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        化工區(qū)火炬氣回收技術(shù)探討與實(shí)踐

        2020-04-08 04:58:42唐旭東
        石油石化綠色低碳 2020年1期
        關(guān)鍵詞:氣柜水封干式

        唐旭東

        (中國石化廣州分公司,廣州 510726)

        1 廣州分公司化工區(qū)火炬氣排放總體情況

        目前,各裝置排放氣除少部分回收外,其余全部排入化工區(qū)火炬氣管網(wǎng)?;^(qū)主火炬系統(tǒng)Y-4501負(fù)責(zé)各主體裝置火炬氣處理任務(wù),主火炬設(shè)計最大處理能力為615 t/h,無煙燃料按最大能力10%設(shè)計?;^(qū)火炬氣管網(wǎng)排放氣典型組成情況見表1。

        表1 廣州石化化工區(qū)火炬排放氣典型組成

        續(xù)表

        由表1可以看出,化工區(qū)火炬氣中惰性氣體為氮?dú)猓渌扇細(xì)庵饕獮闅錃夂图淄?,其中氫氣體積分?jǐn)?shù)10%~20%,基本不含硫、水。經(jīng)統(tǒng)計并測算,平均分子量26.98、體積流量2 750 m3/h、質(zhì)量流量3.312 t/h,有效熱值約8.37 MJ/m3,等效天然氣量為647 m3/h,目前這些可燃?xì)庵饕ㄟ^火炬燃燒的方式進(jìn)行排放處理。這些火炬氣若回收用于燃料氣,相當(dāng)?shù)刃в谌紵龢?biāo)準(zhǔn)煤約785 kg產(chǎn)生的熱量,若按一年8 000 h計算,相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約6 280 t/a。

        2 火炬氣回收方案討論

        2.1 其他企業(yè)情況

        A公司火炬氣回收項(xiàng)目2008年投用。據(jù)介紹,火炬氣回收并網(wǎng)后,對裂解爐NOx排放和熱場分布無大的影響。壓縮機(jī)能力為3×1 t/h,兩開一備,回收火炬氣1~2 t/h,選用螺桿壓縮機(jī),根據(jù)火炬氣量選擇壓縮機(jī)運(yùn)行模式。但由于機(jī)組冷卻采用柴油噴淋,導(dǎo)致燃料氣管網(wǎng)中經(jīng)常有柴油積累,需定期排放處理,工作量較大,并影響爐子燒嘴燃燒。

        B公司火炬氣回收系統(tǒng)利舊1臺10 190 m3濕式氣柜,1臺螺桿壓縮機(jī)(900 m3/h),在氣柜出入口都裝有過濾設(shè)施,在壓縮機(jī)入口設(shè)有汽液分離罐?;厥?.1~0.5 t/h火炬氣,其中20%回收氣并入燃料氣管網(wǎng)自用,其余送往全廠瓦斯管網(wǎng)?;鹁鏆庹剂呀馊剂蠚獗壤?%~5%,火炬氣中氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)在50%~60%之間,對裂解爐NOx排放和熱場分布無不良影響。但濕式氣柜投用后效果不理想。

        2.2 氣柜方案比選

        壓縮機(jī)和氣柜是火炬氣回收系統(tǒng)中非常重要的設(shè)備,其選型直接關(guān)系到整個工藝方案是否可行,為此,特比選相關(guān)方案。

        儲氣柜按密封介質(zhì)分為濕式和干式。濕式氣柜隨儲氣柜塔節(jié)的增減而改變,壓力是波動的,干式氣柜壓力穩(wěn)定;濕式氣柜柜內(nèi)氣體濕度大,出口燃?xì)夂扛撸墒綒夤駜Υ鏆怏w干燥;濕式氣柜需要保溫,蒸汽用量大,而干式氣柜雖也有蒸汽管加熱,但耗熱量少;濕式氣柜空間利用率低,占地面積較大,而干式氣柜儲氣空間大,占地面積?。皇褂脡勖矫?,干式氣柜50年,明顯長于濕式氣柜的30年;抗震等性能方面,濕式氣柜由于水槽上部塔節(jié)為浮動結(jié)構(gòu),易造成塔體傾斜,產(chǎn)生導(dǎo)輪錯動、脫軌、卡住等現(xiàn)象,而干式氣柜活塞不受強(qiáng)風(fēng)和冰雪影響;在氣柜的基礎(chǔ)處理方面,濕式氣柜因水槽內(nèi)水量大,在軟土地基上建罐需進(jìn)行基礎(chǔ)處理,而干式氣柜自重輕,地基處理簡單;但在罐體耗鋼量、罐體造價和安裝精度要求方面,濕式氣柜則明顯低于干式氣柜。

