田玉寶

（中國石化滄州分公司，河北滄州 061000）

1 概述

瓦斯氣是煉化企業(yè)的二次產(chǎn)品，主要來源于催化裂化裝置、延遲焦化裝置和其他生產(chǎn)裝置，不同來源的瓦斯氣組成各異，主要由氫氣、甲烷、乙烷等組成，見表1。煉化企業(yè)瓦斯控制系統(tǒng)平衡控制瓦斯的生產(chǎn)、儲存與消耗，是煉化企業(yè)重要的工藝系統(tǒng)。

表1 不同來源瓦斯氣組成

2 瓦斯系統(tǒng)介紹

某煉化公司瓦斯系統(tǒng)主要由瓦斯氣產(chǎn)生裝置、20 000 m3氣柜（高20 m）、壓縮機、火炬和外購天然氣系統(tǒng)組成。該公司瓦斯氣體主要產(chǎn)自催化裂化裝置和延遲焦化裝置，其他各裝置產(chǎn)生的瓦斯氣體可直接回收進上兩套裝置的吸收穩(wěn)定系統(tǒng)[1]。常減壓裝置初常頂瓦斯和氣分C2 組分進催化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，然后隨催化干氣一起進干氣脫硫裝置，連續(xù)重整裝置、Szorb 裝置、汽柴油加氫裝置的瓦斯氣體進焦化吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，然后隨焦化干氣一起去制氫濕脫裝置，一部分作為制氫原料，另一部分進入瓦斯管網(wǎng)。各裝置少量瓦斯不能回收，則進入氣柜，氣柜氣經(jīng)壓縮機升壓后和催化干氣一起進干氣脫硫裝置，脫硫后的瓦斯氣進入瓦斯管網(wǎng)。瓦斯系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 瓦斯系統(tǒng)工藝流程

3 瓦斯系統(tǒng)運行問題及分析

瓦斯系統(tǒng)產(chǎn)耗不平衡的現(xiàn)象時有發(fā)生，瓦斯產(chǎn)大于耗，氣柜超限時，需要通過瓦斯放火炬來平衡；瓦斯產(chǎn)小于耗，系統(tǒng)瓦斯不夠時，需要通過補丙烷、天然氣來平衡，不可避免地造成了效益損失。解決這一問題的關(guān)鍵在于通過對各裝置排放瓦斯氣的分析，發(fā)現(xiàn)其組成、排放等規(guī)律，制定瓦斯平衡方案和管理措施，實現(xiàn)對瓦斯系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮，使瓦斯系統(tǒng)平穩(wěn)運行，減少瓦斯氣排放火炬，減少環(huán)境污染，降低能源損失。

4 瓦斯平衡與控制方案

瓦斯平衡與控制方案分別按裝置正常生產(chǎn)運行、事故狀態(tài)、裝置開停工三種情況制定。無論哪種方案都要重點關(guān)注瓦斯氣組成、瓦斯管網(wǎng)壓力平穩(wěn)和氣柜柜位，防止因瓦斯氣組成變化、壓力波動影響全廠工藝爐運行，同時保持氣柜低位（7 m左右）運行，留有13 m（13 000 m3）緩沖空間，預(yù)防生產(chǎn)裝置突然波動排放輕組分，氣柜沒有儲存空間，導(dǎo)致瓦斯放火炬。

4.1 裝置正常生產(chǎn)運行時瓦斯平衡

裝置正常生產(chǎn)情況下，瓦斯系統(tǒng)控制按照“產(chǎn)耗平衡、安全第一、環(huán)保優(yōu)先”的原則，結(jié)合原油性質(zhì)、各裝置生產(chǎn)方案、焦化生焦周期和氣溫變化情況等，計算各裝置瓦斯氣產(chǎn)量，制定相應(yīng)的瓦斯平衡方案，通過“事前調(diào)度”和“定量調(diào)度”，調(diào)整蒸汽鍋爐負荷，平衡系統(tǒng)瓦斯，確保瓦斯不放火炬，蒸汽系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。2020 年5 月3 日全廠瓦斯系統(tǒng)平衡情況見表2。

表2 2020 年5 月3 日全廠瓦斯平衡情況

4.1.1 石蠟基原油分煉期間瓦斯系統(tǒng)平衡

石蠟基原油每月分煉一次約2～3天，原油煉量按7 200 t/d控制，常壓裝置瓦斯產(chǎn)量減少約1 300 m3/h，瓦斯系統(tǒng)平衡方案將重新制定，在蒸汽管網(wǎng)壓力穩(wěn)定前提下，降低蒸汽鍋爐負荷，確保瓦斯系統(tǒng)產(chǎn)耗平衡，鍋爐降1 t蒸汽產(chǎn)量，少用瓦斯約100 m3。

