝置（單元），低壓蒸汽管網(wǎng)改造流程見(jiàn)圖4。

圖4 低壓蒸汽管網(wǎng)改造流程

3.4 凝結(jié)水梯級(jí)使用

1）80×104t/a加氫改質(zhì)裝置凝結(jié)水罐（V501）內(nèi)凝結(jié)水溫度為70～95℃，由于溫度高，現(xiàn)場(chǎng)放空線二次閃蒸的乏汽量較大，造成熱量和凝結(jié)水的浪費(fèi)。按照能量梯級(jí)使用的理念，將凝結(jié)水罐內(nèi)的凝結(jié)水改造為加氫改質(zhì)裝置部分工藝管道伴熱系統(tǒng)的伴熱熱水，充分使用其余熱后，再送至動(dòng)力鍋爐作為補(bǔ)水，既減少了凝結(jié)水回收過(guò)程中閃蒸乏汽的浪費(fèi)，又減少了加氫改質(zhì)裝置伴熱蒸汽的使用[6-7]，加氫改質(zhì)裝置凝結(jié)水改造流程見(jiàn)圖5。

圖5 加氫改質(zhì)裝置凝結(jié)水改造流程

2）由于動(dòng)力車(chē)間凝結(jié)水回收站無(wú)法全部回收全廠凝結(jié)水，多余的高溫凝結(jié)水被排至煉油循環(huán)水，增加了循環(huán)水場(chǎng)運(yùn)行負(fù)荷。而聚丙烯裝置每天消耗除鹽水約150t，同時(shí)需要用低壓蒸汽將溫度升至70℃以上使用。經(jīng)過(guò)流程改造，將聚丙烯所用除鹽水改為加氫改質(zhì)裝置凝結(jié)水（80℃左右），實(shí)現(xiàn)了熱量的分級(jí)利用，減少了凝結(jié)水回收過(guò)程中閃蒸乏汽的產(chǎn)生，提高了凝結(jié)水回收量，減少熱量和蒸汽的浪費(fèi)[8-9]。

3.5 加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)

蒸汽伴熱和疏水閥的使用過(guò)程中最容易出現(xiàn)直排和泄漏問(wèn)題，導(dǎo)致蒸汽使用過(guò)程中浪費(fèi)嚴(yán)重。加強(qiáng)蒸汽伴熱和疏水閥的投用管理，初春氣溫轉(zhuǎn)暖時(shí)及時(shí)停用伴熱，初冬氣溫變冷時(shí)先投用重油介質(zhì)伴熱，輕油介質(zhì)溫度高于凝點(diǎn)時(shí)，堅(jiān)決不投用。

對(duì)目前存在問(wèn)題較嚴(yán)重的管廊疏水閥及部分再沸器的疏水閥，替換為阿姆斯壯疏水閥，替換后疏水閥使用一年的完好率大于或等于95%，工藝疏水閥節(jié)約新鮮蒸汽15%以上，改善現(xiàn)場(chǎng)二次閃蒸泄露大的情況。現(xiàn)場(chǎng)疏水閥檢測(cè)見(jiàn)表1，疏水閥更換前后完好率對(duì)比見(jiàn)表2。

表1 現(xiàn)場(chǎng)疏水閥檢測(cè)

表2 疏水閥更換前后完好率對(duì)比

4 優(yōu)化改造成果

1）通過(guò)對(duì)全廠蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化，甲醇蒸汽合理利用等一系列“組合拳”，2019年3月7日由兩臺(tái)鍋爐同時(shí)運(yùn)行減少至單臺(tái)鍋爐，實(shí)現(xiàn)一季度單臺(tái)鍋爐運(yùn)行，2019年實(shí)現(xiàn)動(dòng)力鍋爐15臺(tái)套運(yùn)行，較2018年少運(yùn)行10臺(tái)套，同比下降40%；2020年實(shí)現(xiàn)動(dòng)力鍋爐12臺(tái)套運(yùn)行，較2019年少運(yùn)行3臺(tái)套，同比下降20%。

2）催化裂化裝置余鍋吹灰改造后，F(xiàn)801排煙溫度從210℃降至160℃，F(xiàn)701排煙溫度從249℃降至205℃，取熱效果大幅提升，余鍋的產(chǎn)汽量從45t/h增加至60t/h。排煙溫度降低后，煙氣脫硫單元新鮮水耗量降低了2t/h。催化裂化裝置綜合能耗由66kg/t(標(biāo)油)下降至59kg/t(標(biāo)油)，創(chuàng)歷史最好水平。

3）凝結(jié)水分級(jí)回收利用，減少閃蒸乏汽浪費(fèi)，提高了凝結(jié)水回收量，節(jié)約鍋爐除氧水補(bǔ)水。通過(guò)加強(qiáng)凝結(jié)水站管理，凝結(jié)水回收利用率達(dá)到66%，超出年計(jì)劃6%，均達(dá)到歷史最好水平[10]。

5 結(jié)論

通過(guò)全廠蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化，減少了動(dòng)力鍋爐運(yùn)行數(shù)量，實(shí)現(xiàn)格爾木煉油廠鍋爐夏季零臺(tái)運(yùn)行、冬季單臺(tái)運(yùn)行的情況，2020年全年鍋爐運(yùn)行總臺(tái)數(shù)同比2018年硬下降52%，同時(shí)在全廠范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了中壓蒸汽、低壓蒸汽以及甲醇低壓蒸汽三個(gè)等級(jí)的“三級(jí)”蒸汽管網(wǎng)。

1）摸清了全廠使用蒸汽設(shè)備的蒸汽用量情況，繪制了全廠蒸汽平衡圖，確定各裝置單元合理的蒸汽使用量。并通過(guò)改造，降低全廠蒸汽的消耗總量。

2）將全廠各裝置凝結(jié)水進(jìn)行回收改造，通過(guò)利用凝結(jié)水作為熱源對(duì)全廠現(xiàn)有的蒸汽伴熱、采暖系統(tǒng)進(jìn)行合理改造，或通過(guò)熱夾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化各裝置換熱流程，來(lái)降低全廠低壓蒸汽的消耗量。

3）優(yōu)化了全廠蒸汽凝結(jié)水回水流程，提高蒸汽凝結(jié)水的回用力度。利用高溫凝結(jié)水的余熱加熱采暖水、脫鹽水和新鮮水，降低蒸汽凝結(jié)水的溫度和壓力，減少二次閃蒸汽跑損。