        綜上所述,干式氣柜性能更加優(yōu)越,可以彌補(bǔ)濕式柜的缺點(diǎn),特別是近10年來,干式氣柜在國內(nèi)各大石化企業(yè)火炬氣回收系統(tǒng)上得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]。

        2.3 壓縮機(jī)選型

        壓縮機(jī)主要有迷宮機(jī)(又稱往復(fù)式)、螺桿機(jī)和液環(huán)機(jī)3種,是火炬氣回收裝置中重要設(shè)備,需要對相關(guān)介質(zhì)具有很好的適應(yīng)能力,故障率要低。壓縮機(jī)的選擇因火炬氣的流量和組成波動大比較困難,需要對火炬氣的流量和組成進(jìn)行長期測定[4]。

        在火炬回收系統(tǒng)上,迷宮式和螺桿式壓縮機(jī)均可以應(yīng)用,結(jié)合廣州石化化工區(qū)裝置火炬氣的組成特點(diǎn),經(jīng)過反復(fù)對比,最終選用螺桿式壓縮機(jī),主要考慮是:

        1)在廣州石化化工區(qū)裂解裝置已有1套運(yùn)行了10年的火炬回收系統(tǒng),采用的是螺桿壓縮機(jī),運(yùn)行狀態(tài)很好。廣州石化對螺桿壓縮機(jī)的操作、管理成熟、檢修經(jīng)驗(yàn)豐富。

        2)螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)方便。無迷宮式壓縮機(jī)吸排氣閥、活塞環(huán)等影響設(shè)備長周期運(yùn)行的易損件。

        3)螺桿壓縮機(jī)的備件儲備量少,積壓和占用資金較少。

        4)螺桿壓縮機(jī)檢維修費(fèi)用較低,檢修時需要更換的易損件少。

        5)由于化工區(qū)各裝置火炬氣組成變化較大,而同等參數(shù)下,螺桿機(jī)比迷宮機(jī)的單機(jī)壓比大,排氣受背壓影響較小,流量和壓力基本不受氣體分子量的影響。因此,有利于設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

        6)化工區(qū)火炬氣在裝置事故狀態(tài)下攜帶大量乙烯、丙烯、丁二烯等烯烴類物料,容易發(fā)生自聚。尤其是裂解排出氣體在壓縮過程中容易在氣閥和活塞環(huán)聚合堵塞,影響機(jī)組運(yùn)行。螺桿式壓縮機(jī)對帶有顆粒的氣體和污染不敏感,特別適合有聚合傾向的火炬氣氣體。

        3 化工區(qū)火炬氣回收項(xiàng)目實(shí)踐

        經(jīng)過調(diào)研比選,廣州石化決定在化工區(qū)聚丙烯(一)裝置南面空地建設(shè)化工區(qū)回收火炬氣為可燃?xì)忭?xiàng)目。裝置于2018年11月底建成投用。

        總體而言,裝置投產(chǎn)以來運(yùn)行平穩(wěn),管網(wǎng)火炬氣基本得到回收,達(dá)到預(yù)期目的。截至2019年6月底,裝置已安全平穩(wěn)運(yùn)行7個月,氣柜隨著氣量大小浮動自如,標(biāo)桿在5~12米范圍內(nèi)波動,兩臺壓縮機(jī)按控制程序交替開停。2019年5月13日至17日共4天的裝置標(biāo)定數(shù)據(jù)表明,火炬氣回收系統(tǒng)平均回收氣量為2 500 m3/h,正常生產(chǎn)情況下的化工區(qū)火炬氣基本可以全部回收,外送入燃料氣管網(wǎng),對下游各燃燒爐NOx排放和熱場分布無不良影響。

        3.1 存在的問題及改進(jìn)

        1)運(yùn)行壓力無法達(dá)到要求

        在試運(yùn)行過程中,原有火炬系統(tǒng)缺少火炬水封罐液位顯示和控制手段,水封壓力達(dá)不到運(yùn)行要求,造成裝置氣柜不能正常進(jìn)氣。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),主要原因是現(xiàn)有火炬系統(tǒng)火炬氣水封罐實(shí)際水封壓力2.6~3.0 kPa,低于水封罐資料設(shè)計壓力4.0 kPa(6.0 kPa),火炬氣總管的壓力在2.0~2.5 kPa,低于操作壓力3.0 kPa;氣柜工作壓力是2.42 kPa,管道摩阻約0.35 kPa,總管壓力低于氣柜工作壓力+管道摩阻,導(dǎo)致活塞無法升起,氣柜不能正常進(jìn)氣。