4.1.2 焦化裝置焦炭塔切換時瓦斯系統(tǒng)平衡

焦化裝置進料量95 t/h，2 個焦炭塔切換運行，20 h 切換1 次，切換后10 min 內(nèi)干氣產(chǎn)量減少約1 500 m3，約70 min后焦炭塔進行大吹汽，大吹汽開始15 min內(nèi)干氣產(chǎn)量減少約2 000 m3，這段時間進入瓦斯系統(tǒng)的焦化干氣量減少，系統(tǒng)瓦斯壓力降低，需要提前開丙烷機或向瓦斯管網(wǎng)補天然氣，維持瓦斯系統(tǒng)平衡。如果此時焦化干氣量低于制氫裝置進料量，制氫裝置可使用天然氣或低甲烷含量的系統(tǒng)瓦斯氣補充原料。

4.1.3 瓦斯系統(tǒng)補天然氣或丙烷成本測算

當(dāng)瓦斯氣不足需要補天然氣或丙烷時，要根據(jù)二者價格和熱值（見表3）測算成本，選擇成本低的使用。

表3 天然氣和丙烷對比

由表3 可知，按體積熱值算，1 m3丙烷約合2.49 m3甲烷，按重量熱值算，1 g丙烷相當(dāng)于0.907 g甲烷。天然氣價格2.91元/m3，合4 065元/t。每小時補丙烷1 000 m3（1.964 t），需要再開一臺氣柜壓縮機，壓縮機每小時耗電700 kW·h，合計費用約8 072元（不考慮其他消耗）；如果用天然氣約2 490 m3，費用合計7 245元。丙烷與天然氣價格平衡點為3 478元，當(dāng)丙烷價格高于此值，使用天然氣節(jié)約成本。

4.1.4 系統(tǒng)瓦斯過剩時的平衡

當(dāng)系統(tǒng)瓦斯出現(xiàn)過剩時，提高蒸汽鍋爐負荷，消耗過剩瓦斯，鍋爐多產(chǎn)1 t 蒸汽，消耗瓦斯約100 m3。如果仍不能平衡過剩瓦斯時，可以采用降低延遲焦化裝置、催化裂化裝置負荷為最終手段，確保瓦斯不放火炬。焦化裝置降5 t進料量，每小時少產(chǎn)干氣約400 m3，催化裝置降5 t進料量，每小時少產(chǎn)干氣約250 m3。當(dāng)瓦斯系統(tǒng)情況好轉(zhuǎn)時，及時恢復(fù)焦化、催化裝置進料量。

4.2 裝置開停工和事故狀態(tài)下的瓦斯平衡

催化裂化裝置和延遲焦化裝置開停工或突發(fā)事故時，大量輕組分排放進瓦斯系統(tǒng)，對瓦斯平衡影響較大，如不能及時有效地降低裝置瓦斯產(chǎn)量、平衡過剩瓦斯，將造成瓦斯放火炬。

4.2.1 催化裂化裝置開工時瓦斯系統(tǒng)平衡

催化裂化裝置在開工過程中會產(chǎn)生大量干氣，在催化干氣外送前需提前將氣柜柜位降至2～3 m運行，留出約17 m（17 000 m3）空間回收催化干氣，防止因氣柜儲存空間不足導(dǎo)致瓦斯放火炬。催化裝置開工后，進料量按120 t/h控制，約有8 t（9 600 m3）干氣進入瓦斯系統(tǒng)，此時，一要及時將穩(wěn)定塔頂不凝氣改進粗氣油罐，減少不凝氣排放氣柜，二要在催化干氣外送后及時開啟再吸收塔貧柴油泵，用低溫柴油吸附催化干氣中C3 以上組分，減少催化干氣外送量，貧柴油進入再吸收塔后干氣外送減少約2 t/h（2 400 m3/h），則進入瓦斯系統(tǒng)干氣約6 t/h（7 200 m3/h），此時65 t/h蒸汽鍋爐滿負荷運行，每小時可消耗瓦斯6 500 m3，平衡過剩瓦斯，確保瓦斯不放火炬。

