曠軍虎，張志亮，鄭 坤

（中國石油玉門油田煉油化工總廠，玉門735200）

1 前 言

玉門煉油化工總廠800kt/a重油催化裂化裝置是2004年9月在原500kt/a催化裂化裝置的基礎(chǔ)上改建而成的。由于該工藝技術(shù)復(fù)雜，各項(xiàng)公用系統(tǒng)消耗較大，催化裂化裝置能耗占到全廠能耗的36%左右。裝置的節(jié)能降耗工作是近年工作的重要內(nèi)容之一，其意義不僅在于節(jié)約成本，更重要的是樹立良好的企業(yè)形象，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。作為全廠的用能大戶，有效提高能源的利用率、降低單位產(chǎn)值能耗成為裝置降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑，也是總廠發(fā)展低成本戰(zhàn)略、建設(shè)節(jié)約型精品煉油廠的重要部分［1－3］。

2 裝置能耗分析

2.1 催化裂化裝置能耗分布

根據(jù)催化裂化裝置2009年的運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算出裝置能耗分布如表1所示。由表1可以看出，催化裂化裝置能耗由燒焦、蒸汽、循環(huán)水、用電、除鹽水、生水和換熱水外輸構(gòu)成，其中燒焦、蒸汽和用電消耗3部分起到了決定性作用，因此重點(diǎn)對(duì)這3個(gè)因素進(jìn)行分析。

表1 2009年催化裂化裝置能耗分布 MJ/t

2.2 影響燒焦能耗的因素分析

燒焦單耗高是由焦炭產(chǎn)率高引起的，主要有3方面的原因：一是裝置摻渣率較高；二是檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)提升管和沉降器結(jié)焦嚴(yán)重；三是裝置采用油漿全回?zé)挼姆绞健皆适歉鶕?jù)全廠的渣油平衡確定的，調(diào)節(jié)余地不大；采用油漿全回?zé)挼倪\(yùn)行方式是提高柴油收率的一種工藝手段，增產(chǎn)柴油意味著提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益；只有提升管和沉降器結(jié)焦嚴(yán)重的狀況是可以改變的。對(duì)提升管和沉降器的結(jié)焦?fàn)顩r進(jìn)行分析，找到其結(jié)焦較為嚴(yán)重的原因。

2.2.1 反應(yīng)－再生系統(tǒng)中旋流式快速分離系統(tǒng)（VQS）封閉罩外結(jié)焦?fàn)顩r及原因 2007年裝置檢修期間，打開沉降器裝卸孔時(shí)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)－再生系統(tǒng)VQS封閉罩外結(jié)焦現(xiàn)象較為嚴(yán)重，外壁結(jié)有100～150mm厚的焦，而且為軟焦，如圖1所示。軟焦質(zhì)地松軟，主要以催化劑細(xì)粉為主，催化劑細(xì)粉占到軟焦質(zhì)量的70%以上，較低的器壁溫度或較低溫的環(huán)境是容易生成軟焦的條件。分析認(rèn)為反應(yīng)－再生系統(tǒng)VQS封閉罩外結(jié)焦嚴(yán)重的主要原因是封閉罩外防焦蒸汽流量較大，溫度較低。

圖1 VQS封閉罩外結(jié)焦?fàn)顩r

2.2.2 提升管內(nèi)壁結(jié)焦?fàn)顩r及原因 催化裂化裝置原料進(jìn)料方式為分段進(jìn)料，即來自混合器的原料分為兩路，各通過兩個(gè)對(duì)稱噴嘴完成進(jìn)料操作。這種進(jìn)料方式產(chǎn)生的壓降大，各噴嘴進(jìn)料流量不均勻。在操作中，對(duì)稱噴嘴偏流明顯，提升管容易結(jié)焦。各噴嘴的進(jìn)料流量和管線壓降數(shù)據(jù)見表2，其中FIC－1127/1和FIC－1127/3為對(duì)稱噴嘴，F(xiàn)IC－1127/2和FIC－1127/4為對(duì)稱噴嘴。

