(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南洛陽，471000)

某煉油廠常減壓裝置當前擁有4臺加熱爐，其中2臺常壓爐和1臺減壓爐正常運行，另外1臺為催化原料預處理單元加熱爐，預計2021年6月將投入使用。運行中的三臺加熱爐每月消耗燃料氣約5000t，是該煉油廠最大的燃料氣用戶，占全廠總消耗的1/4，待預處理單元加熱爐投用后，常減壓裝置每月燃料氣消耗將達到6000t，占比將提高至1/3。因此，燃料氣系統的穩(wěn)定對常減壓的安全平穩(wěn)運行至關重要。

1 燃料氣系統存在的問題

燃料氣系統即高壓瓦斯管網，是該煉油廠最重要的燃動系統，是全廠二十余臺加熱爐的生命線。如圖1所示，供方由1#催化干氣、2#催化干氣、焦化干氣、氣柜干氣和少量制氫解析氣組成，使用方為常減壓、重整、5套加氫、焦化、芳烴和溶劑脫瀝青等裝置的加熱爐。為保證常減壓和其他裝置加熱爐的穩(wěn)定，必須解決近年來經常出現的幾大問題：壓力大幅波動、燃料氣帶液和燃料氣硫含量超標。

圖1 某煉油廠燃料氣管網示意圖

1.1 燃料氣壓力波動

爐出口溫度平穩(wěn)率是影響常減壓裝置平穩(wěn)率評比的關鍵參數，僅常壓爐和減壓爐出口溫度2項，在該煉油廠平穩(wěn)率評分中權重高達59.3%。燃料氣壓力經常在0.4—0.6MPa之間波動，這將導致爐出口溫度出現10℃左右的起伏，是困擾常減壓裝置加熱爐平穩(wěn)運行的最大問題。如圖2所示，某日夜間燃料氣管網壓力從0.48MPa降至0.44MPa后，又上升至0.5MPa，導致減壓爐出口溫度在407—416℃之間波動。

圖2 某日夜間燃料氣管網波動對減壓爐出口溫度的影響

為了平穩(wěn)管網壓力的波動，常減壓裝置在燃料氣總管上設置有壓控閥，但當管網壓力波動速度過快，或升至過高的壓力時，該壓控閥則無法滿足生產需求，所有的調節(jié)任務都轉嫁到了后路各個爐子的主燃料氣調節(jié)閥，控制難度較大。以減壓爐為例，主燃料氣調節(jié)閥開度由減壓爐出口溫度控制，為防止減壓爐出口溫度高導致燃料氣調節(jié)閥開度過小而引發(fā)主火嘴熄滅，燃料氣調節(jié)閥設定了20%的安全開度。當燃料氣壓力突然升高，燃料氣調節(jié)閥最多只能關小到20%，若出口溫度繼續(xù)上升，只能通過現場調整各路燃料氣手閥或熄滅個別火嘴來控制爐出口溫度，操作難度和勞動強度較大。

1.2 燃料氣帶液

燃料氣帶液可分為兩種情況，一種是帶溶劑，另一種是帶油。當燃料氣帶溶劑時，由于加熱爐長明燈管線較細，溶劑中的焦粉等雜質很容易堵塞長明燈阻火器，導致長明燈燃料氣壓力快速下降而觸發(fā)“切斷長明燈燃料氣”聯鎖，2019年冬天，曾出現過一天清理三次長明燈阻火器的情況。根據該煉油廠加熱爐聯鎖保護系統設置的相關要求，本次催化原料預處理單元的加熱爐設置了“長明燈燃料氣壓力低低”觸發(fā)“切斷長明燈燃料氣和主燃料氣” 聯鎖，若發(fā)生燃料氣帶溶劑情況，預處理單元加熱爐的長明燈和主火嘴就可能會因觸發(fā)聯鎖而雙雙熄滅，一旦恢復不及時，裝置將被迫切斷進料，導致下游的重整、催化和直柴加氫裝置部分原料供應中斷，造成全廠性生產波動。

當燃料氣帶油時，若帶油的燃料氣進入加熱爐燃燒，會出現“煙筒冒黑煙、主火嘴燃料氣壓力急劇上升、爐膛溫度急劇升高、爐出口溫度急劇升高和爐膛正壓”等狀況，嚴重時有將爐底燒壞的可能。若在燃料氣脫硫過程中，油隨溶劑返回溶劑再生裝置，會引起該裝置再生塔壓力波動，氣化后的烴類隨酸性氣進入硫磺加熱爐，生成的炭粒將堵塞冷凝器出口絲網捕集器，并產出“黑硫磺”。

