劉春陽,張 星,謝恪謙
(中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司,山東 青島 266071)
某石化公司的120 萬噸/年催化裂化裝置的分餾塔頂冷卻系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中,由于塔頂油氣冷卻后終溫過高以及冷卻系統(tǒng)的總壓降過大,造成過多的油氣進(jìn)入富氣壓縮機(jī)且壓縮機(jī)入口的壓力偏低,導(dǎo)致壓縮機(jī)的負(fù)荷過大,能耗偏高。為了解決這一生產(chǎn)瓶頸,通過PROII 對(duì)整個(gè)分餾及吸收穩(wěn)定流程進(jìn)行模擬,通過HTRI 軟件對(duì)單臺(tái)位換熱器進(jìn)行模擬計(jì)算,選擇更加合理的冷卻流程排布,對(duì)分餾塔頂?shù)睦鋮s系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造,來解決換熱終溫高、系統(tǒng)壓降大的問題,降低富氣壓縮機(jī)的能耗,節(jié)約操作費(fèi)用的投入。
催化裂化分餾塔頂油氣從分餾塔頂線進(jìn)入冷卻系統(tǒng),經(jīng)過多級(jí)換熱器冷卻為氣液兩相后,進(jìn)入分餾塔頂油氣分離器進(jìn)行氣液分離。液相粗汽油組分送入吸收塔作為富氣的吸收劑,氣相輕烴組分由分離器頂部進(jìn)入富氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。油氣分離器中的溫度,取決于分餾塔頂冷卻系統(tǒng)的冷卻效果,而油氣從提升管反應(yīng)器出口到壓縮機(jī)入口之間經(jīng)過的分餾塔與塔頂冷卻系統(tǒng)的壓降,則影響了富氣壓縮機(jī)的入口壓力。
某石化公司分餾塔頂冷卻及分離系統(tǒng)流程示意圖見圖1。從圖1 看出,催化裂化裝置的分餾塔頂換熱系統(tǒng)采用兩級(jí)冷卻,第一級(jí)冷卻由6 臺(tái)熱水換熱器及8 片空氣冷卻器并聯(lián)操作組成,冷卻后的油氣先匯集到集合總管,再分六路進(jìn)入6組循環(huán)水冷卻器組成的第二級(jí)冷卻,每組由2 臺(tái)循環(huán)水換熱器串聯(lián)而成。
1)在實(shí)際生產(chǎn)操作過程中,第一級(jí)冷卻中并聯(lián)使用的熱水換熱器和空氣冷卻器因?yàn)閴航档牟煌?,造成油氣的偏流?yán)重,需要通過不斷調(diào)節(jié)每一路上的手閥來調(diào)節(jié)每一路的流量,既增加了管路的壓降又增加了調(diào)節(jié)的難度與工作量,并且由于并聯(lián)的換熱器臺(tái)數(shù)過多,造成每一路上的油氣線速偏低,換熱效率差且壓降大,并聯(lián)的空冷器影響了油氣低溫?zé)岬某浞只厥铡?/p>
2)油氣經(jīng)過兩級(jí)冷卻后的終溫接近60℃,與原本工藝設(shè)計(jì)溫度40℃偏差較大。由于上述塔頂冷卻系統(tǒng)存在的問題,使得后續(xù)分餾塔頂油氣分離器中的溫度偏高、壓力偏低,導(dǎo)致大量原本應(yīng)當(dāng)冷卻為液相的輕烴(主要是碳三至碳六組分)仍保持氣相狀態(tài),伴隨富氣進(jìn)入富氣壓縮機(jī)系統(tǒng),極大的增加了富氣壓縮機(jī)的功率與動(dòng)力蒸汽的消耗,影響壓縮機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行,更制約了裝置的滿負(fù)荷運(yùn)行。
圖1 分餾塔頂冷卻及分離系統(tǒng)流程示意圖
3)冷卻后的粗汽油作為吸收劑進(jìn)入吸收塔中對(duì)富氣中的重組分進(jìn)行吸收,由于吸收是一個(gè)放熱過程,且低溫有利于吸收過程的發(fā)生,一般將吸收塔內(nèi)的溫度控制在50℃以下,來保證吸收的效果。溫度過高的粗汽油吸收劑直接影響塔內(nèi)的吸收效果,可能造成貧氣中重組分夾帶過多,為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,只能通過增加穩(wěn)定汽油吸收劑循環(huán)量和增加循環(huán)水冷卻器中段冷卻量的方式彌補(bǔ),導(dǎo)致水耗與電耗的增加,操作費(fèi)用升高。
