延遲焦化裝置焦炭塔大吹汽節(jié)能技術(shù)改造效果與分析

伍寶洲 ， 曹世凌 ， 李 艷

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽 471012)

延遲焦化裝置焦炭塔大吹汽節(jié)能技術(shù)改造效果與分析

伍寶洲 ， 曹世凌 ， 李 艷

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽 471012)

本文對中國石化洛陽分公司延遲焦化裝置焦炭塔大吹汽過程及當前主要的大吹汽工藝技術(shù)進行介紹，結(jié)合裝置實際，提出和論證焦炭塔大吹汽節(jié)能技術(shù)改造方案，并對大吹汽節(jié)能技術(shù)改造效果進行分析。

大吹汽 ； 技術(shù)改造 ； 方案 ； 節(jié)能 ； 分析

0 概述

中國石油化工股份有限公司洛陽分公司延遲焦化裝置加工規(guī)模為140萬t/a，由洛陽石油化工工程公司設(shè)計，采用目前國內(nèi)先進的“可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比”工藝流程、“一爐兩塔”工藝技術(shù)方案，設(shè)計循環(huán)比0.3，年開工時數(shù)8 400 h，焦炭塔直徑9 000 mm。焦炭塔生焦周期為20～24 h，每一周期小吹汽1.5 h，小吹汽蒸汽流量4～5 t/h；大吹汽2 h，大吹汽蒸汽流量約13 t/h。如按照生焦周期20 h計算，全年每塔大吹汽210次，兩塔每年大吹汽消耗蒸汽量約10 920 t，并且該大吹汽為間歇操作，對全廠的蒸汽管網(wǎng)壓力影響較大。

1 焦炭塔大吹汽過程及工藝技術(shù)

焦炭塔為延遲焦化核心工藝設(shè)備，其操作特點是冷熱交替循環(huán)，每周期塔內(nèi)溫度循環(huán)過程為：將經(jīng)過加熱爐加熱到約485 ℃的渣油，由塔底送入焦炭塔內(nèi)進行生焦反應(yīng)，反應(yīng)完成后，再由冷焦過程將生成的焦炭由430 ℃左右冷卻至90 ℃以下，隨后打開頂?shù)咨w用高壓水進行水力除焦，除焦結(jié)束后經(jīng)蒸汽試壓、油氣預(yù)熱等過程，將加熱爐出口約485 ℃高溫渣油送入焦炭塔進行焦化反應(yīng)，完成一個生產(chǎn)周期。其中“冷焦”過程分為小吹汽→大吹汽→小給水→大給水四個步驟，在傳統(tǒng)工藝中，小吹汽和大吹汽是利用系統(tǒng)蒸汽作為介質(zhì)，將焦炭塔內(nèi)焦炭從430 ℃左右冷卻到360 ℃左右。

焦炭塔大吹汽的作用主要是降低焦炭塔內(nèi)焦炭溫度，將焦炭塔內(nèi)焦炭溫度從430 ℃左右降低至360 ℃左右，為后續(xù)給水冷焦過程創(chuàng)造條件，同時還可以最大限度汽提出焦炭內(nèi)輕質(zhì)油，增加延遲焦化裝置液體收率，降低焦炭揮發(fā)分含量，減少焦炭收率。在延遲焦化裝置設(shè)計過程中，由于1.0 MPa蒸汽溫度較高，進行大吹汽時和高溫焦炭的傳熱溫差較小，且蒸汽密度較小、流速大、易于擴散，絕大部分延遲焦化裝置設(shè)計采用蒸汽對焦炭塔進行大吹汽。

1.1 高溫除氧水對焦炭塔大吹汽

近年來國內(nèi)很多煉油企業(yè)為焦炭塔大吹汽蒸汽消耗量，直接從焦化裝置內(nèi)的汽包引出高溫除氧水至大吹汽管線，代替蒸汽沿原有大吹汽流程進入焦炭塔內(nèi)進行降溫。由于工藝要求焦炭塔是冷熱交替過程，尤其在大吹汽初期，焦炭溫度約430 ℃，正常用蒸汽對焦炭塔大吹汽。期間溫度降低約10 ℃，如果全部用除氧水或凝結(jié)水代替蒸汽進行大吹汽，溫度降低速度很快，會造成焦炭冷卻后傳熱至焦炭塔，導(dǎo)致焦炭塔急冷，長時間往復(fù)交替，會使焦炭塔疲勞損壞，降低焦炭塔使用壽命。

1.2 大吹汽節(jié)能系統(tǒng)

