王 軍

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

石油是不可再生資源，而輕質(zhì)油的需求量遠(yuǎn)大于重質(zhì)油，隨著石油的不斷開采和使用，原油特性的變化趨勢必然是變重、變劣，而我國的原油本身就偏重。因此為了滿足工業(yè)及民用方面對輕質(zhì)油的需求，重質(zhì)油輕質(zhì)化技術(shù)變得越來越重要。從工藝原理上來講，重油輕質(zhì)化可以有兩個方向，即加氫和脫碳。重油加氫反應(yīng)對催化劑的依賴非常大，劣質(zhì)重油中含量較高的重金屬及殘?zhí)繒勾呋瘎┲卸臼Щ睿?］；加氫工藝通常需要較高的操作壓力，且氫氣爆炸極限寬（4.1%～74.2%），非常危險。脫碳工藝主要有溶劑脫瀝青、延遲焦化等工藝，其中延遲焦化工藝已經(jīng)成為當(dāng)今最常用的渣油加工工藝，工藝成熟，裝置投資費(fèi)用低，能夠加工廉價的高硫、高氮、高殘?zhí)?、高瀝青質(zhì)和高金屬含量的渣油，也可處理高酸原油、煉廠污油等。世界重油加工能力已超過864 Mt／a，約占原油一次加工能力的21%，其中焦化是當(dāng)前世界上最主要的重油加工工藝，約占重油加工總能力的30%。然而較高的能耗一直是焦化裝置的一個通病，高能耗使得裝置運(yùn)行成本增加，經(jīng)濟(jì)效益降低，因此充分利用焦化優(yōu)勢，削弱其劣勢，對降低裝置能耗有著重要的現(xiàn)實意義。

某延遲焦化裝置由加熱爐-焦炭塔系統(tǒng)、分流系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)、放空系統(tǒng)及公用工程幾部分組成，設(shè)計規(guī)模為4.2 Mt／a，設(shè)計彈性為設(shè)計原料進(jìn)料量的60%～110%。主要產(chǎn)品有干氣（170.5 kt／a）、液化 氣（184.1 kt／a）、汽 油（914.31 kt／a）、柴 油（971.61 kt／a）、蠟 油（733.81 kt／a）、重 蠟 油（125.71 kt／a）、焦炭（1.11 Mt／a）。裝置采用“兩爐四塔”的大型化工藝路線，加熱爐為具有多點(diǎn)注水和在線清焦功能的雙面輻射階梯爐，正常情況下連續(xù)運(yùn)行周期不少于660 d，熱效率不低于90%。焦化富氣采用雙塔壓縮和雙塔吸收工藝，裝置使用的氣壓機(jī)是凝氣透平驅(qū)動離心式壓縮機(jī)。焦炭的貯存和裝卸采用常規(guī)技術(shù)，即焦池貯存、抓斗裝卸，利用火車或管狀帶式輸送機(jī)運(yùn)輸焦炭［2］。該裝置投產(chǎn)后實際綜合能耗為36 kg／t（以標(biāo)煤計，下同），較設(shè)計能耗值降低約3個單位，但是中國石化延遲焦化裝置平均能耗為22.88 kg／t，遠(yuǎn)低于該焦化裝置，可見該焦化裝置的能耗還有進(jìn)一步降低的空間。

1 裝置高能耗分布情況

該延遲焦化裝置自開工投產(chǎn)以來，生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，各項指標(biāo)符合設(shè)計要求，無非計劃停工情況。與國內(nèi)其他焦化裝置相比，主要問題是能耗較高。該延遲焦化裝置設(shè)計能耗為39.01 kg／t，裝置投產(chǎn)后實際綜合能耗約為36 kg／t，雖然比設(shè)計能耗低，但與國內(nèi)先進(jìn)延遲焦化裝置相比，存在較大的差距。

在焦化裝置生產(chǎn)過程中，影響能耗的參數(shù)主要有水（新鮮水、循環(huán)水、除鹽水、除氧水、凝結(jié)水等）、蒸汽（低壓、中壓等）、電、燃料氣等的消耗或產(chǎn)生，裝置首次開工后3年內(nèi)相關(guān)能耗參數(shù)如表1所示。

表1 首次開工后前3年裝置能耗構(gòu)成

從表1數(shù)據(jù)可以看出：新鮮水、循環(huán)水、除鹽水、除氧水等在裝置能耗占比中較小，對裝置能耗影響較大的主要是燃料氣、蒸汽和電，所占比例分別是58%、28%、11%。從生產(chǎn)過程來看，裝置能耗偏高的原因如下。

（1）導(dǎo)致燃料氣消耗高的原因：加熱爐排煙溫度偏高；加熱爐燃燒不充分，火嘴結(jié)焦燃燒不好，煙氣氧含量高和爐膛負(fù)壓不在合理范圍內(nèi)；看火孔、點(diǎn)火孔存在漏風(fēng)情況；加熱爐襯里脫落；爐管結(jié)焦等，均可能導(dǎo)致加熱爐效率偏低，使燃料氣消耗偏高。此外，裝置循環(huán)比過高，大量燃料氣被用來加工循環(huán)油，也會導(dǎo)致燃料氣消耗增加。

