周維
(中國石化長嶺煉化分公司,湖南岳陽414012)
自新冠肺炎疫情發(fā)生以來,國內(nèi)汽柴油市場需求大幅下降,煉廠原油加工量隨之降低。2020年2月,某煉廠生產(chǎn)負荷僅60%左右。為了應對市場需求變化,該煉廠對產(chǎn)品結構進行了調整,增產(chǎn)乙烯裂解原料,少產(chǎn)汽柴油。同時,1#催化裝置由于反再系統(tǒng)出現(xiàn)問題進行停工消缺,導致該煉廠100萬t/a催化柴油加氫轉化(FD2G)裝置的原料催化柴油大幅減少,負荷降至歷史最低,最低時僅為設計負荷的31.5%。因此需要根據(jù)公司產(chǎn)品結構調整要求,進行工藝優(yōu)化和調整,保證裝置的安全平穩(wěn)運行。
FD2G裝置是該煉廠汽柴油質量升級,調整產(chǎn)品結構、降低柴汽比,提高汽油生產(chǎn)能力的關鍵裝置之一,于2017年7月建成投產(chǎn)。以1#和3#催化混合柴油為原料,生產(chǎn)硫含量滿足國Ⅴ質量標準的精制柴油和汽油,同時副產(chǎn)液化氣、干氣及含硫氣體,設計規(guī)模100萬t/a,操作彈性60%~110%,滿負荷加工量為2 857 t/d,最低1 714 t/d。
裝置自投產(chǎn)以來,受氫氣供應不足的因素限制,一般正常加工負荷維持在2 400 t/d,為設計負荷的84%左右,但自2020年1月下旬以來,裝置加工量一路走低。從1月19日到4月4日,有77天時間加工量低于平時正常加工量(2 400 t/d),有51天時間加工量低于設計最低加工量(1 714 t/d)。其中2月15日到3月1日,半個月的時間里加工量甚至低于1 000 t,負荷率僅為31%~34%,創(chuàng)歷史最低負荷。
由于裝置在遠低于設計最低負荷(60%)的情況下運行,并且加大了精制柴油循環(huán)量,新鮮料少,加氫精制反應深度越來越低,精制反應器R1101溫升較難維持,導致轉化反應器R1102入口溫度低,溫升也隨之大幅度降低。一反(R1101)溫升由正常運行時的80℃左右,降低到45℃左右,二反(R1102)溫升由正常運行時的60~70℃,降低到38~45℃,反應熱嚴重不足,一反入口溫度甚至低至300℃以下。另外,溫升的不足進而導致冷氫閥位過低,溫升的調節(jié)彈性變低,容易造成后續(xù)分餾穩(wěn)定部分操作波動。
由于反應熱不足,為了保證反應部分加熱爐的入口溫度,裝置反應熱前移,加上加工量低,分餾穩(wěn)定塔底熱源——精制柴油量不足,導致分餾穩(wěn)定部分熱源不足。加熱爐F1101和F1201的供熱能力受限,設計爐管表面溫度分別為F1101≯620℃,F(xiàn)1201≯425℃。
隨著反應熱前移,分餾部分熱源減少,分餾部分加熱爐負荷增加,分餾穩(wěn)定塔底吹汽量調整、裝置產(chǎn)品中乙烯裂解石腦油比例增加等條件變化,導致裝置產(chǎn)品控制難度加大。
1)裝置超低負荷運行時,新鮮進料量僅40~50 t/h,只有裝置正常運行時的40%~50%,對反應進料泵的安全運行造成較大影響。
2)新氫量由正常運行時的32 000~35 000 m3/h,降低到超低負荷運行時的17 000~18 000 m3/h,嚴重低于新氫壓縮機的最低設計負荷,對新氫壓縮機的安全運行造成較大影響。
3)裝置正常運行時,通過蒸汽發(fā)生器回收多余熱量,控制熱高分溫度,超低負荷運行時,由于反應熱不足,需要控制蒸汽發(fā)生器回收的熱量,保障反應熱源,因此,對蒸汽發(fā)生器的安全運行造成較大影響。
