延遲焦化裝置能耗控制淺析

王 軍

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

石油是不可再生資源，而輕質油的需求量遠大于重質油，隨著石油的不斷開采和使用，原油特性的變化趨勢必然是變重、變劣，而我國的原油本身就偏重。因此為了滿足工業及民用方面對輕質油的需求，重質油輕質化技術變得越來越重要。從工藝原理上來講，重油輕質化可以有兩個方向，即加氫和脫碳。重油加氫反應對催化劑的依賴非常大，劣質重油中含量較高的重金屬及殘炭會使催化劑中毒失活［1］；加氫工藝通常需要較高的操作壓力，且氫氣爆炸極限寬（4.1%～74.2%），非常危險。脫碳工藝主要有溶劑脫瀝青、延遲焦化等工藝，其中延遲焦化工藝已經成為當今最常用的渣油加工工藝，工藝成熟，裝置投資費用低，能夠加工廉價的高硫、高氮、高殘炭、高瀝青質和高金屬含量的渣油，也可處理高酸原油、煉廠污油等。世界重油加工能力已超過864 Mt／a，約占原油一次加工能力的21%，其中焦化是當前世界上最主要的重油加工工藝，約占重油加工總能力的30%。然而較高的能耗一直是焦化裝置的一個通病，高能耗使得裝置運行成本增加，經濟效益降低，因此充分利用焦化優勢，削弱其劣勢，對降低裝置能耗有著重要的現實意義。

某延遲焦化裝置由加熱爐-焦炭塔系統、分流系統、吸收穩定系統、放空系統及公用工程幾部分組成，設計規模為4.2 Mt／a，設計彈性為設計原料進料量的60%～110%。主要產品有干氣（170.5 kt／a）、液化 氣（184.1 kt／a）、汽 油（914.31 kt／a）、柴 油（971.61 kt／a）、蠟 油（733.81 kt／a）、重 蠟 油（125.71 kt／a）、焦炭（1.11 Mt／a）。裝置采用“兩爐四塔”的大型化工藝路線，加熱爐為具有多點注水和在線清焦功能的雙面輻射階梯爐，正常情況下連續運行周期不少于660 d，熱效率不低于90%。焦化富氣采用雙塔壓縮和雙塔吸收工藝，裝置使用的氣壓機是凝氣透平驅動離心式壓縮機。焦炭的貯存和裝卸采用常規技術，即焦池貯存、抓斗裝卸，利用火車或管狀帶式輸送機運輸焦炭［2］。該裝置投產后實際綜合能耗為36 kg／t（以標煤計，下同），較設計能耗值降低約3個單位，但是中國石化延遲焦化裝置平均能耗為22.88 kg／t，遠低于該焦化裝置，可見該焦化裝置的能耗還有進一步降低的空間。

1 裝置高能耗分布情況

該延遲焦化裝置自開工投產以來，生產運行平穩，各項指標符合設計要求，無非計劃停工情況。與國內其他焦化裝置相比，主要問題是能耗較高。該延遲焦化裝置設計能耗為39.01 kg／t，裝置投產后實際綜合能耗約為36 kg／t，雖然比設計能耗低，但與國內先進延遲焦化裝置相比，存在較大的差距。

在焦化裝置生產過程中，影響能耗的參數主要有水（新鮮水、循環水、除鹽水、除氧水、凝結水等）、蒸汽（低壓、中壓等）、電、燃料氣等的消耗或產生，裝置首次開工后3年內相關能耗參數如表1所示。

表1 首次開工后前3年裝置能耗構成

從表1數據可以看出：新鮮水、循環水、除鹽水、除氧水等在裝置能耗占比中較小，對裝置能耗影響較大的主要是燃料氣、蒸汽和電，所占比例分別是58%、28%、11%。從生產過程來看，裝置能耗偏高的原因如下。

（1）導致燃料氣消耗高的原因：加熱爐排煙溫度偏高；加熱爐燃燒不充分，火嘴結焦燃燒不好，煙氣氧含量高和爐膛負壓不在合理范圍內；看火孔、點火孔存在漏風情況；加熱爐襯里脫落；爐管結焦等，均可能導致加熱爐效率偏低，使燃料氣消耗偏高。此外，裝置循環比過高，大量燃料氣被用來加工循環油，也會導致燃料氣消耗增加。