（2）導(dǎo)致蒸汽消耗高的原因：透平做無用功；蒸汽伴熱系統(tǒng)不完好；大吹汽吹汽量過大；注氣量過大等。

（3）導(dǎo)致電消耗高的原因：部分機(jī)泵效率低和低溫?zé)崂寐实偷?。例如，焦化分餾塔塔頂油氣溫度在140℃左右，塔頂油氣經(jīng)空冷后至塔頂分液罐，其低溫?zé)嵛蠢茫铱绽浜碾娏看?。從分離塔中抽出的汽油、柴油、蠟油進(jìn)空冷前的溫度分別為150℃、200℃、150℃，大量低溫?zé)嵛幢焕?，且增加了空冷耗電量?/p>

2 節(jié)能措施

2.1 降低燃料氣消耗量

（1）日常生產(chǎn)中要加強(qiáng)巡檢，優(yōu)化操作。風(fēng)門、煙道擋板開度合適；加熱爐看火門、看火窗、防爆門無空氣泄漏進(jìn)去；加熱爐應(yīng)采用高質(zhì)量襯里，起到良好隔熱耐溫作用，防止?fàn)t墻坍塌造成熱量損失甚至發(fā)生事故；經(jīng)常清理火嘴，防止焦粉阻塞、結(jié)焦，導(dǎo)致燃燒效率低等。

（2）降低過?？諝饬?。在保證充分燃燒的情況下，降低爐子過剩空氣量可減少煙氣帶走加熱爐的熱量，有效提高焦化加熱爐效率。

（3）投用余熱回收系統(tǒng)。通過設(shè)置空氣預(yù)熱器和強(qiáng)制通風(fēng)排煙的方式，以高溫?zé)煔猓◤募訜釥t對流室出來的煙氣溫度約為250℃）來加熱入爐空氣，使其以230℃左右的溫度進(jìn)入爐膛，同時降低了排煙溫度。與自然通風(fēng)相比，余熱回收系統(tǒng)充分利用了煙氣熱量，提高了加熱爐效率。生產(chǎn)過程中要注意觀測整個余熱回收系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以保證加熱爐效率。

（4）在保證排煙溫度不低于煙氣露點(diǎn)腐蝕的前提下，進(jìn)一步回收煙氣熱量，降低排煙溫度。在投用余熱回收系統(tǒng)后，排煙溫度仍然超過200℃，且煙氣量較大，可利用這部分熱量來加熱原料，提高原料進(jìn)入輻射室的溫度，從而降低瓦斯消耗量。同時這部分熱量還可以用來加熱其他介質(zhì)，具體實現(xiàn)方式為：①在加熱爐對流室預(yù)留管排的位置上，增加2排對流排管；②在原有管排上部空間內(nèi)增加1排注水過熱排管，利用煙氣熱量提高入爐注水溫度，從而提高加熱爐效率；③增加1排0.45 MPa蒸汽過熱排管，利用煙氣余熱產(chǎn)生過熱低低壓蒸汽，降低了全場能耗。

通過改造，排煙溫度從200℃降至140℃，煙氣余熱得到充分利用，經(jīng)核算，年節(jié)能效益超過1 300萬元（相對于原設(shè)計）。加熱爐節(jié)能改造前后目標(biāo)參數(shù)對比情況見表2所示。

表2 加熱爐節(jié)能改造前后目標(biāo)參數(shù)對比

2.2 降低蒸汽消耗量

該焦化裝置投產(chǎn)后，裝置產(chǎn)生的富氣量小于設(shè)計值，導(dǎo)致壓縮機(jī)的入口氣量偏少。壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，為了保證不發(fā)生喘振，一、二段防喘振閥都處于打開的狀態(tài)，且一段防喘振閥的開度達(dá)到40%左右，相當(dāng)于有一部分氣體一直在壓縮機(jī)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，導(dǎo)致汽輪機(jī)中壓蒸汽耗量增加。為了降低能耗，對壓縮機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。經(jīng)與設(shè)計單位及壓縮機(jī)廠家探討和確認(rèn)，并經(jīng)過現(xiàn)場“防喘振閥關(guān)閉試驗”（即確認(rèn)在關(guān)閉防喘振閥時，壓縮機(jī)出口壓力仍然能夠滿足要求），最終通過整體更換壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和隔板方式，使壓縮機(jī)的工況與生產(chǎn)實際相符，以達(dá)到降低能耗的目的。

此項改造投用后，中壓蒸汽消耗量為26 t／h，比之前的34 t／h降低了8 t／h（見表3），每年節(jié)約費(fèi)用約1 000萬元。

表3 壓縮機(jī)改造前后目標(biāo)參數(shù)對比

2.3 優(yōu)化換熱流程，提高低溫?zé)崂寐?/h3>

（1）優(yōu)化柴油產(chǎn)品流程

按原設(shè)計裝置正常運(yùn)行時，柴油產(chǎn)品進(jìn)空冷器前溫度達(dá)到188℃，且流量一般大于150 t／h，如此大的熱量直接用空冷消耗，不僅浪費(fèi)了柴油的低溫?zé)?，也增加了空冷耗電量，因此有必要在柴油產(chǎn)品的流程上做優(yōu)化。原設(shè)計柴油產(chǎn)品流程如圖1所示。