1.3 燃料氣硫含量超標

2019年大檢修期間，常減壓裝置加熱爐煙氣出口增設CEMS自動監(jiān)控系統，實時監(jiān)控加熱爐煙氣中的SO2、NOx和粉塵等氣態(tài)污染物濃度。此處與催化脫硫脫銷系統的CEMS有所不同，催化裝置出現SO2、NOx或粉塵濃度上升時，可通過調整雙脫塔噴水量、注堿量、塔底漿液外排量，甚至降低裝置處理量等方法來降低排放口的氣態(tài)污染物濃度。而當常減壓加熱爐煙氣中氣態(tài)污染物濃度超標時，本裝置無任何手段干預，只能聯系調度臺進行全廠性的排查和調整，耗時較長，一旦排放值超限，將會造成環(huán)保事故。

2 異常波動原因分析

2.1 燃料氣壓力波動原因

燃料氣中H2、C1、C2等輕組分占比80%左右，常溫下無法進行壓縮儲存，因此當燃料氣供應裝置或使用裝置進行工藝調整時，燃料氣的供需平衡就會被打破，隨之而來的就是燃料氣管網的壓力波動。

夏季由于氣溫影響，燃料氣管網壓力較全年其他時間偏高，常用手段是將部分富余燃料氣引至電站煤粉爐增產高壓蒸汽。而在夏季尤其是加工低硫原油期間，常減壓裝置初餾塔經常因壓力偏高，需要將部分初常頂瓦斯通過低壓系統排放進氣柜。若泄放量過大，氣柜高度將快速上升，為保證氣柜處于安全高度，大量氣柜干氣需通過催化裝置干氣脫硫塔后進入燃料氣管網。而氣柜壓縮機出口壓力最高只能達到0.73MPa，所以如果管網壓力過高，則需要電站消耗更多的燃料氣來降低管網壓力，以保證氣柜干氣順利并網。

冬季生產中，管網壓力偏低，常用做法是將液態(tài)烴引進芳烴或1#催化氣化器，經加熱升壓后補充至燃料氣管網，或直接將高壓天然氣補入管網。

以上過程均為人工調節(jié)、人工管理，操作精度不高，很難保證燃料氣管網壓力穩(wěn)定。

2021年該廠乙苯裝置也將投產，催化干氣需要經過乙苯裝置提取乙烯作為原料。催化裂化裝置所產干氣中乙烯所占比例約為15%(V/V)，且乙烯的熱值較高，乙苯裝置將此組分提取后，現有的燃料氣平衡狀態(tài)將會一定程度被打破。且脫乙烯后的催化干氣從乙苯裝置附近進入燃料氣管網，常減壓加熱爐將成為全廠燃料氣管網的末端，燃料氣品質和壓力將更難控制。

2.2 燃料氣帶液原因

催化和焦化裝置干氣脫硫塔采用甲基二乙醇胺(EDTA)作為溶劑，吸收干氣中的H2S。當出現干氣脫硫塔氣速過大、超負荷，干氣流量波動較大，干氣中雜質較多，胺液回收器分離效果變差等情況時，燃料氣帶溶劑現象就會加劇。

冬季氣溫偏低，燃料氣中若帶有C3以上較重組分，將發(fā)生燃料氣帶油情況。當前催化和焦化裝置吸收穩(wěn)定系統對干氣中C3以上組分含量有≯3%和≯5%的要求，故燃料氣中若出現帶油情況，最大的來源是氣柜干氣、液態(tài)烴補充管網或部分裝置臨時排放進燃料氣管網。

為防止燃料氣壓控閥突然關閉導致加熱爐長明燈熄滅，要求長明燈燃料氣引出點在壓控閥前，而常減壓燃料氣總壓控閥設置在分液罐之前，如圖3所示，燃料氣一旦帶液，長明燈就會出現阻火器堵塞、壓力降低和火嘴熄滅等一系列問題。

圖3 常減壓加熱爐主燃料氣和長明燈流程圖

2.3 燃料氣硫含量超標原因

常減壓加熱爐煙氣出口SO2含量通常在6—8mg/m3。某日中午10:30，加熱爐出口煙氣自動監(jiān)控系統中SO2含量突然升高，迅速突破50mg/m3，重整、加氫等裝置加熱爐出口煙氣硫含量也有不同程度的升高，持續(xù)了近30分鐘后才開始緩慢下降。查找原因，主要是1#催化加氫干氣脫硫塔處理氣柜干氣流量突增造成的。

當天低硫原油加工量19000t，加上氣溫較高，為控制初頂壓力，初常頂瓦斯部分放低壓進入低壓瓦斯，氣柜通過提高壓縮機負荷來控制氣柜高度。如圖4所示，氣柜干氣流量從3200 m3/h 上升到4600m3/h，大量的氣柜干氣處理不及，導致燃料氣硫含量超標。發(fā)現常減壓加熱爐出口煙氣硫含量超標后，及時調整兩套催化的氣柜干氣處理量配比，并將溶劑用量從19t/h提高到26t/h，燃料氣中H2S含量才逐漸恢復正常。