（2）導致蒸汽消耗高的原因：透平做無用功；蒸汽伴熱系統不完好；大吹汽吹汽量過大；注氣量過大等。

（3）導致電消耗高的原因：部分機泵效率低和低溫熱利用率低等。例如，焦化分餾塔塔頂油氣溫度在140℃左右，塔頂油氣經空冷后至塔頂分液罐，其低溫熱未利用，且空冷耗電量大。從分離塔中抽出的汽油、柴油、蠟油進空冷前的溫度分別為150℃、200℃、150℃，大量低溫熱未被利用，且增加了空冷耗電量。

2 節能措施

2.1 降低燃料氣消耗量

（1）日常生產中要加強巡檢，優化操作。風門、煙道擋板開度合適；加熱爐看火門、看火窗、防爆門無空氣泄漏進去；加熱爐應采用高質量襯里，起到良好隔熱耐溫作用，防止爐墻坍塌造成熱量損失甚至發生事故；經常清理火嘴，防止焦粉阻塞、結焦，導致燃燒效率低等。

（2）降低過?？諝饬?。在保證充分燃燒的情況下，降低爐子過剩空氣量可減少煙氣帶走加熱爐的熱量，有效提高焦化加熱爐效率。

（3）投用余熱回收系統。通過設置空氣預熱器和強制通風排煙的方式，以高溫煙氣（從加熱爐對流室出來的煙氣溫度約為250℃）來加熱入爐空氣，使其以230℃左右的溫度進入爐膛，同時降低了排煙溫度。與自然通風相比，余熱回收系統充分利用了煙氣熱量，提高了加熱爐效率。生產過程中要注意觀測整個余熱回收系統的運行情況，以保證加熱爐效率。

（4）在保證排煙溫度不低于煙氣露點腐蝕的前提下，進一步回收煙氣熱量，降低排煙溫度。在投用余熱回收系統后，排煙溫度仍然超過200℃，且煙氣量較大，可利用這部分熱量來加熱原料，提高原料進入輻射室的溫度，從而降低瓦斯消耗量。同時這部分熱量還可以用來加熱其他介質，具體實現方式為：①在加熱爐對流室預留管排的位置上，增加2排對流排管；②在原有管排上部空間內增加1排注水過熱排管，利用煙氣熱量提高入爐注水溫度，從而提高加熱爐效率；③增加1排0.45 MPa蒸汽過熱排管，利用煙氣余熱產生過熱低低壓蒸汽，降低了全場能耗。

通過改造，排煙溫度從200℃降至140℃，煙氣余熱得到充分利用，經核算，年節能效益超過1 300萬元（相對于原設計）。加熱爐節能改造前后目標參數對比情況見表2所示。

表2 加熱爐節能改造前后目標參數對比

2.2 降低蒸汽消耗量

該焦化裝置投產后，裝置產生的富氣量小于設計值，導致壓縮機的入口氣量偏少。壓縮機在運行過程中，為了保證不發生喘振，一、二段防喘振閥都處于打開的狀態，且一段防喘振閥的開度達到40%左右，相當于有一部分氣體一直在壓縮機系統內循環，導致汽輪機中壓蒸汽耗量增加。為了降低能耗，對壓縮機進行節能改造。經與設計單位及壓縮機廠家探討和確認，并經過現場“防喘振閥關閉試驗”（即確認在關閉防喘振閥時，壓縮機出口壓力仍然能夠滿足要求），最終通過整體更換壓縮機轉子和隔板方式，使壓縮機的工況與生產實際相符，以達到降低能耗的目的。

此項改造投用后，中壓蒸汽消耗量為26 t／h，比之前的34 t／h降低了8 t／h（見表3），每年節約費用約1 000萬元。

表3 壓縮機改造前后目標參數對比

2.3 優化換熱流程，提高低溫熱利用率

（1）優化柴油產品流程

按原設計裝置正常運行時，柴油產品進空冷器前溫度達到188℃，且流量一般大于150 t／h，如此大的熱量直接用空冷消耗，不僅浪費了柴油的低溫熱，也增加了空冷耗電量，因此有必要在柴油產品的流程上做優化。原設計柴油產品流程如圖1所示。

