中國石化潤滑油有限公司上海分公司

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,能源供需平衡壓力也日益增大。潤滑油行業(yè)作為石油加工行業(yè)末端的能耗較大的產(chǎn)業(yè),面臨巨大的壓力,許多潤滑油企業(yè)通過技術(shù)改造、優(yōu)化物流、精益生產(chǎn)來提高生產(chǎn)效率,降低能耗。大批先進(jìn)的潤滑油生產(chǎn)工藝和裝置已被引入現(xiàn)今的潤滑油生產(chǎn)中來,其中SMB(同步計(jì)量調(diào)合系統(tǒng))、ABB(自動(dòng)批量調(diào)合系統(tǒng))以及ILB(在線調(diào)合系統(tǒng))是較為先進(jìn)的現(xiàn)代潤滑油調(diào)合生產(chǎn)工藝。

中國石化潤滑油有限公司上海分公司(以下簡稱上海分公司)于2008年采用了SMB、ABB調(diào)合生產(chǎn)工藝,通過3.5×105t/a調(diào)合設(shè)施改造項(xiàng)目,使?jié)櫥驼{(diào)合能力大大提升。從調(diào)合工藝來看,目前上海分公司主要采用了罐式調(diào)合,未實(shí)現(xiàn)ILB在線管道調(diào)合。除了先進(jìn)的SMB、ABB采用氣動(dòng)脈沖混合方式調(diào)合外,其他主要的調(diào)合方式為機(jī)械攪拌調(diào)合和泵循環(huán)調(diào)合。目前,上海分公司基礎(chǔ)油儲(chǔ)存輸轉(zhuǎn)量較大,潤滑油調(diào)合品種多,灌裝發(fā)運(yùn)方式多樣化,實(shí)際生產(chǎn)過程中,常常出現(xiàn)整罐基礎(chǔ)油、成品罐頻繁地加熱、切換等情況,易造成生產(chǎn)周期長、蒸汽能耗大、調(diào)合效率低。

本文對(duì)調(diào)合罐加熱原理、加熱方式進(jìn)行了分析,針對(duì)現(xiàn)有調(diào)合罐加熱方式存在的問題,制定出最優(yōu)的加熱系統(tǒng)改造方案,從而發(fā)揮設(shè)備的最大調(diào)合能力,提高調(diào)合效率,降低蒸汽能耗。

上海分公司潤滑油現(xiàn)有調(diào)合加熱方式存在問題

上海分公司基礎(chǔ)油罐、成品調(diào)合罐的加熱系統(tǒng)均為罐內(nèi)蒸汽排管,其中基礎(chǔ)油管的罐容為3 180.9 m3,換熱面積為30 m2,成品調(diào)合罐的罐容為495 m3,換熱面積為10m2,使用氣動(dòng)脈沖混合方式。罐內(nèi)加熱器的工藝流程見圖1。

整個(gè)調(diào)合輸轉(zhuǎn)發(fā)運(yùn)環(huán)節(jié)中存在的問題如下：

蒸汽能耗高

根據(jù)生產(chǎn)流程,基礎(chǔ)油從基礎(chǔ)油罐泵輸至成品調(diào)合罐后,再進(jìn)行加溫調(diào)合。當(dāng)只需輸送少量基礎(chǔ)油時(shí),卻需要預(yù)先加熱整個(gè)基礎(chǔ)油罐內(nèi)的油品至45～50 ℃,這使得蒸汽熱能的有效利用率低,蒸汽能耗居高不下。

生產(chǎn)周期長

當(dāng)基礎(chǔ)油和添加劑進(jìn)入成品調(diào)合罐后,需要再加熱至調(diào)合溫度(≤60 ℃)后進(jìn)行攪拌,成品罐內(nèi)的金屬軋制翅片加熱器換熱面積僅10 m2,平均溫升約為0.8 ℃/h。夏季加熱到油品的調(diào)合溫度需要2～3天,而冬季則需要3～4天,這就延長了油品的調(diào)合周期,降低了生產(chǎn)效率。

油品質(zhì)量難以控制

由于利用蒸汽排管加熱時(shí),油品的整體溫升分布不均衡,翅片式加熱器周邊的油品溫度高,而離加熱器較遠(yuǎn)的油品溫度低,因此在加熱時(shí)需要同時(shí)進(jìn)行攪拌,否則容易造成局部過熱導(dǎo)致油品變質(zhì)。但由于攪拌形式是利用壓縮空氣的脈沖攪拌,如果攪拌時(shí)間過長,也易造成油品氧化,影響油品的質(zhì)量。

