唐銘辰，郭文婷，李 林

中國(guó)石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司煉油運(yùn)行三部，甘肅蘭州730060

某公司延遲焦化裝置設(shè)計(jì)處理量120萬t/a，為一爐兩塔流程，焦炭塔生焦周期24 h，焦炭塔切塔后需要進(jìn)行小吹汽、大吹汽、給水冷焦等一系列操作。其中，大吹汽操作一般使用1.0 MPa蒸汽為介質(zhì)，主要是降低焦炭溫度，確保生焦通道暢通，為后續(xù)給水冷焦創(chuàng)造條件，同時(shí)最大限度汽提焦炭中的高溫油氣，增加裝置液體收率，并確保焦炭質(zhì)量合格［1］。大吹汽時(shí)間2 h，消耗1.0 MPa蒸汽18 t/h，年消耗1.0 MPa蒸汽在1.2萬噸以上（開工時(shí)間按8 400 h計(jì)），能源消耗量大。因此，如何通過優(yōu)化改造降低焦炭塔大吹汽過程中的蒸汽用量，顯得尤為重要。延遲焦化工藝中傳統(tǒng)的大吹汽過程用蒸汽而不用水作為冷卻介質(zhì)，主要是因?yàn)橛盟浣菇禍厮俣冗^大會(huì)造成急冷炸焦，導(dǎo)致焦炭塔生焦孔道堵塞；較大的溫降速度會(huì)對(duì)焦炭塔塔壁產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力沖擊，從而影響焦炭塔的使用壽命［2］。為實(shí)現(xiàn)大吹汽過程中的節(jié)能，部分同類裝置采用污水場(chǎng)浮渣、油泥及活性污泥［3-5］、含水污油［6］、凈化水［7-9］、高濃度污水［10］部分代替大吹汽蒸汽，在一定程度上起到了節(jié)省蒸汽的作用。但是，由于浮渣、油泥及活性污泥、含水污油成分復(fù)雜，會(huì)造成石油焦質(zhì)量的波動(dòng)；凈化水中化學(xué)需氧量（COD）較高，會(huì)導(dǎo)致冷焦污水COD高；高濃度污水水質(zhì)較差，在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的情況下，會(huì)導(dǎo)致冷焦污水水質(zhì)變差，焦池異味大。新型的以水代汽智能噴霧技術(shù)采用智能霧化器將除氧水霧化成微小液滴，代替大部分1.0 MPa蒸汽作為焦炭塔大吹汽介質(zhì)，不僅能達(dá)到降低蒸汽消耗的目的，而且能避免直接以水冷焦帶來的問題，實(shí)現(xiàn)冷焦過程的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1 技術(shù)改造原理及方案

1.1 技術(shù)改造原理

技術(shù)改造過程中以水代汽智能霧化原理如圖1所示。以1.0 MPa蒸汽作為動(dòng)力源，經(jīng)抽吸的作用形成射流與除氧水混合，通過直接熱交換，形成飽和水，然后通過高效智能霧化設(shè)備將飽和水霧化成微米級(jí)的小霧滴，以霧化飽和水替代部分1.0 MPa蒸汽作為大吹汽介質(zhì)，既避免了水直接進(jìn)入焦炭塔生焦層時(shí)因局部汽化、體積迅速膨脹而造成炸焦、堵塔的事故風(fēng)險(xiǎn)，又能促使焦層冷卻更均勻，塔壁溫度應(yīng)力影響較小。

圖1 以水代汽智能霧化原理

1.2 技術(shù)改造方案

從汽包給水泵出口引出除氧水，輸送進(jìn)入霧化器液相入口，1.0 MPa蒸汽從焦炭塔大吹汽管線引出進(jìn)入智能霧化器汽相入口，除氧水經(jīng)智能霧化器霧化后進(jìn)入焦炭塔，穿過生焦通道，降低焦炭塔內(nèi)的溫度梯度，確保焦炭塔的安全運(yùn)行，智能噴霧系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。同時(shí)，通過PLC控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制蒸汽和水的流量，大吹汽期間實(shí)行全自動(dòng)控制，可以降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖2 智能噴霧系統(tǒng)工藝流程

2 智能噴霧系統(tǒng)控制方案

智能噴霧系統(tǒng)通過PLC控制系統(tǒng)對(duì)大吹汽過程的水汽配比進(jìn)行自動(dòng)控制，在大吹汽過程中出現(xiàn)焦炭塔溫降、壓力超過給定值后，系統(tǒng)會(huì)提示報(bào)警并自動(dòng)停止運(yùn)行，除氧水控制閥自動(dòng)關(guān)閉，蒸汽控制閥保持原有閥位，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽控制閥進(jìn)行大吹汽冷焦。智能噴霧系統(tǒng)投用后，由于大吹汽介質(zhì)用量減少，為保證焦炭質(zhì)量及冷焦效果，大吹汽時(shí)間延長(zhǎng)至2.5 h，因此，該系統(tǒng)投用以來，按照表1的水汽比方案進(jìn)行控制。

