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        提高柴油加氫加熱爐熱效率的措施研究

        2021-03-20 13:32:22毛旭東楊海瑞朱盼羅子明魏建濤尹文浩
        石油石化節(jié)能 2021年3期
        關(guān)鍵詞:預(yù)熱器熱效率加熱爐

        毛旭東 楊海瑞 朱盼 羅子明 魏建濤 尹文浩

        (1.中國石油天然氣股份有限公司慶陽石化分公司;2.隴東學(xué)院能源工程學(xué)院)

        隨著工業(yè)的飛速發(fā)展,能源的消耗迅速增加,工業(yè)生產(chǎn)過程中的環(huán)境問題日益凸顯。國家《新環(huán)境保護(hù)法》等安全、環(huán)保法律法規(guī)的頒布實施,國家對環(huán)保要求更加嚴(yán)厲苛刻,尤其對大氣污染治理提出了更高的要求。加熱爐作為石油煉化和工業(yè)化學(xué)品生產(chǎn)行業(yè)的重要設(shè)備,其消耗燃料為生產(chǎn)過程提供重要熱源,它消耗的燃料在整套裝置中的能源消耗比重較大,平均占到39%,加熱爐在運(yùn)行時熱效率的高低影響著煉化企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但與此同時,也不能盲目追求過高的熱效率,使得一次投資過高或產(chǎn)生尾部換熱面低溫露點(diǎn)腐蝕與黏灰堵塞的情況,影響整個裝置的長周期運(yùn)行。其中,柴油加氫裝置加熱爐里燃料消耗量在整體的能耗消耗中的占比在29%左右[1]。因此,合理提高加熱爐在運(yùn)行過程中的熱效率,降低加熱爐燃料消耗量,建設(shè)節(jié)能、環(huán)保、高效、智能的“綠色加熱爐”,對于響應(yīng)習(xí)近平總書記“綠水青山就是金山銀山”的口號和中國石油提質(zhì)增效專項行動號召,落實節(jié)能降耗措施,都有著非常積極的作用[2-3]。

        1 現(xiàn)狀及問題

        中國石油慶陽石化公司120×104t/a 柴油加氫改質(zhì)裝置由寰球公司遼寧公司設(shè)計,采用撫順研究院FHI 柴油加氫改質(zhì)異構(gòu)降凝技術(shù)。設(shè)置1 臺反應(yīng)器,裝填FF-36加氫精制催化劑和FC-14加氫改質(zhì)催化劑,爐前混氫,采用冷高分工藝流程,設(shè)計規(guī)模為120×104t/a,實際加工量為114.75×104t/a。反應(yīng)進(jìn)料加熱爐204-F101 采用雙室水平管箱式爐,爐底共設(shè)有32 臺附墻式扁平焰氣體燃燒器,有輻射室、對流室和煙囪,輻射室和對流室內(nèi)均裝有爐管,工藝介質(zhì)經(jīng)對流室進(jìn)入輻射室加熱至工藝所需溫度,以滿足生產(chǎn)工藝的需要[4]。

        為達(dá)到加氫柴油國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)和適應(yīng)市場需求,2018 年大檢修期間,對柴油加氫裝置進(jìn)行升級改造,使得加熱爐負(fù)荷增大,能耗較高。統(tǒng)計計算2018年大檢修后4個月的加熱爐熱效率,僅為91%左右。加熱爐熱效率是衡量管式加熱爐先進(jìn)性的一個重要指標(biāo),同時加熱爐的燃料消耗在裝置能耗中占相當(dāng)大的比例,嚴(yán)重制約著柴油加氫裝置節(jié)能降耗和經(jīng)濟(jì)效益的提高;因此,提高加熱爐的熱效率,減少燃料消耗是亟待解決的問題[5]。