潤滑油調(diào)合加熱原理

按照熱流體的接觸情況,工業(yè)上的傳熱過程分為3種基本方式：直接接觸式傳熱、間壁式傳熱、蓄熱式傳熱。

圖1 罐內(nèi)加熱器的工藝流程示意

潤滑油調(diào)合罐的加熱系統(tǒng)采用間壁式傳熱的方式,即熱流體通過間壁將熱量傳遞給冷流體。起加熱作用的熱載體稱為加熱劑。工業(yè)上常用的加熱劑有熱水、飽和蒸汽、礦物油、聯(lián)苯混合物(俗稱道生油)、熔鹽和煙道氣等,它們所適用的溫度范圍見表1。

根據(jù)傳熱機(jī)理的不同,熱量傳遞又分為3種基本方式：熱傳導(dǎo)、對(duì)流給熱和輻射傳熱。不管以何種方式傳熱,熱量傳遞總是由高溫向低溫傳遞。潤滑油生產(chǎn)中,大量遇到的是流體在流過固體表面時(shí)與該表面所發(fā)生的熱量交換,這一過程稱為對(duì)流給熱。

對(duì)流給熱是流體流動(dòng)與熱傳導(dǎo)協(xié)同作用的結(jié)果,流體對(duì)壁面的熱流密度因流動(dòng)而增大。根據(jù)引起流動(dòng)的原因,可將對(duì)流給熱分為強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流2類：強(qiáng)制對(duì)流指的是流體在外力,例如泵或其勢能差的作用下產(chǎn)生的宏觀流動(dòng);自然對(duì)流則是在傳熱過程因流體冷熱部分密度不同而引起的流動(dòng)。

上海分公司3.5×105t/a調(diào)合設(shè)施改造項(xiàng)目中的蒸汽由中國石化上海高橋石油化工有限公司的熱電事業(yè)部供應(yīng),使用便利。蒸汽冷凝作為一種加熱方式在潤滑油生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,在蒸汽冷凝加熱過程中,加熱介質(zhì)為飽和蒸汽。飽和蒸汽與低于其溫度的冷壁接觸時(shí),將凝結(jié)為液體,釋放出汽化潛熱,在飽和蒸汽冷凝過程中,氣液兩相共存。使用飽和蒸汽作為加熱介質(zhì)主要有2個(gè)原因：一是飽和蒸汽有恒定的溫度,二是它有較大的給熱系數(shù)。

表1 工業(yè)上常用加熱劑及其適用溫度范圍

飽和蒸汽和調(diào)合罐內(nèi)的基礎(chǔ)油在間壁式局部加熱器內(nèi)被固體壁面隔開,分別在壁面兩側(cè)流動(dòng),熱量從飽和蒸汽通過壁面?zhèn)鬟f給基礎(chǔ)油,飽和蒸汽以對(duì)流給熱的方式將熱量傳遞給壁面一側(cè),壁面以熱傳導(dǎo)方式將熱量傳遞到壁面另一側(cè),再以對(duì)流給熱方式傳遞到基礎(chǔ)油。飽和蒸氣釋放熱量可按公式(1)計(jì)算：

式中：

Q-飽和蒸汽釋放的熱量,W;

qm-飽和蒸汽的質(zhì)量流量,kg/s;

r-飽和蒸汽的汽化潛熱,kJ/kg;

Cp-飽和蒸汽的比熱容,kJ/(kg·℃);

T1-進(jìn)口的飽和蒸汽溫度,℃;

T2-出口的飽和蒸汽溫度,℃。

儲(chǔ)罐加熱器的選擇

儲(chǔ)罐加熱器主要分為罐內(nèi)排管式加熱器、罐外盤管式加熱器和局部加熱器。其中,前2者都屬于全面加熱器,均勻布置在罐內(nèi)或罐外壁上,適用于短時(shí)間需發(fā)送大量油品的工況;局部加熱器則布置在油罐的收發(fā)油管處,每次只加熱需要泵輸?shù)挠推贰?/p>

罐內(nèi)排管式、罐外盤管式加熱器作為傳統(tǒng)的儲(chǔ)罐加熱器,已使用了很多年,主要弊端有：

◇換熱效率低,蒸汽耗量大。傳統(tǒng)加熱器對(duì)油品的加熱是一種靜置式的自然對(duì)流給熱,其放熱系數(shù)極低。由于換熱效率低,因此冷凝水溫度高,常常隨著大量蒸汽排出。同時(shí),貼近加熱器的油品溫度過高,遠(yuǎn)離加熱器的油品溫度則較低,如果油品在加熱器的高溫面長時(shí)間滯留,極容易產(chǎn)生分解、結(jié)聚與加熱器表面結(jié)焦,嚴(yán)重阻礙熱量的傳遞,進(jìn)一步影響換熱效率。