延遲焦化大吹汽節(jié)能系統(tǒng)是以專用霧化器為核心，1.0 MPa蒸汽以及水進入霧化器后，在噴嘴及導(dǎo)流器件作用下，將凝結(jié)水霧化成微米級霧滴，凝結(jié)水和蒸汽在霧化器內(nèi)混合并霧化，以水霧的形式經(jīng)原有大吹汽管線進入焦炭塔，霧化后水的體積已經(jīng)進行初步膨脹，避免凝結(jié)水直接接觸焦炭塔內(nèi)高溫焦炭層汽化發(fā)生急劇膨脹而產(chǎn)生炸焦、震動等風險。霧化后的水汽以較高速度進入焦炭內(nèi)，沿生焦孔道上升迅速汽化，避免低溫液相水靠近或直接接觸焦炭塔壁而導(dǎo)致焦炭塔塔壁溫降速率過高，預(yù)防焦炭塔熱應(yīng)力疲勞損壞。該工藝配套專用的PLC控制系統(tǒng)，對整個小吹汽及大吹汽過程進行自動控制。在大吹汽過程中，根據(jù)焦炭塔塔頂壓力和塔壁溫降速率，調(diào)節(jié)1.0 MPa蒸汽流量和代替蒸汽用凝結(jié)水流量，將焦炭塔塔壁溫降速率以及焦炭塔塔頂壓力控制在工藝要求范圍內(nèi)。在整個大吹汽過程中，蒸汽和水的比例隨焦炭塔內(nèi)焦炭溫度變化而變化。在大吹汽初期，由于焦炭溫度較高，進入焦炭塔凝結(jié)水量較小，確保焦炭塔塔壁溫降速率符合工藝要求。隨著焦炭溫度降低，進入凝結(jié)水流量逐漸增加，1.0 MPa蒸汽流量逐步降低，最大限度減少蒸汽用量。

2 節(jié)能技術(shù)改造

在不影響延遲焦化裝置焦炭塔長周期安穩(wěn)運行，以及焦炭符合產(chǎn)品質(zhì)量要求前提下，同時根據(jù)裝置現(xiàn)有條件，在2013年11月份，延遲焦化裝置應(yīng)用大吹汽節(jié)能系統(tǒng)對原大吹汽工藝技術(shù)和流程進行改造，降低大吹汽1.0 MPa蒸汽用量。

延遲焦化裝置應(yīng)用大吹汽節(jié)能系統(tǒng)實施技術(shù)改造，工藝流程簡述如下：在原大吹汽調(diào)節(jié)閥后安裝霧化器，霧化器后增加一切斷閥，蒸汽流量計以及調(diào)節(jié)閥利舊；新增一臺凝結(jié)水罐用于收集硫黃裝置凝結(jié)水，凝結(jié)水罐凝結(jié)水經(jīng)泵升壓后分為三路，一路至產(chǎn)汽汽包，一路至裝置伴熱，一路至霧化器水相入口。在霧化器入口前增加凝結(jié)水流量計、調(diào)節(jié)閥組、過濾器、切斷閥等。同時增設(shè)一套專用PLC控制系統(tǒng)，并在中控室增設(shè)一臺操作站，用于大吹汽節(jié)能系統(tǒng)的顯示及操作。

該技改造綜合考慮了安全、節(jié)能降耗、操作簡單等情況，優(yōu)點如下：①在霧化器前將凝結(jié)水引入產(chǎn)汽汽包，使管線內(nèi)凝結(jié)水保持流動狀態(tài)，避免冷卻后溫度較低的凝結(jié)水在大吹汽時進入焦炭塔。②將凝結(jié)水送至產(chǎn)汽汽包，替代產(chǎn)汽用除氧水消耗約3 t/h。③冬季時可將凝結(jié)水代替蒸汽引入裝置，對部分管線或設(shè)備進行伴熱。④整個系統(tǒng)不與焦化裝置高溫系統(tǒng)接觸，所有管線都安裝在焦炭塔高溫閥后，因此該系統(tǒng)對裝置安全聯(lián)鎖系統(tǒng)沒有影響。

3 節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)用情況

2013年11月6日，延遲焦化裝置大吹汽節(jié)能系統(tǒng)正式投用，表1是大吹汽節(jié)能系統(tǒng)投用后至12月5日相關(guān)數(shù)據(jù)記錄。

表1 大吹汽節(jié)能系統(tǒng)投用后相關(guān)數(shù)據(jù)