裝置超低負荷運行時,反應熱不足,迫使加熱爐高負荷運行,瓦斯耗量加大,同時機泵處于低負荷運行狀態(tài),效率下降,無效動力增加,導致裝置能耗大幅度增加,綜合能耗由正常運行時的16.1 kgOE/t增加到61.4 kgOE/t,增加了281%。
裝置超低負荷運行時,幾乎所有設備均處于非設計工況運行,且偏離幅度巨大,部分流程需要進行調整,與正常運行時相比,操作控制難度顯著增加。尤其是穩(wěn)定部分操作波動變大,穩(wěn)定部分的脫丁烷塔和脫乙烷塔物料主要為液態(tài)烴和輕石腦油等輕烴組分,當處于低負荷生產(chǎn)時,輕烴產(chǎn)量較小,操作彈性變得極小,安全性變差。反應部分微小波動就會引起穩(wěn)定部分較大幅度的溫度壓力變化,嚴重時易造成安全閥啟跳。
3.1.1 柴油循環(huán)流程
圖1為裝置低負荷運行時的熱油循環(huán)流程,通過熱油循環(huán)可以在保證T1203、T1204塔底熱源足夠的前提下(柴油量≮40 t/h),盡可能提高循環(huán)柴油的溫度,從而提高原料混合溫度,提高入爐溫度,保護加熱爐的熱負荷不至于過大。
由圖1可看出,精制柴油出裝置流程上停運空冷A1203全部走副線,再通過循環(huán)線進E1112殼程再回原料罐。其中熱水換熱器E1204也可以進一步調節(jié)副線閥,控制精制柴油溫度,同時通過出裝置控制閥和去E1112的循環(huán)線閥控制循環(huán)量,從而可以根據(jù)加熱爐負荷控制原料混合溫度。
圖1 熱油循環(huán)原則流程
3.1.2 分餾塔底換熱流程
裝置在正常運行時分餾塔底重沸器是換熱器E1101(反應后生成油—塔底柴油換熱器),為在低負荷運行時保證分餾塔底熱負荷,同時讓更多反應熱為原料供熱,將E1101跨線開大,將塔底循環(huán)柴油改進F1201,增開重沸爐F1201的火嘴,加大熱負荷。通過該措施,解決了反應熱負荷不足的問題,混合原料溫度可以達到140℃以上,甚至可以帶煉部分罐區(qū)的冷料。
3.2.1 工藝控制指標
為使裝置超低負荷運行平穩(wěn),調整關鍵工藝指標,詳見表1。
表1 低負荷運行時關鍵工藝指標調整
在此關鍵工藝指標下,能維持裝置在超低負荷運行,并建立新的熱量平衡和物料平衡,降低溫升,降低柴汽比,以保證有足夠柴油用于循環(huán)維持原料罐液位。同時能保證柴油、汽油、液態(tài)烴等產(chǎn)品的質量,維持生產(chǎn)平穩(wěn)。
3.2.2 設備控制指標
為保護進料泵,同時防止偏流,進料泵后處理量仍保持90~93 t/h,同時大幅加大柴油循環(huán)量。針對蒸汽發(fā)生器低負荷的問題,調整換熱網(wǎng)絡,低控蒸汽發(fā)生器E1105入口溫度,保持在219~221℃,控制產(chǎn)汽量在1.5~3 t/h,最大限度節(jié)省反應熱少產(chǎn)汽。
超低負荷運行下,裝置操作彈性低,操作難度加大。為提高班組操作水平,多次下發(fā)作業(yè)指導書,加強班組管理。操作員緊盯裝置運行情況,勤調細調,同時加強了對機泵、高壓分離罐液位等部位的巡檢,保障了裝置運行平穩(wěn)。裝置各部分操作要點如下。
3.3.1 反應加熱爐部分
1)加強換熱,調整熱油循環(huán)量,提高原料入爐的溫度,盡量保持在275℃以上。
2)適當關小煙氣余熱回收換熱器跨線閥,增加余熱回收,提高加熱爐熱效率。