        因此,采取了以下措施:①增加火炬水封罐溢流管U型彎高度,相當(dāng)于提高溢流高度,先增加水封罐液位,達(dá)到提高火炬壓力的目的。②增加主火炬水封罐液位遠(yuǎn)傳指示和進(jìn)水、出水調(diào)節(jié)閥,自動控制水封罐液位,達(dá)到穩(wěn)定火炬管網(wǎng)壓力的目的,同時增加主火炬處的管網(wǎng)壓力遠(yuǎn)傳指示。③完善氣柜控制方式,防止儲氣反竄回火炬總管。必要時修改聯(lián)鎖邏輯控制方式。

        上述措施實(shí)施后,裝置操作系統(tǒng)與火炬氣管網(wǎng)系統(tǒng)壓力基本平衡,回收裝置與火炬氣管網(wǎng)均運(yùn)行平穩(wěn)。

        2)氮?dú)庀牧扛哂谠O(shè)計值

        氮?dú)鈱?shí)際消耗(220 m3/h)比設(shè)計值(40 m3/h)偏差大。針對氮?dú)庥昧窟h(yuǎn)超設(shè)計值的問題,目前研究出了兩種改造方案,一是壓縮機(jī)進(jìn)端氮?dú)庵诽砑? mm孔板,二是壓縮機(jī)進(jìn)端氮?dú)庵诽砑咏刂归y,開機(jī)后僅需要做一次性調(diào)整,之后可以長久維持不變。改造計劃在2019年內(nèi)完成。

        3)裝置排放量無監(jiān)控

        雖然化工區(qū)火炬氣得到回收,但是由于各裝置排出的火炬氣是混合后進(jìn)入氣柜回收,因此在實(shí)際操作中,當(dāng)某套裝置異常排放火炬氣時,裝置操作人員無法及時知曉該裝置的排放量,從而導(dǎo)致火炬氣回收裝置的生產(chǎn)操作始終處于被動狀態(tài),加強(qiáng)各裝置放火炬的界區(qū)閥監(jiān)控才能為裝置贏得調(diào)控時機(jī)。

        4)機(jī)組電耗高

        火炬氣回收裝置電耗較高,需要優(yōu)化螺桿機(jī)運(yùn)行狀態(tài),以延長機(jī)組使用壽命,降低能耗。

        3.2 效益測算

        廣州石化化工區(qū)火炬氣回收為可燃?xì)忭?xiàng)目投用后,提升了企業(yè)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等諸方面效益。

        1)經(jīng)濟(jì)效益方面

        若按標(biāo)準(zhǔn)油折算:回收火炬氣約為2 750 m3/h,有效熱值約為8.37 MJ/m3,等效于燃燒標(biāo)準(zhǔn)油約550 kg/h產(chǎn)生的熱量,按一年360天計算,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)油約4 752 t/a。同時,消滅火炬后可節(jié)省1.0 MPa蒸汽消耗1~2 t/h,按飽和蒸汽進(jìn)行計算,燃燒鍋爐的轉(zhuǎn)換效率按60%計算(每年360天運(yùn)行),相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)油1 088~2 000 t/a。

        該項(xiàng)目一年內(nèi)回收的能量相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)油5 840~7 000 t。根據(jù)目前統(tǒng)計分析,2019年3月項(xiàng)目效益為49萬元,4月55萬元,推測年度效益為600萬元左右。

        2)環(huán)境效益方面

        碳減排方面。從火炬排放角度講回收火炬氣并沒有減少排放,回收的氣體作為可燃?xì)怏w進(jìn)行燃燒,主要是回收其能量。

        從等效能量方面考慮?;鹁鏆? 750 m3/h,有效熱值約為8.37 MJ/m3,等效于燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤約785 kg/h產(chǎn)生的熱量,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤約6 780 t/a(每年360天運(yùn)行計)。燃燒此部分標(biāo)準(zhǔn)煤會產(chǎn)生CO2約21 690 t/a,燃燒回收后的火炬氣相當(dāng)于減少了廣州石化標(biāo)準(zhǔn)煤的使用量。

        3)社會效益方面

        廣州石化化工區(qū)域地處珠三角腹地,周邊高速公路、鐵路和居民區(qū)密布,該項(xiàng)目的投用已極大改善了周邊大氣環(huán)境,造福周邊百姓,提升了企業(yè)環(huán)保形象。

        4 結(jié)論

        廣州石化公司化工區(qū)以往每年排放大量火炬氣,造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。經(jīng)過調(diào)研和技術(shù)論證,完成了化工區(qū)火炬氣回收裝置建設(shè),裝置投用后運(yùn)行平穩(wěn),外送的燃料氣對下游各燃燒爐NOx排放和熱場分布無不良影響。該項(xiàng)目不僅解決了燃燒火炬氣帶來的環(huán)境污染問題,而且還創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益,同時為廣州石化打造中國華南區(qū)域創(chuàng)新、環(huán)保示范基地,成為石化企業(yè)在節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的標(biāo)桿做貢獻(xiàn)。

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