注：①12月4-5日，調(diào)整蒸汽及凝結(jié)水配比，將凝結(jié)水最大用量從6 t/h提至6.5 t/h；②焦炭揮發(fā)份數(shù)據(jù)為臨時加樣分析數(shù)據(jù)。

3.1 大吹汽節(jié)能技術(shù)改造節(jié)省蒸汽情況

大吹汽節(jié)能系統(tǒng)投用后，節(jié)省蒸汽量最低為64.2%，最高節(jié)省為70.77%，平均節(jié)省蒸汽量為65.89%，超出預(yù)期節(jié)省大吹汽蒸汽用量62%目標。

3.2 焦炭塔下部塔壁溫降情況

大吹汽節(jié)能系統(tǒng)投用后，總體來說焦炭塔下部塔壁溫度降低平緩，有兩次焦炭塔塔壁溫降速率異常，11月9日最大溫降速率為27 ℃/h，低于設(shè)定的溫降速率值40 ℃/h；12月2日，在大吹汽后期，溫降速率高于大吹汽節(jié)能系統(tǒng)程序設(shè)定值，并發(fā)出系統(tǒng)報警，觸發(fā)聯(lián)鎖關(guān)閉凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥，停止凝結(jié)水進焦炭塔內(nèi)，1.0 MPa蒸汽保持當前流量繼續(xù)進入焦炭塔。當溫降速率低于設(shè)定值后，凝結(jié)水繼續(xù)代替1.0 MPa蒸汽進行大吹汽。通過分析確定溫降較快是因為生焦孔道距焦炭塔熱電偶測溫點較近所致。

3.3 焦炭揮發(fā)份分析

從11月6日-12月5日記錄數(shù)據(jù)表可看出，大吹汽節(jié)能系統(tǒng)投用后，化驗分析得到焦炭揮發(fā)分數(shù)據(jù)見表2。大吹汽節(jié)能系統(tǒng)投用前焦炭揮發(fā)分數(shù)據(jù)見表3。

表2 大吹汽節(jié)能系統(tǒng)投用后焦炭揮發(fā)分

表3 大吹汽節(jié)能系統(tǒng)投用前焦炭揮發(fā)分

從大吹汽節(jié)能系統(tǒng)投用前后對比可看出，焦炭揮發(fā)分沒有明顯變化，符合產(chǎn)品質(zhì)量指標要求。

4 節(jié)能效果、經(jīng)濟及社會效益

焦化大吹汽節(jié)能技術(shù)改造實施后，替代原大吹汽1.0 MPa蒸汽消耗量62%以上，克服了焦炭塔震動、炸焦等，產(chǎn)品質(zhì)量滿足指標要求，同時過程安全可靠、操作簡便，“三廢”排放為零。

延遲焦化裝置大吹汽節(jié)能系統(tǒng)2013年11月5日投用后，期間操作穩(wěn)定，運行良好，平均每次大吹汽可節(jié)省1.0 MPa蒸汽65.89%，按正常大吹汽2 h、1.0 MPa蒸汽用量13 t/h計，大吹汽期間每塔每次節(jié)省蒸汽17.13 t。按照生焦周期20 h，全年開工8 400 h計算，每塔每年大吹汽210次，則大吹汽節(jié)能系統(tǒng)每年可節(jié)省1.0 MPa蒸汽用量6 852 t。

大吹汽期間每塔每次需消耗約9 t凝結(jié)水，全年消耗凝結(jié)水量3 780 t。蒸汽價格按130元/t，凝結(jié)水價格按10元/t計算，大吹汽節(jié)能系統(tǒng)投用后年經(jīng)濟效益85.3萬元。

凝結(jié)水泵額定功率30 kW，每次大吹汽2 h計算，大吹汽期間消耗電量為60 kW·h，全年大吹汽期間消耗電量25 200 kW·h，全年增加用電成本1.5萬元(電價格按0.6元/kW·h計算)。

綜上所述，延遲焦化大吹汽實施節(jié)能技術(shù)改造后，年節(jié)能經(jīng)濟效益為83.8萬元。國內(nèi)有80套延遲焦化裝置，平均每套裝置按節(jié)省1.0 MPa蒸汽約6 500 t計算，全年可減少蒸汽消耗52 000 t，折合標煤6 687 t。因此，應(yīng)用大吹汽節(jié)能系統(tǒng)對焦化大吹汽實施節(jié)能技術(shù)改造，對降低能耗、減少碳排放等有重要意義。

2015-07-21

伍寶洲，工程師，碩士學位，從事能源管理工作，電話：(0379)66992280。

TQ050.2

B

1003-3467(2015)11-0049-03