◇加熱過程不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)只泵輸儲(chǔ)罐內(nèi)的部分油品時(shí),也要對(duì)整個(gè)罐內(nèi)的油品全部進(jìn)行加熱,加熱的油品是實(shí)際泵輸量的好幾倍,造成大量的蒸汽做了無用功。

◇罐內(nèi)各部位的油品溫度不均衡,影響油品質(zhì)量?？拷訜崞鞯挠推窚囟容^高,遠(yuǎn)離加熱器的油品溫度則較低,如果在加熱時(shí)沒有同時(shí)開啟攪拌器,將可能會(huì)影響到油品質(zhì)量。

在潤滑油調(diào)合過程中,是否選擇了適宜的調(diào)合溫度,對(duì)混合效果和油品質(zhì)量影響很大,一般控制在45～60 ℃為宜。為了節(jié)約能源、降低能耗,先降低油品儲(chǔ)存溫度,再通過局部加熱器迅速提升油品的輸送溫度,是較理想的辦法。同時(shí),與傳統(tǒng)加熱器相比,局部加熱器的加熱速度快,換熱效率高,且不易結(jié)焦,并可以對(duì)需要泵輸?shù)挠推愤M(jìn)行定量加熱,需要使用多少油品就加熱多少油品。這就避免了反復(fù)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)油品進(jìn)行加熱,也避免了超溫造成的油品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

潤滑油調(diào)合罐加熱系統(tǒng)改造方案

通過分析和研究,確定了潤滑油調(diào)合罐加熱系統(tǒng)改造方案,具體如下：

◇在基礎(chǔ)油罐上安裝局部加熱器(圖2),使油罐內(nèi)的基礎(chǔ)油通過局部加熱器加溫后進(jìn)入輸送泵,再泵送進(jìn)入成品調(diào)合罐內(nèi)。

◇在局部加熱器的出口管線上安裝Pt鉑熱電阻(圖3)測溫和PID(比例、積分和微分)調(diào)節(jié)儀來控制安裝在蒸汽管線上的流量調(diào)節(jié)閥(圖4)的開度,從而實(shí)現(xiàn)加熱溫度的自動(dòng)控制,確保局部加熱器加溫后的基礎(chǔ)油溫度不大于50 ℃,以符合輸送油品時(shí)的溫度限制規(guī)定。

◇在局部加熱器的蒸汽進(jìn)口管線上安裝3#、4#、5#和6#放空閥(位置見圖5),以便于將管線內(nèi)的冷凝水排凈。排凈冷凝水既能避免水錘現(xiàn)象損傷到局部加熱器,也能避免冬季低溫時(shí)冷凝水結(jié)冰后體積膨脹造成管線、閥門的損壞。

圖2 局部加熱器外觀

圖3 Pt鉑熱電阻外觀

圖4 流量調(diào)節(jié)閥外觀

圖5 局部加熱器的工藝流程示意

方案實(shí)施效果

加溫時(shí)間

以生產(chǎn)L-HM46抗磨液壓油(卓力)的調(diào)合為例,調(diào)合溫度要求為50～55 ℃。采用局部加熱器之前,所采用的HVI II類基礎(chǔ)油加熱至50℃的調(diào)合溫度需要48.3 h;采用局部加熱器后,由于HVI II類基礎(chǔ)油在泵輸至成品調(diào)合罐時(shí),已被加熱至40～45 ℃左右,再通過成品調(diào)合罐內(nèi)的翅片式加熱器加溫至50 ℃的調(diào)合溫度,只需要18 h,加溫時(shí)間縮短約63%。

蒸汽能耗

改造方案實(shí)施后,上海分公司生產(chǎn)中心的蒸汽能耗降低至5.28 kg標(biāo)油/t,可滿足綜合能耗指標(biāo)的目標(biāo)值要求(≤8.3 kg標(biāo)油/t)。

結(jié)束語

通過對(duì)潤滑油調(diào)合罐加熱系統(tǒng)進(jìn)行改造,2016年上海分公司在潤滑油生產(chǎn)總量同比增加6.5%的基礎(chǔ)上,耗用蒸汽總量同比下降8.6%,大大降低了蒸氣能耗,提高了調(diào)合效率,將取得顯著而持久的經(jīng)濟(jì)效益。

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