圖4 氣柜干氣1#催化流量、溶劑流量和常減壓加熱爐煙氣出口SO2含量趨勢圖

當催化或焦化裝置出現生產波動時，干氣流量變化大，若溶劑量調整不及時，也會出現干氣中H2S含量超標情況。

3 工藝操作控制手段

3.1 控制常減壓初餾塔放低壓速度

常減壓初常頂瓦斯經過螺桿機升壓，將凝縮油分離后的送入1#催化裝置氣壓機入口。因常減壓裝置初餾塔幾經改造，多次利舊，設計壓力較低，在加工低硫原油期間，原油中輕組分較多，為防止安全閥起跳，需要將部分初常頂瓦斯排放至低壓瓦斯系統，為控制氣柜高度，減少對燃料氣管網的沖擊，調節(jié)閥開啟速度應嚴格控制在5%/5min以內，盡可能降低對燃料氣管網的影響。

3.2 優(yōu)化兩套催化氣柜干氣回煉量配比

正常生產期間，氣柜干氣全部送至2#催化氣柜干氣脫硫塔，經過脫硫后并入燃料氣管網。夏季氣柜干氣量增大，2#催化氣柜干氣脫硫塔處理能力有限，2020年6月份引部分氣柜干氣至1#催化加氫干氣脫硫塔進行處理。為避免燃料氣帶液和硫含量超標，應控制好氣柜干氣至2套干氣脫硫裝置的流量分配，避免出現流量大幅波動或嚴重偏流等情況。

3.3 優(yōu)化原油加工模式

2020年9月底渣油加氫裝置開工后，常減壓裝置將結束長達4年之久的高低硫原油切換加工模式，輕質原油進廠比例下降，初餾塔頂壓力控制將有所改善，盡量少放、不放低壓，從而減少氣柜干氣對燃料氣管網的沖擊。

催化原料預處理單元閃蒸塔頂、常壓塔頂定壓為0.35MPa，待2021年預處理單元投產后，輕質原油全部進預處理單元進行加工，將進一步緩解常減壓裝置因初頂壓力高而放低壓的問題。

4 優(yōu)化改造方案

4.1 解決燃料氣管網壓力波動的改造方案

4.1.1 初常頂瓦斯系統優(yōu)化

螺桿機是常減壓裝置的關鍵設備，若出現停機且無法迅速恢復情況，所有初常頂瓦斯全部放低壓，氣柜無法承受，只能點燃火炬，造成較嚴重的環(huán)保事故。當初常頂瓦斯流量較大時，螺桿機會出現超過額定電流的情況。為保證螺桿機安全穩(wěn)定運行和完成原油加工任務，只能通過將初常頂瓦斯放低壓系統的方法來維持螺桿機工作電流在額定電流范圍內。初常頂瓦斯中C3以上組分高達85%，C5以上組分也在15%左右。大量的攜帶C3以上重組分的初常頂瓦斯放入低壓瓦斯系統，不僅增加了氣柜的操作難度，對常減壓裝置還將造成不小的加工損失。

減少初常頂瓦斯放低壓問題有兩種途徑，一是改造螺桿機，提高處理能力，實現將初常頂瓦斯全部送至1#催化裝置，通過螺桿機出口分液罐和1#催化裝置吸收穩(wěn)定系統，可將初常頂瓦斯中的C3以上組分全部回收；二是改造初餾塔及塔頂附屬冷換設備，一方面提高初餾塔操作壓力，另一方面提高塔頂冷卻能力，將C4以上組分盡可能多的留在初頂石腦油中，提高裝置輕液收率，同時降低加工損失。

4.1.2 燃料氣管網增上APC先控系統

當前管網補充天然氣、液態(tài)烴和電站消耗燃料氣等控制燃料氣管網壓力的手段均為人工調節(jié)，操作精度不高，很難保證燃料氣管網壓力穩(wěn)定。若將天然氣、液態(tài)烴補入量、電站燃料氣消耗量等參數和管網壓力整合建立APC先進控制系統，可進一步降低管網壓力波動。煉油廠氣柜容量較大，若納入到平衡調節(jié)中，將使得管網壓力的平穩(wěn)性進一步提高，但問題在于，如果管網調節(jié)沖擊到氣柜，燃料氣系統將再無調節(jié)手段，所以氣柜以何種方式參與進來，還有待商榷[1]。

