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        結(jié)合系統(tǒng)優(yōu)化的含硫污水汽提塔節(jié)能改造

        2021-04-23 13:39:38李春梅張高博任正時
        煉油與化工 2021年2期
        關(guān)鍵詞:汽提板數(shù)汽提塔

        李春梅,張高博,任正時

        (1.上海利柏特工程技術(shù)有限公司珠海分公司,廣東珠海519000;2.上?;鄣霉?jié)能技術(shù)有限公司,上海200000;3.廣東省珠海市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所,廣東珠海519000)

        面臨原油劣質(zhì)化和油品質(zhì)量升級以及外排污水中NH3-N含量苛刻要求等客觀形勢,需對含硫污水汽提塔的處理能力提出更高要求,而運(yùn)行負(fù)荷的提高又使分離效率下降,蒸汽單耗增加。

        某1 000×104t/a規(guī)模的煉化廠有3套污水汽提裝置,東區(qū)污水汽提塔采用加壓側(cè)線抽氨工藝,曾因負(fù)荷不足而進(jìn)行過1次塔盤改造,繼續(xù)改造潛力不大。南區(qū)有2套污水汽提裝置,分別采用加氫側(cè)線抽氨工藝和常壓無側(cè)線工藝。目前存在的問題是東區(qū)污水汽提裝置的能耗比其它2套高25%。

        通常的改造方法是更換污水汽提塔,文中結(jié)合系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)提出了針對東區(qū)含硫污水汽提裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造的組合方案,投資較小。

        1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

        東區(qū)設(shè)有的污水汽提塔(T502/2),污水來自1#催化、焦化和柴油加氫精制裝置。污水流量58 t/h,其中1#催化裝置為30 t/h、焦化裝置為14 t/h和柴油加氫裝置為14 t/h。耗汽量18 t/h,污水平均耗蒸汽310 kg/t。T502/2的物料平衡參數(shù)、設(shè)備及其操作參數(shù)見表1、2。

        表1 T502/2物料平衡和操作參數(shù)

        表2 T502/2的設(shè)備和操作參數(shù)

        2 問題分析

        污水汽提塔的蒸汽單耗一般為120 kg/t[1~4],T502/2目前為310 kg/t,明顯偏大,說明該塔的分離效率偏低,初步分析可能是塔盤的能力受限或者塔板數(shù)不足。

        東區(qū)污水汽提塔建造較早,原設(shè)計塔板數(shù)較少,為36層,后更換為CTST塔盤,處理能力得到提高,但與原有的浮閥塔板相比,分離效率變低,導(dǎo)致蒸汽單耗較同類裝置偏高。下面就設(shè)備核算、操作狀況和塔內(nèi)結(jié)垢3個方面展開分析。

        2.1 設(shè)備核算結(jié)果分析

        T502/2的塔盤效率模擬分析核算結(jié)果和模擬計算值與實(shí)際值對比見表3。

        表3 T502/2模擬計算值與實(shí)際值對比

        從表3可以看出,目前的塔板效率僅為0.29,而塔板效率通常為0.35,說明塔板效率偏低。該塔塔底凈化水中NH3含量為160 mg/L,也顯著高于計算值46 mg/L。

        2.2 操作狀況分析

        東區(qū)污水汽提的蒸汽單耗為310 kg/t,南區(qū)同類加氫污水汽提裝置的平均單耗為250 kg/t。同時觀察側(cè)線抽出量,側(cè)線抽出比15%,同類裝置一般為10%。按照58 t/h的原料水量計算,多用蒸汽2.9 t/h,折合單耗升高50 kg/t。

        2.3 塔內(nèi)結(jié)垢情況分析

        按目前的操作條件對塔板進(jìn)行水力學(xué)核算,蒸汽用量18 t/h時,空塔氣速達(dá)到0.82 m/s,而同類塔為0.5 m/s。另一方面,該塔原料水中含有焦化裝置的含硫污水,其中含有焦粉,易造成塔板堵塞,也會導(dǎo)致塔板效率下降。

        綜上,塔底蒸汽用量偏大的原因有3個方面。(1)現(xiàn)有塔板不適應(yīng)含有焦粉的原料水;原料水中焦粉導(dǎo)致塔板的底隙堵塞;(2)本身氣速偏高,負(fù)荷偏大,導(dǎo)致霧沫夾帶,加劇了塔板堵塞的傾向;(3)塔板數(shù)少,分離能力不足,為保證產(chǎn)品質(zhì)量,不得不提高蒸汽用量,導(dǎo)致塔內(nèi)氣速偏高,加劇了霧沫夾帶和塔板堵塞。

        3 優(yōu)化思路和方案

        提高塔的處理能力和理論板數(shù),最簡便的辦法是將現(xiàn)有的板式塔改造為填料塔。填料塔的優(yōu)點(diǎn)是單位體積的處理能力高,單位高度的理論塔板數(shù)較板式塔多,但填料塔抗堵塞的能力較弱,因此不適合處理含有大量焦粉的含硫污水。因此仍然選擇板式塔。