表2 各噴嘴操作參數(shù)

在催化裂化裝置運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)原噴嘴應(yīng)用效果不理想。該噴嘴操作參數(shù)設(shè)計(jì)值：蒸汽耗量4%～6%；霧化粒徑（50±10）μm。檢修過程中發(fā)現(xiàn)第一提升管上部約1m處結(jié)焦嚴(yán)重（見圖2），分析認(rèn)為是由原料霧化不均勻、霧化粒徑過大引起的。根據(jù)計(jì)算推斷實(shí)際粒徑應(yīng)大于80μm，盡管裝置通過加大蒸汽耗量（7%～8%）來解決這一問題，但收效甚微。

2.3 影響蒸汽消耗的因素分析

圖2 提升管結(jié)焦?fàn)顩r

催化裂化裝置是全廠的產(chǎn)汽大戶，裝置內(nèi)有外取熱器和余熱回收鍋爐兩套產(chǎn)汽設(shè)備，所產(chǎn)蒸汽一部分自用，另一部分輸入全廠蒸汽管網(wǎng)，供其它裝置使用。因此，在產(chǎn)汽量不變的情況下，裝置用汽量越少，外輸蒸汽量就越多。

雖然通過不斷的技術(shù)更新和技術(shù)改造，在裝置的節(jié)能節(jié)汽方面做了很多工作，但因裝置實(shí)際需求量較大和一些設(shè)計(jì)缺陷，裝置在節(jié)能節(jié)汽方面仍然有潛力可挖。主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：2.3.1 裝置蒸汽放空點(diǎn)較多 為了冬季防凍，催化裂化裝置各點(diǎn)蒸汽都必須放空。為了減少裝置內(nèi)蒸汽消耗，盡量多產(chǎn)蒸汽和增加外輸蒸汽，降低裝置能耗，必須對(duì)蒸汽各放空點(diǎn)進(jìn)行整改。

2.3.2 汽油切割裝置中壓蒸汽消耗量較大 催化裂化裝置穩(wěn)定汽油一部分作為汽油切割裝置預(yù)分餾塔的進(jìn)料，一部分充當(dāng)吸收塔的補(bǔ)充吸收劑。補(bǔ)充吸收劑要求低溫操作，導(dǎo)致汽油切割裝置預(yù)分餾塔的進(jìn)料溫度偏低，需要較多的中壓蒸汽量來提高預(yù)分餾塔的塔底溫度。為了提高汽油切割裝置預(yù)分餾塔的進(jìn)料溫度、降低塔底重沸器的中壓蒸汽消耗，決定實(shí)施工藝改造，實(shí)現(xiàn)汽油切割裝置熱進(jìn)料。

2.3.3 鍋爐定排、連排熱水未得到充分利用 鍋爐定排、連排（簡稱定連排）熱水溫度為150℃左右，這部分熱水通過管線進(jìn)入無壓回水池，最后作為全廠的循環(huán)水，低溫?zé)崮芪吹玫嚼?。為了避免低溫?zé)崮艿膿p失，對(duì)這部分熱水進(jìn)行有效利用［4］。

2.4 影響用電消耗的因素分析

裝置用電設(shè)備主要有各類機(jī)泵、增壓機(jī)、空冷風(fēng)機(jī)、三機(jī)組等。正常生產(chǎn)中，各類機(jī)泵、增壓機(jī)、空冷風(fēng)機(jī)由1號(hào)工業(yè)電供電，備用機(jī)泵、備用增壓機(jī)由2號(hào)工業(yè)電供電，三機(jī)組由3號(hào)工業(yè)電供電。裝置正常運(yùn)行過程中，1號(hào)工業(yè)電和2號(hào)工業(yè)電的總消耗量變化不大，每天的用電量在52 000～54 000kWh之間，但是3號(hào)工業(yè)電隨著三機(jī)組的運(yùn)行狀況變化較大，具體情況見表3。