優(yōu)化后的分餾塔頂冷卻系統(tǒng),由原本的兩級(jí)冷卻改為三級(jí)冷卻,塔頂油氣先后經(jīng)過熱水換熱器、空冷器和循環(huán)水冷卻器,具體方案如下:
1)塔頂油氣總管從分餾塔頂引出后分為五路,每一路設(shè)置一臺(tái)熱水換熱器、兩臺(tái)空冷器和一臺(tái)循環(huán)水冷卻器三級(jí)冷卻。第一級(jí)通過熱媒水將油氣由120℃冷卻至90℃。第二級(jí)使用空冷器將油氣冷卻到55℃,第三級(jí)使用循環(huán)水冷卻至40℃。
2)設(shè)備對(duì)稱布置,熱水換熱器移至分餾塔構(gòu)架頂層平臺(tái),原有BES 型式熱水換熱器更換為BJS 型式。
優(yōu)化后分餾塔頂冷卻系統(tǒng)排布示意圖見圖2。
1)第一級(jí)冷卻取消空冷器,全部使用熱水換熱器,盡可能多的回收分餾塔頂油氣的低溫?zé)帷?/p>
2)第二級(jí)使用空冷器冷卻,降低了第三級(jí)冷卻的入口溫度,減少冷卻循環(huán)水的使用量。且該石化公司所在位置,全年平均溫度低,冬季室外溫度很低時(shí),甚至可以停用第三級(jí)的循環(huán)水冷卻而滿足40℃的冷卻終溫要求,大大節(jié)省操作費(fèi)用。
圖2 優(yōu)化后分餾塔頂冷卻系統(tǒng)排布示意圖
3)減少每一級(jí)冷卻并聯(lián)的換熱器臺(tái)數(shù),提高換熱管內(nèi)的油氣流速,強(qiáng)化換熱效果,降低所需換熱面積,縮減換熱器體積。
4)抬高熱水換熱器在構(gòu)架上的位置,保證了油氣步步低流動(dòng),有效降低系統(tǒng)壓降。
5)BES 型式改為BJS 型式,進(jìn)一步降低了熱水換熱器內(nèi)油氣側(cè)的壓降。
使用PROII 軟件對(duì)該催化裂化裝置分餾及吸收穩(wěn)定部分的原有流程及優(yōu)化后流程進(jìn)行全流程的模擬,使用HTRI 軟件對(duì)優(yōu)化前后的換熱器、空冷器進(jìn)行計(jì)算,來比較改造前后的效果。如表1 所示,經(jīng)過優(yōu)化后的塔頂冷卻流程,壓降由原本的0.1MPa 降低到0.055MPa,溫度由原本的冷后終溫約60℃降低到40℃。經(jīng)過優(yōu)化后,分餾塔頂油氣分離器進(jìn)入富氣壓縮機(jī)一級(jí)入口的氣相量由72874kg/h 降低到44698kg/h。通過表2 能夠看出,優(yōu)化后富氣中的C5、C6 含量大幅度的下降,重組分更多冷卻為液相進(jìn)入粗汽油中,一級(jí)壓縮機(jī)功率由1582kW 降低到1052kW,功率顯著降低。折算能夠降低氣壓機(jī)動(dòng)力3.5MPa 中壓蒸汽消耗量10t/h。優(yōu)化后增加熱水回收的低溫?zé)?750kW,節(jié)約裝置能耗1.37kg 標(biāo)油/t 原料,約1644 噸標(biāo)油/年,帶來經(jīng)濟(jì)效益約500 萬元。由于本次改造換熱器、空冷器全部利舊,局部進(jìn)行改造,因此投資不大,一年即可收回改造投資。
表1 優(yōu)化前后工藝數(shù)據(jù)表
優(yōu)化排布的冷卻流程保證了油氣的正常冷卻和油氣低溫?zé)岬某浞只厥?,減少了冷卻循環(huán)水的消耗量,保證了吸收塔的吸收效果,提高了富氣壓縮機(jī)的入口壓力,同時(shí)降低了入口的富氣量,從而減輕了整個(gè)富氣壓縮機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷,節(jié)省了動(dòng)力中壓蒸汽的消耗量,不但解決了提高產(chǎn)能的瓶頸,并能夠?yàn)闊拸S節(jié)約生產(chǎn)操作投入每年約500 萬元,優(yōu)化效果顯著。
表2 富氣壓縮機(jī)一級(jí)入口組成表