        2 原因分析

        對于加熱爐的操作管理,運(yùn)行部在此之前就已經(jīng)制定了培訓(xùn)計劃,安排技術(shù)員對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)并考試,提高其操作技能,改善操作人員對加熱爐系統(tǒng)的認(rèn)知程度,提升其運(yùn)行保障技術(shù),確保每位員工能夠熟練掌握加熱爐的操作要點(diǎn)[6]。對于燃料氣性質(zhì),每周一、周四質(zhì)量檢測中心對裝置燃料氣進(jìn)行采樣分析,燃料氣組成和雜質(zhì)含量均達(dá)標(biāo)。排除以上原因,對于加熱爐熱效率的影響參數(shù)分為反平衡參數(shù)和正平衡參數(shù)。其中,反平衡參數(shù)包括過??諝庀禂?shù)、排煙溫度、一氧化碳等;正平衡參數(shù)主要包括進(jìn)口溫度、出口溫度、燃料溫度、燃料壓力、工質(zhì)流量、燃料消耗等?,F(xiàn)對重要的參數(shù)予以分析[7],主要有以下幾方面原因:

        1)空氣預(yù)熱器副線調(diào)閥故障。統(tǒng)計2018 年大檢修后6 個月空氣預(yù)熱器進(jìn)出口溫差月平均值統(tǒng)計,見圖1。結(jié)果顯示,溫差均低于設(shè)計值(185 ℃),空氣預(yù)熱效果差,熱效率下降。同時檢查發(fā)現(xiàn),空氣預(yù)熱器副線調(diào)閥定位器故障且作用方式反,無法投自動控制。

        圖1 空氣預(yù)熱器進(jìn)出口溫差統(tǒng)計

        2)排煙溫度高。排煙損失在加熱爐的熱損失中占很大的比例,一般情況下,排煙溫度每升高17~20 ℃,加熱爐的熱效率就下降1%左右[8-9];因此,排煙溫度是否合理是提高加熱爐熱效率的關(guān)鍵之一。對加熱爐排煙溫度近半年進(jìn)行統(tǒng)計并與熱效率最好月份對比,排煙溫度偏高是導(dǎo)致加熱爐熱效率低的另一重要原因。

        3)加熱爐負(fù)荷較大。2018 年大檢修后裝置負(fù)荷增大,隨著加熱爐負(fù)荷率的增加,不但燃料消耗量增加,而且可使排煙溫度升高[10]。對比檢修前后相同工況下加熱爐燃料氣用量可以發(fā)現(xiàn),檢修后燃料氣消耗量大幅增加,且白天與夜間空氣預(yù)熱器進(jìn)口溫度變化較大,導(dǎo)致燃料氣用量波動較大,加熱爐熱效率降低。

        3 方案編制及實施

        為了提高加熱爐的熱效率,減少燃?xì)鈸p耗,根據(jù)以上原因分析,制定了相應(yīng)的解決方案,具體措施如下:

        1)提高加熱爐進(jìn)口溫度。聯(lián)系上游裝置,優(yōu)化冷熱進(jìn)料比例,及時調(diào)整空冷,提高熱進(jìn)料流量及溫度;在確保C202進(jìn)料溫度的前提下,稍開E102殼程副線,減少反應(yīng)產(chǎn)物與脫硫化氫汽提塔底油的換熱量,提高柴油加氫進(jìn)加熱爐原料溫度,降低加熱爐進(jìn)出口溫差,加熱爐進(jìn)料流程見圖2。

        圖2 加熱爐進(jìn)料流程

        2)檢修空氣預(yù)熱器副線調(diào)閥,調(diào)整PID 參數(shù)。編制可行方案,聯(lián)系儀表專業(yè)人員對空氣預(yù)熱器副線調(diào)閥進(jìn)行檢修,檢修完成后調(diào)整PID 參數(shù),投自動運(yùn)行。