表3 煙機(jī)運(yùn)行狀況對(duì)比

從表3可以看出，三機(jī)組用電量與煙機(jī)做功效率關(guān)系很大，煙機(jī)做功效率高則三機(jī)組用電量少，反之，煙機(jī)做功效率低則三機(jī)組用電量多。在裝置運(yùn)行過程中，煙機(jī)有時(shí)因振動(dòng)超過設(shè)定高限而被迫切出系統(tǒng)，采用全電機(jī)帶動(dòng)主風(fēng)機(jī)，使裝置用電單耗增大。

影響三機(jī)組正常運(yùn)行的原因主要有2個(gè)：①煙氣中催化劑細(xì)粉含量高。催化劑細(xì)粉主要有2個(gè)危害：一是催化劑細(xì)粉黏附在煙機(jī)輪盤上，形成不對(duì)稱堆積，不對(duì)稱堆積物脫落，進(jìn)而引起軸振動(dòng)；二是催化劑細(xì)粉對(duì)動(dòng)、靜葉片的沖刷、磨損造成轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱。這2個(gè)危害都將造成煙機(jī)軸振動(dòng)偏高，影響三機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。② 三機(jī)組自身的原因。三機(jī)組在運(yùn)行過程中，軸流風(fēng)機(jī)承缸時(shí)常泄漏，影響軸流風(fēng)機(jī)的效率；同時(shí)電機(jī)一直輕微漏油，形成安全隱患，影響三機(jī)組的長周期運(yùn)行。

3 實(shí)施措施

針對(duì)裝置在節(jié)能降耗、挖潛增效方面存在的不足，采取了一系列措施。

3.1 減少焦炭產(chǎn)率

3.1.1 VQS封閉罩外防焦蒸汽改為減壓閥后蒸汽 經(jīng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，減壓閥（指裝置內(nèi)中壓蒸汽轉(zhuǎn)換成低壓蒸汽的專用調(diào)節(jié)閥）后蒸汽溫度較高，約為370℃，可以有效提高VQS封閉罩外的溫度。通過計(jì)算，若VQS封閉罩外防焦蒸汽改為減壓閥后蒸汽，VQS封閉罩外溫度可以提高至450℃左右。2010年檢修期間，從反應(yīng)－再生操作平臺(tái)第十一層處引減壓閥后蒸汽進(jìn)入VQS封閉罩外作為防焦蒸汽，并增設(shè)兩道調(diào)節(jié)閘閥和兩個(gè)放空開關(guān)，減少了VQS封閉罩外的結(jié)焦。

3.1.2 提升管進(jìn)料方式的改變 為減小各噴嘴之間的流量偏差，防止各噴嘴之間出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，提出將原料噴嘴進(jìn)料方式由分段進(jìn)料改為環(huán)型進(jìn)料［5］。在2010年裝置改造過程中，霧化蒸汽和原料流程全部加裝環(huán)形管，即物料先進(jìn)入環(huán)形管，然后從環(huán)形管上引出進(jìn)入噴嘴系統(tǒng)，使得各路噴嘴流量和噴嘴出口壓力基本均勻，原料微粒與催化劑顆粒的接觸機(jī)會(huì)基本均等，有效減少了提升管內(nèi)的結(jié)焦。

3.1.3 提升管進(jìn)料噴嘴全部改用KH－5型 催化裂化裝置反應(yīng)器提升管進(jìn)料所用噴嘴改為KH－5型，霧化后原料粒徑變小，霧化粒徑由使用原噴嘴時(shí)的80μm左右減少到使用KH－5型噴嘴后的60μm左右，有效減少了提升管內(nèi)的結(jié)焦，同時(shí)，所用的霧化蒸汽量由6.0%以上降低到3.5%左右，每小時(shí)節(jié)約蒸汽3.0t左右，降低了裝置能耗。

3.2 降低蒸汽消耗

3.2.1 蒸汽各放空點(diǎn)整改 每路蒸汽與蒸汽總管連接處的閘閥不在根部，而在距離根部2～4m處，如果關(guān)閉此閘閥，閘閥與蒸汽總管連接處的管線在冬季可能會(huì)凍裂。針對(duì)此狀況，2010年檢修期間將每路蒸汽與蒸汽總管連接處的閘閥全部移至根部連接處。分支蒸汽不用時(shí)，關(guān)閉該路閘閥即可。