圖1 原設計柴油產品流程

經核算和確認，決定在柴油產品進空冷前，增加蒸汽發生器、柴油-除氧水換熱器、柴油-燃料氣換熱器。具體流程為：柴油產品經泵加壓后，先進入蒸汽發生器（112-E-120），利用余熱產生低低壓蒸汽，之后的柴油產品依次進入柴油-除氧水換熱器（112-E-121）、柴油-燃料氣換熱器（112-E-122）、柴油-注水換熱器（112-E-119），余熱分別加熱需要發汽的除氧水和即將進入加熱爐的燃料氣和注水（見圖2）。新流程充分利用了柴油產品的余熱產生蒸汽，同時加熱燃料氣也提高了加熱爐效率。由于加熱爐爐管用到的注水需要在加熱爐對流段換熱，故將柴油-注水換熱器放在最后，先小幅度加熱注水，既利用了柴油熱量，又不至于造成注水溫度過高發生氣阻。此項改造投用后，裝置綜合能耗明顯降低，僅柴油產品產生的低壓蒸汽一項，每年便可產生效益800多萬元。

圖2 改進后的柴油產品流程

與柴油相似，汽油、蠟油等均可進行類似改造，用其低溫熱源加熱本裝置或鄰近的裝置需要加熱且溫度相符的介質，達到節能降耗的目的。

2.4 降低電量消耗

電的消耗量占整個裝置能耗的11%左右，僅次于瓦斯和蒸汽，通過降低耗電量來降低裝置能耗效果也是立竿見影的。

（1）通過流程優化（如上述柴油流程優化等）和采用變頻電機，使得空冷的使用符合實際需要，從而減少耗電量，節約電能。

（2）通過流程優化和機泵葉輪改造，使得機泵與生產實際相符，避免不必要的浪費。

按照原設計，穩定汽油需要經過軸功率為200 kW的穩定汽油產品泵才能送出裝置。穩定系統壓力一般大于0.9 MPa，經核算，此壓力可以將汽油直接送出裝置而不需經過泵，因此可以通過在穩定汽油產品泵出入口間加一跨線，達到停用該泵、節約電能的目的。

焦化加熱爐進料泵是焦化裝置非常重要的一個多級泵，其軸功率為732 kW，耗電量很大，再生產中發現其出口壓力約4.9 MPa。經核算，為滿足現場系統實際要求，該泵出口壓力為4.7 MPa左右即可，因此可以通過切割葉輪、降低泵的級數方式來實現節能。

上述兩項改造投用后，裝置設備運行平穩，電耗降低。機泵改造前后裝置電耗對比情況見表4。

表4 機泵改造前后裝置電耗對比

除此以外，通過關注加熱爐爐管出入口壓差及爐管溫度的變化，定期進行爐管在線清焦，保證加熱爐熱效率；大吹汽增設智能噴霧系統，以霧化除氧水代替部分低壓蒸汽，降低低壓蒸汽消耗；通過優化設備管線吹掃方案，降低蒸汽消耗，加強高溫管線設備保溫修復；優化裝置運行，防止裝置波動造成額外的能量消耗。

實施上述措施后，裝置能耗處理量對比情況見表5。

表5 裝置能耗處理量數據對比

3 結語

通過對該延遲焦化裝置能耗現狀分析可知，裝置主要能耗是瓦斯、蒸汽以及電的消耗，并提出降低裝置能耗的建議：通過對加熱爐對流段及余熱回收系統的強化改造來提高加熱爐效率，降低裝置瓦斯消耗量；通過優化換熱流程來提高低溫熱利用率并產生蒸汽，通過壓縮機系統的改造達到節約中壓蒸汽的目的；通過使用系統自壓、變頻電機及機泵葉輪改造等方式實現電能的節約。實施上述措施后，經核算，延遲焦化裝置綜合能耗由之前的36 kg／t降至29 kg／t，節能效果顯著。