表1 不同時(shí)間的水汽配比

3 技術(shù)改造效果

3.1 主要操作條件

大吹汽智能噴霧系統(tǒng)投用期間，其主要操作條件為：加熱爐出口溫度為493～499℃，焦炭塔頂壓力為0.13～0.18 MPa，1.0 MPa蒸汽壓力為0.6～1.2 MPa，除氧水溫度為94℃。

3.2 焦炭塔溫度、壓力變化情況

智能噴霧系統(tǒng)投用前后焦炭塔溫度、壓力變化情況如表2所示。由表2可知：焦炭塔上、中、下塔壁溫度及焦炭塔壓力與投用前變化不大，溫度、壓力變化趨勢(shì)與投用前一致。智能噴霧系統(tǒng)投用期間沒有發(fā)生焦炭塔壓力超標(biāo)以及管線振動(dòng)、炸焦、蒸汽水混合后水擊等其他不良后果，在大吹汽前1 h，塔壁溫度下降速度相對(duì)較快，主要是因?yàn)榇蟠灯跗诮固克囟冗€處于較高時(shí)段，與進(jìn)入焦炭塔的大吹汽介質(zhì)溫差較大，對(duì)焦炭的冷卻速率較快，溫度下降相對(duì)較快，但沒有超過設(shè)定的40℃/h溫降速率；在大吹汽1 h后，焦炭塔塔壁溫度下降速度放緩，能滿足焦炭塔冷焦的需要。

表2 投用前后焦炭塔溫度、壓力變化

3.3 蒸汽、除氧水消耗以及石油焦揮發(fā)分變化情況

智能噴霧系統(tǒng)投用前，焦炭塔大吹汽時(shí)間2 h，蒸汽消耗量36 t；智能噴霧系統(tǒng)投用后，焦炭塔大吹汽時(shí)間延長(zhǎng)至2.5 h，蒸汽消耗量20 t，除氧水消耗量11.6 t，兩者的前后變化情況如表3所示。由表3可知：智能噴霧系統(tǒng)投用后，每次大吹汽期間可節(jié)省蒸汽16 t，蒸汽耗量比投用前節(jié)省44.4%，但要增加除氧水消耗11.6 t。

智能噴霧系統(tǒng)投用前后焦炭塔中石油焦揮發(fā)分的變化情況也見表3，由表3可知：智能噴霧系統(tǒng)投用前石油焦揮發(fā)分在9.2%～9.6%；智能噴霧系統(tǒng)投用后，石油焦揮發(fā)分在8.7%～8.8%，石油焦揮發(fā)分低于投用前，主要是大吹汽時(shí)間較之前延長(zhǎng)半小時(shí)，焦炭揮發(fā)分較低，滿足NB/SHIT 0527—2019石油焦（生焦）標(biāo)準(zhǔn)中揮發(fā)分≤12%的要求。因此，智能噴霧系統(tǒng)的投用對(duì)石油焦產(chǎn)品質(zhì)量無影響，后期可根據(jù)石油焦揮發(fā)分適當(dāng)減少大吹汽時(shí)間，以便達(dá)到最佳的節(jié)能效果。

表3 投用前后蒸汽、除氧水及石油焦揮發(fā)分消耗變化

4 節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

4.1 節(jié)能效果

按照裝置年加工量120萬t、年開工時(shí)間8 400 h計(jì)算，全年焦炭塔大吹汽350次，智能噴霧裝置系統(tǒng)投用前后的能耗變化情況如表4所示。由表4可知：智能噴霧系統(tǒng)投用前每年大吹汽消耗蒸汽量12 600 t；智能噴霧系統(tǒng)投用后每年大吹汽消耗蒸汽量7 000 t，消耗除氧水4 060 t，該裝置的綜合能耗可實(shí)現(xiàn)每噸原料降低0.356 3 kgEo。

表4 投用前后能耗變化

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

大吹汽智能噴霧系統(tǒng)投用后，在降低能耗的同時(shí)，也間接增加了公司的經(jīng)濟(jì)效益，系統(tǒng)投入前后經(jīng)濟(jì)效益的比較見表5。由表5可知：大吹汽智能噴霧系統(tǒng)投用后，可節(jié)約蒸汽5 600 t/a，增加除氧水用量4 060 t/a，最終計(jì)算可得出實(shí)現(xiàn)增效94.06萬元/年。

表5 投用前后經(jīng)濟(jì)效益比較

5 結(jié)論

1）120萬t/a延遲焦化裝置大吹汽智能噴霧系統(tǒng)投用后，每次大吹汽過程節(jié)省1.0 MPa蒸汽16 t，蒸汽耗量比投用前節(jié)省44.4%，另外增加除氧水消耗11.6 t，可實(shí)現(xiàn)每噸原料降低能耗0.356 3 kgEo，實(shí)現(xiàn)增效94.06萬元/年。

2）120萬t/a延遲焦化裝置大吹汽智能噴霧系統(tǒng)投用后，大吹汽過程中焦炭塔上、中、下塔壁溫度及焦炭塔壓力與投用前變化不大，溫度、壓力變化趨勢(shì)與投用前一致，投用期間沒有發(fā)生焦炭塔壓力超標(biāo)以及管線振動(dòng)、炸焦、蒸汽水混合后水擊等其他不良后果，且石油焦揮發(fā)分較投用前略有下降，可以滿足質(zhì)量指標(biāo)要求。