在各裝置平穩(wěn)運行中，為實現加熱爐出口溫度穩(wěn)定，需要燃料氣管網提供穩(wěn)定的熱量。如表1所示，液態(tài)烴和天然氣組成與裝置自產干氣有很大差別，當補充進入燃料氣管網時，加熱爐消耗相同體積的混合燃料會得到不同數量的熱量，為保證出口溫度穩(wěn)定，燃料氣調節(jié)閥會發(fā)生動作，用氣量隨之發(fā)生變化，進而導致燃料氣管網壓力波動。為根本解決這一現象，可在APC先控系統中增加天然氣、液態(tài)烴和管網內燃料氣的組成分析，通過計算熱值來控制天然氣或液態(tài)烴的補入量，能夠更有效地減少燃料氣管網壓力的波動。

表1 天然氣、液態(tài)烴、催化干氣、焦化干氣組成和熱值對比

4.2 解決燃料氣帶液問題的改造方案

4.2.1 加熱爐燃料氣系統優(yōu)化

長明燈引出點在燃料氣分液罐之前，在燃料氣帶液時無調整手段。為滿足長明燈平穩(wěn)運行，同時兼顧設計規(guī)范要求，可在4臺加熱爐長明燈總線上設置一個分液罐，在出現帶液情況時可及時發(fā)現，并通過分液罐將液體排空，在實現長明燈平穩(wěn)運行的同時，可以很大程度上減少清理阻火器的工作量。

目前主燃料氣分液罐未設置液位遠傳，只能通過2小時一次的外操巡檢來確認分液罐底部是否存液，若出現短時間大量帶液情況將無法及時發(fā)現處理，對于加熱爐運行是很大的隱患?？稍谥魅剂蠚夥忠汗拊O置液位遠傳，隨時監(jiān)控燃料氣帶液情況。

4.2.2 更新2#催化裝置干氣脫硫塔的胺液回收器

2019年大改造期間，1#催化脫硫單元的2座干氣脫硫塔出口的胺液旋分器更新為胺液回收器。改造前催化干氣采樣時，需要把采樣器中殘存的胺液排凈。更新胺液回收器后，干氣采樣時再未出現排出液體的情況。因此建議在2#催化脫硫單元的2座干氣脫硫塔出口更新胺液回收器，以改善燃料氣帶溶劑問題。

4.2.3 增上輕烴回收裝置

2019年大檢修后，1#催化吸收穩(wěn)定處理能力有了很大的提升，雖然當前常減壓初常頂瓦斯可以通過1#催化吸收穩(wěn)定系統分離成干氣、液態(tài)烴和汽油產品，但由于催化回煉物料多且相當一部分輕烴富含飽和液態(tài)烴，導致液態(tài)烴中丙烯收率受限；另外焦化液態(tài)烴中飽和烴成分也較多，致使氣分裝置在目前工況下無法最大量生產丙烯。隨著渣油加氫裝置開工，催化加工量將進一步提高，因此需降低催化回煉物料量，使其滿足自產輕烴的處理能力，提高催化裝置丙烯收率和氣分裝置丙烯產量，從而確保聚丙烯裝置高負荷運行，達到企業(yè)增效的目的。

因此增上輕烴回收系統是回收常減壓初常頂瓦斯、焦化液態(tài)烴和PSA解析氣等飽和烴類最直接有效的途徑。經過輕烴回收系統的分離，干氣脫硫后可進入燃料氣管網，液態(tài)烴脫硫后可直接作為產品，既釋放了催化和氣分裝置的負荷，實現增產丙烯，又能夠減少初常頂瓦斯進入氣柜，降低燃料氣帶油的風險，初常頂瓦斯全部回收，更能有效控制常減壓裝置加工損失。

4.3 解決燃料氣硫含量超標的改造方案

各路干氣每日均有H2S含量分析，但無法做到燃料氣硫含量實時監(jiān)控?？稍?#催化、2#催化和焦化裝置干氣出裝置管線增上在線硫分析儀，實時監(jiān)控三路燃料氣供應主要裝置的干氣硫含量，若出現上升趨勢，可及時通過調整干氣或溶劑流量，從燃料氣源頭上發(fā)現問題，解決問題。

5 結語

燃料氣系統是石化企業(yè)較為龐大和復雜的公用工程，幾乎涉及煉廠所有的生產裝置，其運行狀況的好壞，直接決定了煉廠安全、環(huán)保及經濟效益[2]。通過優(yōu)化加熱爐燃料氣系統、初常頂瓦斯系統，增上輕烴回收系統、燃料氣管網APC先進控制系統和燃料氣管網在線硫分析儀等方法，可有效減少燃料氣系統異常波動，基本實現全廠各裝置加熱爐安全平穩(wěn)運行。