        3)調(diào)節(jié)火嘴燃燒效果,優(yōu)化操作,降低排煙溫度。運(yùn)行部組織加熱爐操作能手專門對操作人員進(jìn)行了現(xiàn)場加熱爐調(diào)整,熱效率理論計算方面等培訓(xùn),制定加熱運(yùn)行特護(hù)方案和相關(guān)考核制度,使班組操作員隨時掌握加熱爐的燃燒情況,及時進(jìn)行調(diào)整。

        4 效果分析

        1)通過提高原料中熱進(jìn)料溫度和減少反應(yīng)產(chǎn)物與脫硫化氫汽提塔底油的換熱量,使加熱爐進(jìn)料溫度提高5 ℃,加熱爐進(jìn)出口溫差減小,燃料氣消耗下降,加熱爐關(guān)鍵參數(shù)統(tǒng)計見表1。

        2)對空氣預(yù)熱器副線調(diào)閥檢修后,調(diào)閥正常,調(diào)整PID參數(shù),調(diào)閥投自動控制,空氣預(yù)熱器進(jìn)出口溫差均高于設(shè)計值185 ℃,排煙溫度平穩(wěn),空氣預(yù)熱器進(jìn)出口溫差見表2。

        3)通過對操作人員加強(qiáng)操作方法培訓(xùn),經(jīng)過一段時間的摸索操作實踐,使得加熱爐燃燒狀況有了較大的改善,排煙溫度也明顯下降,控制在120~140 ℃,加熱爐爐膛溫度均低于650 ℃,加熱爐排煙溫度比對見表3。

        表1 加熱爐關(guān)鍵參數(shù)統(tǒng)計

        表2 空氣預(yù)熱器進(jìn)出口溫差

        表3 加熱爐排煙溫度比對

        通過以上措施的實施,柴油加氫加熱爐熱效率由91.0%提高到92.3%以上,降低柴油加氫裝置燃料氣的消耗,加熱爐燃料氣、熱效率比對見表4。加熱爐每小時燃料氣消耗量由874 m3/h 降至570 m3/h,節(jié)約燃料氣304 m3/h,換算后節(jié)約0.325 t/h。若燃料氣以每噸1 000元計算,則每小時可節(jié)約325 元,月節(jié)約23.4 萬元。自措施實施后,從2020 年2—5 月共節(jié)約93.6 萬元,節(jié)省了能源和生產(chǎn)運(yùn)行成本,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益;降低了爐膛溫度,消除了爐膛超溫的安全隱患,在一定程度上降低了燃料氣燃燒產(chǎn)生的硫化物和氮氧化物等對環(huán)境的污染,具有一定的社會效益。

        表4 加熱爐燃料氣、熱效率比對

        5 結(jié)論

        1)強(qiáng)化工藝管理,嚴(yán)格控制原料進(jìn)料溫度和加熱爐進(jìn)料溫度,降低加熱爐進(jìn)出口溫差,控制氧含量在2%~4%,負(fù)壓在-50~-20 Pa,排煙溫度為120~130 ℃,減少加熱爐熱量損失。

        2) 加強(qiáng)加熱爐余熱回收利用系統(tǒng)的優(yōu)化操作,最大限度地利用煙氣余熱為進(jìn)入爐膛空氣加熱,減少排煙熱損失,降低加熱爐的排煙溫度,從而增強(qiáng)燃燒效果,減少燃料的浪費(fèi),提高加熱爐系統(tǒng)效率。

        3)加強(qiáng)現(xiàn)場巡檢,觀察火嘴燃燒情況,確保火焰短火苗、齊火焰,火焰燃燒有力。重點(diǎn)監(jiān)控加熱爐爐膛溫度,發(fā)現(xiàn)異常變化及時檢查調(diào)整爐膛燃燒情況。

        4)繼續(xù)加強(qiáng)員工操作技能培訓(xùn),固化操作方法,強(qiáng)化運(yùn)行管理,規(guī)范操作步驟,確保加熱爐運(yùn)行平穩(wěn)。

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