3)調節(jié)好鼓風機和引風機頻率,控制好爐膛負壓和氧含量。
4)均勻調節(jié)12個火嘴火勢大小,在不超過爐管表面最大溫度的前提下最大限度供熱。
3.3.2 分餾穩(wěn)定部分
1)控制汽提塔T1201回流量不低于3 t/h,保證精餾效果。
2)提高汽提塔吹氣量,蒸汽量按2.66 t/h控制,同時提高其回流溫度。
3)通過調節(jié)汽提塔頂空冷和水冷,提高回流罐溫度。
4)提高分餾塔塔底重沸爐F1201熱負荷,保證返塔溫度在281℃以上。
5)脫丁烷塔的液位改手動控制,保證塔的液位不發(fā)生大幅波動。
6)穩(wěn)定脫乙烷塔的壓力,塔底出裝置流量改手動控制。
7)控制穩(wěn)定部分塔熱源精制柴油的穩(wěn)定,控制流量≮40 t/h,保證脫丁烷塔和脫乙烷塔的最低熱負荷。
1)投運裝置進料泵的液力透平,每小時節(jié)約電量46 kW·h。
2)投運新氫壓縮機C1101A無級氣量調節(jié)系統(tǒng),大幅度降低了設備的無效動力,每小時節(jié)約電量1 120 kW·h。
3)充分利用低溫熱發(fā)電機組JT1401對裝置余熱進行利用,低負荷運行期間,平均每小時發(fā)電694 kW·h。
分別選取近期三個時間點,對裝置不同負荷下的產(chǎn)品分布進行了分析。三個時間點分別是4月15日至4月16日(負荷率87.3%,正常負荷);4月19日至4月20日(67%負荷);3月1日至3月2日(35%負荷)。產(chǎn)品分布情況見表2。
表2 不同負荷下的產(chǎn)品分布
表3為裝置超低負荷運行期間關鍵產(chǎn)品化驗指標,數(shù)據(jù)來源Lims系統(tǒng)。
由表3可以看出裝置超低負荷運行期間,產(chǎn)品質量保持良好,并沒有因低負荷運行而出現(xiàn)較大波動,合格率均在96%以上。
由表2所述的產(chǎn)品分布,依據(jù)公司班組經(jīng)濟核算價格體系,計算不同負荷下的效益發(fā)現(xiàn),隨著負荷的提高裝置總效益越高,噸油能耗越低。在噸油利潤上,34%超低負荷時裝置的噸油利潤最低,而67%低負荷時的噸油利潤高于高負荷時的噸油效益,主要是因為67%低負荷時,氫氣相對比較充足,此時的裝置轉化率較高,汽油收率高,所以噸油效益會更高。另外,超低負荷運行時,噸油能耗非常高,比正常負荷生產(chǎn)時增加290%,主要是因為此時裝置反應熱少,能量利用率不高,加熱爐負荷高,瓦斯用量大,噸油能耗較高。且由于裝置必須產(chǎn)出一定量精制柴油以保證汽油穩(wěn)定單元的塔底熱源,故在裝置產(chǎn)品總量下降的前提下,汽油收率降低,所以噸油利潤較低。雖然裝置超低負荷生產(chǎn)下,經(jīng)濟效益不容樂觀,但通過針對性的優(yōu)化和調整,保證了全裝置的平穩(wěn)安全運行,產(chǎn)品質量的合格,最大限度地減少了損失,為平穩(wěn)渡過市場低迷期作出了貢獻。
表3 低負荷運行時關鍵產(chǎn)品化驗指標
1)通過改精制柴油熱油循環(huán),增加分餾塔底重沸爐F1201負荷,優(yōu)化換熱網(wǎng)絡等積極措施,成功使100萬t/a催化柴油加氫轉化裝置在遠低于設計最低負荷下安全平穩(wěn)運行,產(chǎn)品質量合格率良好。
2)低負荷下熱量平衡和物料平衡會發(fā)生變化,通過精細化日常操作,找到裝置在超低負荷下的平衡點,對未來裝置平穩(wěn)運行提供指導。