        考慮到目前該廠有3套污水汽提裝置,采納系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)中的大系統(tǒng)思維,將3套污水汽提裝置整體考慮,發(fā)現(xiàn)南區(qū)加氫污水汽提裝置的負(fù)荷偏低,可將加氫裝置的含硫污水分流到南區(qū)加氫污水汽提中。因此提出3個方案。(1)更換新塔。將現(xiàn)有的污水汽提全塔更換為直徑更大,塔板數(shù)更多的塔;(2)負(fù)荷轉(zhuǎn)移。現(xiàn)有塔不改造,所增加的負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移到南區(qū)加氫污水汽提塔;(3)轉(zhuǎn)移+小改。南區(qū)加氫裝置不改造,對現(xiàn)有的污水汽提塔進(jìn)行小改。

        方案1:換塔。增大塔徑、增加板數(shù)和采用高效塔板。按照70 t/h處理量,蒸汽單耗250 kg/t進(jìn)行設(shè)計。在現(xiàn)有停用的T502/1位置新建該塔,建好后停用現(xiàn)在運(yùn)行的T502/2。方案1的設(shè)備核算表及塔盤水力學(xué)計算結(jié)果見表4~6。

        表4 方案1-新建T502/1的核算值

        表5 方案1-新建T502/1水力學(xué)計算匯總

        表6 方案1-新建T502/1的各參數(shù)值

        改造內(nèi)容:新增加汽提塔塔T502/1,填料段塔徑1 200 mm,塔內(nèi)件采用2段38#CMR散堆填料,每段高3 m。

        投資內(nèi)容及金額:塔體(Q245R 0Cr13)1個,塔內(nèi)件(2段填料+46層ATV+10層固舌),平臺梯子管道等。金額共計360×104元。該方案可節(jié)省1.0 MPa蒸汽3.5 t/h。項目收益441×104元/a,靜態(tài)回收期0.9 a。優(yōu)點(diǎn)是改造內(nèi)容比較集中,便于施工組織。缺點(diǎn)是施工周期較長,投資大。

        方案2:負(fù)荷轉(zhuǎn)移。將東區(qū)的污水量部分轉(zhuǎn)移到南區(qū)污水汽提塔,降低T502/2的處理量。將加氫污水轉(zhuǎn)移進(jìn)入南區(qū)污水汽提塔。但需對南區(qū)加氫污水裝置T201進(jìn)行擴(kuò)能改造。T201設(shè)備核算和塔盤水力學(xué)計算結(jié)果見表7、8。

        表7 方案2-T201開孔率和降液板面積(優(yōu)化后)

        表8 方案2-酸性水汽提塔T201設(shè)計數(shù)據(jù)水力學(xué)計算值

        T201擴(kuò)能改造內(nèi)容:塔盤(更換18~49層塔盤,其余利舊),填料(第2填料段填料由原38#更換為50#散堆填料)。投資金額50×104元。該方案可節(jié)省1.0 MPa蒸汽0.84 t/h。收益105.8×104元/a,靜態(tài)回收期0.5 a。優(yōu)點(diǎn)是改造工作量小,缺點(diǎn)是節(jié)汽量小,效益較差。

        方案3:轉(zhuǎn)移和小改。對東區(qū)污水汽提塔進(jìn)行小改。在下段增加1段塔段,更換全塔塔板。基礎(chǔ)無需改造,檢修期間即可完成。T502/2塔盤水力學(xué)計算結(jié)果見表9、10。

        表9 方案3-T502/2水力學(xué)計算匯總

        表10 方案3-改造T502/2的各參數(shù)值

        T502/2擴(kuò)能改造內(nèi)容:在下段增加1段塔段(塔徑1 600 mm,塔高3 m),將全塔塔板更換為ATV高效浮閥塔盤。該方案可節(jié)省1.0 MPa的蒸汽3 t/h。收益390×104元/a,靜態(tài)回收期0.4 a。優(yōu)點(diǎn)是效益較好,改造工作量不大。

        3種方案各有優(yōu)缺點(diǎn),改造內(nèi)容、改造周期、投資、效益見表11。

        表11 3方案對比

        對比發(fā)現(xiàn)方案3投資較少、效益較好。

        4 結(jié)論

        方案3首先采用系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行源頭優(yōu)化,將部分比較難處理的含硫污水轉(zhuǎn)移至另外1套污水汽提裝置,然后對該污水汽提塔進(jìn)行改造。下段增加1個塔段以增加塔板數(shù),同時將其它塔板更換為高效塔板后,蒸汽可節(jié)約3 t/h,投資費(fèi)用也較低。與傳統(tǒng)的改造技術(shù)相比,該方案保持原有的污水汽提塔塔徑不變,塔基礎(chǔ)不用更換,大大降低了改造費(fèi)用和難度,并節(jié)約較多蒸汽,開創(chuàng)了以節(jié)能為驅(qū)動的改造先例。

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