3.2.2 汽油切割裝置實(shí)現(xiàn)熱進(jìn)料 在不改變吸收穩(wěn)定系統(tǒng)原有流程和原有物料進(jìn)料溫度的前提下，合理利用進(jìn)最后一組冷卻器的低溫位熱能。在穩(wěn)定汽油換熱流程中的最后一組冷卻器進(jìn)口增設(shè)閘閥和輸油管線連接至汽油切割裝置，改變催化穩(wěn)定汽油的換熱流程，確保較高的汽油切割裝置預(yù)分餾塔的進(jìn)料溫度。

3.2.3 鍋爐定連排熱水的低溫?zé)崮軐?shí)現(xiàn)再利用 為了利用鍋爐定連排熱水，將這部分熱水輸送至動(dòng)力裝置換熱站換熱，以達(dá)到回收該部分熱水低溫?zé)崮艿哪康?。在改造中充分利用舊管線，加裝連接閘閥，引鍋爐定連排熱水進(jìn)入熱水站的凝結(jié)水罐，實(shí)現(xiàn)了鍋爐定連排熱水低溫?zé)崮艿脑倮谩?/p>

3.3 科學(xué)合理控制裝置用電量

裝置用電量實(shí)現(xiàn)正常控制的關(guān)鍵在于保證三機(jī)組的長周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。

3.3.1 減少煙氣中的催化劑細(xì)粉量，提高煙氣品質(zhì) 為減少煙氣中的催化劑細(xì)粉量，采取了2點(diǎn)措施：①整改隱患，確保再生器頂部旋風(fēng)分離器的分離效率。再生器頂部旋風(fēng)分離器（也被稱作第一級(jí)、第二級(jí)旋風(fēng)分離器）是分離煙氣中催化劑細(xì)粉的關(guān)鍵設(shè)備。催化裂化裝置再生器頂部旋風(fēng)分離器是5組并列雙級(jí)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，2010年檢修時(shí)對(duì)旋風(fēng)分離器的翼閥進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)各翼閥均開關(guān)靈活，用角度尺測(cè)量各翼閥角度均在6°左右，但是旋風(fēng)分離器的料腿拉桿固定板焊縫有多處開裂，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)焊處理，消除了運(yùn)行過程中的重要隱患。②清理維護(hù)，確保第三級(jí)旋風(fēng)分離器工況良好。第三級(jí)旋風(fēng)分離器是煙氣進(jìn)入三機(jī)組的最后一道分離設(shè)備，其分離效率直接決定著進(jìn)入三機(jī)組煙氣的品質(zhì)。催化裂化裝置采用立管式第三級(jí)旋風(fēng)分離器，其核心部件為72根分離單管。2010年檢修期間打開第三級(jí)旋風(fēng)分離器底部人孔檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)多根內(nèi)單管喇叭口處催化劑結(jié)垢嚴(yán)重，對(duì)其進(jìn)行清理，發(fā)現(xiàn)有部分單管的分流錐組件有損壞，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)焊處理，確保第三級(jí)旋風(fēng)分離器的長周期良好運(yùn)行。

3.3.2 改造三機(jī)組 三機(jī)組在運(yùn)行過程中，電機(jī)有輕微漏油的安全隱患，軸流風(fēng)機(jī)承缸存在泄漏的問題，影響了軸流風(fēng)機(jī)的效率，不能保證三機(jī)組的長周期平穩(wěn)運(yùn)行。針對(duì)該問題，在2010年裝置檢修期間對(duì)三機(jī)組進(jìn)行如下改造：①對(duì)三機(jī)組電機(jī)軸承倉油封系統(tǒng)進(jìn)行改造，軸承倉潤滑油梳齒密封增加隔離氣，減少潤滑油泄漏；②軸流風(fēng)機(jī)返廠修理，解決承缸泄漏問題；對(duì)軸流風(fēng)機(jī)靜葉曲柄軸承部分進(jìn)行更換。