4.2.2 延遲焦化裝置氣壓機故障時瓦斯系統(tǒng)平衡

延遲焦化裝置進料量95 t/h，當(dāng)氣壓機聯(lián)鎖停機時，分餾塔頂油氣大量排放進氣柜，進入氣柜的瓦斯增加約12 000 m3/h，制氫裝置原料切斷，改用天然氣作原料，如果此時氣柜柜位在7 m 左右，可有約1 h緩沖空間，像這種突發(fā)緊急情況如果短時間內(nèi)氣壓機能正常開啟，氣柜增開1 臺壓縮機，蒸汽鍋爐提高負荷，可消耗過剩瓦斯，避免瓦斯放火炬。如果短時間內(nèi)氣壓機不能正常開啟，需使用立竿見影的方法平衡瓦斯，如65 t/h蒸汽鍋爐滿負荷運行，每小時可消耗瓦斯6 500 m3，蒸汽發(fā)電機提至滿負荷、污水氣提裝置提高進料量，消耗蒸汽，過剩蒸汽經(jīng)消音器放空，然后提高加氫裝置進料量、降低催化裝置進料量、增開蒸汽發(fā)電機，消耗和降低瓦斯產(chǎn)量、利用過剩蒸汽發(fā)電，此時氣柜的容量直接決定著瓦斯系統(tǒng)緩沖空間的大小。

5 瓦斯系統(tǒng)管理

瓦斯系統(tǒng)管理主要從深化信息化應(yīng)用、提高員工業(yè)務(wù)水平、建立制度3個方面開展。

5.1 深化信息化應(yīng)用

1）應(yīng)用瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控各裝置瓦斯排放量、瓦斯使用量、氣柜柜位及變化趨勢，結(jié)合監(jiān)控數(shù)據(jù)和生產(chǎn)情況，對瓦斯系統(tǒng)進行“事前調(diào)度”和“定量調(diào)度”。

2）建立天然氣和丙烷使用費用計算模型，結(jié)合兩者熱值、市場價格，選用低成本燃料補充瓦斯管網(wǎng)，僅2020年3月即降低費用約21萬元。

3）每周分析一次氣柜氣組成，回收氣柜氣中可用組分。由表1可知，氣柜氣中氫氣含量約35%，該公司增加氣柜氣進制氫裝置專線，將少量氣柜氣改進制氫裝置，回收氫氣。

5.2 提高員工業(yè)務(wù)水平

1）加強員工技能培訓(xùn)，對產(chǎn)耗瓦斯裝置操作人員進行專項操作技能培訓(xùn)，提高其在瓦斯系統(tǒng)出現(xiàn)波動時的反應(yīng)和正確處理能力。

2）精細操作，嚴(yán)格控制催化干氣和焦化干氣中C3以上組分含量小于3%，減少液化氣組分帶入瓦斯管網(wǎng)。

3）當(dāng)系統(tǒng)瓦斯不足需要長時間補充天然氣時，由于天然氣中甲烷含量約90%，將部分天然氣作為甲烷制氫裝置原料。

5.3 建立管理制度

1）建立焦化裝置切換塔提前30 min 匯報生產(chǎn)調(diào)度制度，生產(chǎn)調(diào)度統(tǒng)一協(xié)調(diào)制氫崗位、蒸汽鍋爐崗位、氣柜崗位調(diào)整操作，保證蒸汽管網(wǎng)壓力穩(wěn)定、瓦斯系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。

2）加強組織機構(gòu)管理，建立獎懲制度。成立由生產(chǎn)調(diào)度和各作業(yè)部工藝技術(shù)管理人員組成的瓦斯系統(tǒng)運行攻關(guān)組，確定攻關(guān)目標(biāo)。定期召開專題會議，分析瓦斯系統(tǒng)運行出現(xiàn)的問題，研究落實瓦斯系統(tǒng)優(yōu)化措施。同時根據(jù)優(yōu)化效益情況，給予獎懲，提高員工工作積極性。

6 火炬零排放

火炬零排放是煉化企業(yè)追求的目標(biāo)，近年來隨著工藝管理的加強，操作技能的提高，瓦斯放火炬次數(shù)逐年減少，見圖2，實現(xiàn)了正常生產(chǎn)時火炬零排放，但催化裝置、焦化裝置突發(fā)事故時，由于瓦斯排放量較大，氣柜不能全部回收，放火炬難以避免。圖2 中2019 年2 次放火炬，分別是催化裝置開工、焦化汽壓機停機期間。

7 結(jié)論

從管理角度上控制瓦斯排放，合理平衡瓦斯，可以實現(xiàn)正常生產(chǎn)時火炬零排放，為企業(yè)帶來巨大的社會效益。通過對全廠瓦斯情況的分析，回收氣柜中氫氣，選用低成本燃料補充瓦斯管網(wǎng)，可為企業(yè)增加經(jīng)濟效益。

圖2 近4年放火炬次數(shù)