圖1 原設(shè)計柴油產(chǎn)品流程

經(jīng)核算和確認(rèn)，決定在柴油產(chǎn)品進(jìn)空冷前，增加蒸汽發(fā)生器、柴油-除氧水換熱器、柴油-燃料氣換熱器。具體流程為：柴油產(chǎn)品經(jīng)泵加壓后，先進(jìn)入蒸汽發(fā)生器（112-E-120），利用余熱產(chǎn)生低低壓蒸汽，之后的柴油產(chǎn)品依次進(jìn)入柴油-除氧水換熱器（112-E-121）、柴油-燃料氣換熱器（112-E-122）、柴油-注水換熱器（112-E-119），余熱分別加熱需要發(fā)汽的除氧水和即將進(jìn)入加熱爐的燃料氣和注水（見圖2）。新流程充分利用了柴油產(chǎn)品的余熱產(chǎn)生蒸汽，同時加熱燃料氣也提高了加熱爐效率。由于加熱爐爐管用到的注水需要在加熱爐對流段換熱，故將柴油-注水換熱器放在最后，先小幅度加熱注水，既利用了柴油熱量，又不至于造成注水溫度過高發(fā)生氣阻。此項改造投用后，裝置綜合能耗明顯降低，僅柴油產(chǎn)品產(chǎn)生的低壓蒸汽一項，每年便可產(chǎn)生效益800多萬元。

圖2 改進(jìn)后的柴油產(chǎn)品流程

與柴油相似，汽油、蠟油等均可進(jìn)行類似改造，用其低溫?zé)嵩醇訜岜狙b置或鄰近的裝置需要加熱且溫度相符的介質(zhì)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.4 降低電量消耗

電的消耗量占整個裝置能耗的11%左右，僅次于瓦斯和蒸汽，通過降低耗電量來降低裝置能耗效果也是立竿見影的。

（1）通過流程優(yōu)化（如上述柴油流程優(yōu)化等）和采用變頻電機(jī)，使得空冷的使用符合實際需要，從而減少耗電量，節(jié)約電能。

（2）通過流程優(yōu)化和機(jī)泵葉輪改造，使得機(jī)泵與生產(chǎn)實際相符，避免不必要的浪費(fèi)。

按照原設(shè)計，穩(wěn)定汽油需要經(jīng)過軸功率為200 kW的穩(wěn)定汽油產(chǎn)品泵才能送出裝置。穩(wěn)定系統(tǒng)壓力一般大于0.9 MPa，經(jīng)核算，此壓力可以將汽油直接送出裝置而不需經(jīng)過泵，因此可以通過在穩(wěn)定汽油產(chǎn)品泵出入口間加一跨線，達(dá)到停用該泵、節(jié)約電能的目的。

焦化加熱爐進(jìn)料泵是焦化裝置非常重要的一個多級泵，其軸功率為732 kW，耗電量很大，再生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)其出口壓力約4.9 MPa。經(jīng)核算，為滿足現(xiàn)場系統(tǒng)實際要求，該泵出口壓力為4.7 MPa左右即可，因此可以通過切割葉輪、降低泵的級數(shù)方式來實現(xiàn)節(jié)能。

上述兩項改造投用后，裝置設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，電耗降低。機(jī)泵改造前后裝置電耗對比情況見表4。

表4 機(jī)泵改造前后裝置電耗對比

除此以外，通過關(guān)注加熱爐爐管出入口壓差及爐管溫度的變化，定期進(jìn)行爐管在線清焦，保證加熱爐熱效率；大吹汽增設(shè)智能噴霧系統(tǒng)，以霧化除氧水代替部分低壓蒸汽，降低低壓蒸汽消耗；通過優(yōu)化設(shè)備管線吹掃方案，降低蒸汽消耗，加強(qiáng)高溫管線設(shè)備保溫修復(fù)；優(yōu)化裝置運(yùn)行，防止裝置波動造成額外的能量消耗。

實施上述措施后，裝置能耗處理量對比情況見表5。

表5 裝置能耗處理量數(shù)據(jù)對比

3 結(jié)語

通過對該延遲焦化裝置能耗現(xiàn)狀分析可知，裝置主要能耗是瓦斯、蒸汽以及電的消耗，并提出降低裝置能耗的建議：通過對加熱爐對流段及余熱回收系統(tǒng)的強(qiáng)化改造來提高加熱爐效率，降低裝置瓦斯消耗量；通過優(yōu)化換熱流程來提高低溫?zé)崂寐什a(chǎn)生蒸汽，通過壓縮機(jī)系統(tǒng)的改造達(dá)到節(jié)約中壓蒸汽的目的；通過使用系統(tǒng)自壓、變頻電機(jī)及機(jī)泵葉輪改造等方式實現(xiàn)電能的節(jié)約。實施上述措施后，經(jīng)核算，延遲焦化裝置綜合能耗由之前的36 kg／t降至29 kg／t，節(jié)能效果顯著。