4 技術(shù)改造效果

4.1 減少焦炭產(chǎn)率的改造效果

反應(yīng)－再生系統(tǒng)防結(jié)焦項(xiàng)目投用后，在進(jìn)料量和摻渣率不變的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)果見表4。從表4可以看出，催化裂化裝置反應(yīng)－再生系統(tǒng)防結(jié)焦改造項(xiàng)目達(dá)到預(yù)期效果。在摻渣率不變的情況下，改造后產(chǎn)品分布得到優(yōu)化，其中焦炭產(chǎn)率下降0.75百分點(diǎn)，總液體收率上升0.3百分點(diǎn)，同時(shí)反應(yīng)－再生系統(tǒng)蒸汽用量有所降低。

表4 減少焦炭產(chǎn)率的改造前后裝置運(yùn)行參數(shù)變化情況

4.2 降低蒸汽消耗的改造效果

冬季蒸汽各放空點(diǎn)與蒸汽線連接處根部閘閥關(guān)閉，需要使用某路蒸汽時(shí)，只要開啟該路蒸汽的根部閘閥即可。此項(xiàng)整改項(xiàng)目可減少冬季防凍蒸汽消耗量1～2t/h。

汽油切割裝置實(shí)現(xiàn)熱進(jìn)料，預(yù)分餾塔進(jìn)料溫度由78℃提高到110℃，減少中壓蒸汽消耗量1.4t/h左右。

鍋爐定連排熱水直排熱水站，減少了裝置冒汽點(diǎn)，降低了熱水站蒸汽消耗量2t/h左右。

4.3 控制裝置用電量的改造效果

再生器頂部旋風(fēng)分離器和第三級(jí)旋風(fēng)分離器運(yùn)行良好，進(jìn)入三機(jī)組的煙氣中催化劑質(zhì)量濃度降到160mg/m3以下。三機(jī)組電機(jī)軸承倉油封運(yùn)行正常，軸流風(fēng)機(jī)效率提高，三機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)得到優(yōu)化，煙機(jī)軸振動(dòng)值維持正常，保持在50μm以下，電機(jī)電流控制在200A左右，煙機(jī)做功效率在80%以上，三機(jī)組每天的用電量控制在36 000kWh左右。

4.4 改造前后裝置綜合能耗變化狀況

為了更好地認(rèn)識(shí)裝置節(jié)能改造的效果，對(duì)裝置2010年四季度的能耗狀況進(jìn)行核算，并與2009年的能耗進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表5。從表5可以看出，技術(shù)改造后蒸汽外輸量增加63.57MJ/t，裝置用電量減少50.58MJ/t，燒焦單耗下降313.65MJ/t，裝置綜合能耗較改造前降低421.85MJ/t，降低能耗12.13%，節(jié)能效果顯著。

表5 催化裂化裝置改造前后能耗對(duì)比 MJ/t

5 結(jié) 論

（1）通過提高反應(yīng)器封閉罩外防焦蒸汽的溫度、改變?cè)线M(jìn)料方式、進(jìn)料噴嘴改為KH－5型，在摻渣率不變的情況下，產(chǎn)品分布得到優(yōu)化，焦炭產(chǎn)率下降0.75百分點(diǎn)，總液體收率上升0.3百分點(diǎn)。

（2）通過對(duì)裝置內(nèi)蒸汽放空點(diǎn)進(jìn)行改造，與汽油切割裝置和動(dòng)力裝置建立熱聯(lián)運(yùn)，有效減少了裝置蒸汽用量，蒸汽外輸量提高。

（3）通過減少煙氣中催化劑細(xì)粉量，提高了煙氣品質(zhì)。對(duì)三機(jī)組進(jìn)行改造，使得煙機(jī)做功效率提高，不但降低了裝置用電量，而且為三機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行提供了條件。

（4）裝置改造后綜合能耗下降421.85MJ/t，降低能耗12.13%，節(jié)能效果顯著。

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