延遲焦化裝置大吹汽過(guò)程水代汽節(jié)能改造實(shí)踐

陸曉成

（中石化安慶分公司，安徽安慶246001）

隨著社會(huì)的發(fā)展和國(guó)家對(duì)石油化工行業(yè)的環(huán)保要求日趨嚴(yán)苛，石油加工過(guò)程能源消耗較大的設(shè)備、工藝將逐漸被淘汰。延遲焦化是煉油加工的重要生產(chǎn)流程之一[1]，其主要工藝過(guò)程是渣油經(jīng)加熱后進(jìn)入焦炭塔依次進(jìn)行生焦冷焦除焦操作，其中冷焦操作過(guò)程又分為小吹汽、大吹汽、給水等工藝步驟。

中石化安慶分公司Ⅰ套延遲焦化裝置總設(shè)計(jì)加工規(guī)模為50 萬(wàn)噸/年，實(shí)際規(guī)模50 萬(wàn)噸/年，Ⅰ套采用一爐兩塔結(jié)構(gòu)，焦炭塔生焦周期為24 h，每一周期小吹汽1 h，小吹汽蒸汽流量2 t/h，大吹汽2.5 h，大吹汽蒸汽流量約10 t/h。

為了節(jié)能降耗，減少延遲焦化裝置大吹汽期間蒸汽消耗量，降低焦化裝置蒸汽峰值用量，對(duì)焦化焦炭塔大吹汽流程進(jìn)行改造。采取除氧水和蒸汽混合進(jìn)入焦炭塔的以水代汽工藝，通過(guò)新增專(zhuān)用霧化器，采用先進(jìn)可編程邏輯控制（PLC）系統(tǒng)，在蒸汽進(jìn)入焦炭塔管線(xiàn)處增加除氧水線(xiàn)。

1 項(xiàng)目實(shí)施背景

原料油渣油以高流速通過(guò)加熱爐管，急劇加熱到進(jìn)行深度熱反應(yīng)所需溫度后立即進(jìn)入焦炭塔內(nèi)，停留足夠的時(shí)間來(lái)進(jìn)行熱分解和縮合反應(yīng)。為了保證焦炭塔的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，溫降速度緩和，汽提部分油氣以及對(duì)生焦質(zhì)量的保證，故需要引入蒸汽進(jìn)行吹汽。

在傳統(tǒng)工藝中，大吹汽一般是利用1.0 MPa 蒸汽作為冷卻介質(zhì)，將400℃以上的焦炭塔冷卻至200℃，這是焦化工藝中蒸汽耗量最多的環(huán)節(jié)，故此過(guò)程的合理優(yōu)化對(duì)裝置生產(chǎn)有重要意義[2]。通過(guò)分析，我們知道在焦炭塔中蒸汽的能耗約占整個(gè)裝置能耗的3%。

大吹汽屬于間歇性操作，短時(shí)間內(nèi)蒸汽使用量很大，對(duì)全廠蒸汽管網(wǎng)沖擊很大，且具有很大的安全隱患。

大吹汽流程如下：通過(guò)給汽閥給汽—塔底—塔頂—放空系統(tǒng)。

表1 安慶石化延遲焦化裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)

2 改造內(nèi)容

原有的大吹汽系統(tǒng)的蒸汽保留，新增除氧水和蒸汽管線(xiàn)，分別增設(shè)切斷閥、流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥組，分兩路進(jìn)入Ⅰ套焦炭塔專(zhuān)用霧化器。水和蒸汽進(jìn)入霧化器后沿原有的大吹汽管線(xiàn)進(jìn)入焦炭塔內(nèi)。除氧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(xiàn)進(jìn)入焦炭塔，霧化后水的體積已經(jīng)進(jìn)行初步膨脹，避免除氧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)生的炸焦、震動(dòng)等風(fēng)險(xiǎn)。霧化后的水汽以較高速度進(jìn)入焦炭?jī)?nèi)，沿生焦孔道上升迅速汽化，避免焦炭塔塔壁溫降速率太大的風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防焦炭塔熱應(yīng)力疲勞損壞。

本項(xiàng)目采用先進(jìn)的PLC 控制系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)焦炭塔壓力以及塔壁溫降速度控制蒸汽和除氧水的流量（比例），將焦炭塔溫降速率和焦炭塔頂壓控制在指標(biāo)范圍內(nèi)。在控制室內(nèi)對(duì)大吹汽全過(guò)程進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)大吹汽系統(tǒng)的自動(dòng)控制，并檢測(cè)整個(gè)過(guò)程的蒸汽和給水狀態(tài)，確保焦炭塔安全，且較大幅度降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 技術(shù)改造實(shí)施效果

大吹汽流程改造后于2018 年1 月11 日正式投用，投用前后的焦化輻射量均保持在72 t/h,原料性質(zhì)基本一致，結(jié)果見(jiàn)圖2、表2。

圖1 除氧水代替大吹汽流程

表2 改造后數(shù)據(jù)記錄表

3.1 能耗

改造前，正常大吹汽按2.5 h，大吹汽期間消耗蒸汽24 t。水代汽項(xiàng)目改造后，焦炭塔大吹汽過(guò)程的平均蒸汽用量為9.7 t，節(jié)省蒸汽量14.3 t，單次平均節(jié)省蒸汽量為原大吹汽量的59.6%；單次平均增加除氧水消耗7.2 t。改造后平均單次大吹汽能耗23.32 MJ/t（每天加工量1440 t），改造前為52.95 MJ/t，能耗減少了29.63 MJ/t。

3.2 運(yùn)行和安全性能

改造后，大吹汽期間蒸汽最大用量為6 t/h，和正常大吹汽10 t/h 相比，降低4 t/h，并且大部分時(shí)間蒸汽用量在5.0 t/h 以?xún)?nèi)，降低了蒸汽管網(wǎng)的波動(dòng)。

圖2 改造前后單次節(jié)省蒸汽量

一般在焦炭塔小吹汽1 h 后就進(jìn)行大吹汽，大吹汽開(kāi)始時(shí)，焦炭塔內(nèi)的溫度仍然較高，因此控制好焦炭塔塔壁溫降速度比較關(guān)鍵，溫降過(guò)快可能會(huì)對(duì)焦炭塔本體設(shè)備產(chǎn)生傷害。大吹汽期間控制溫降速度要小于40 ℃/h，這樣可最大限度地保護(hù)好焦炭塔本體設(shè)備不受到熱應(yīng)力損壞。從改造后的運(yùn)行情況看，大吹汽期間焦炭塔壁溫下降緩慢，最大溫降速度是35 ℃/h，平均是29 ℃/h。現(xiàn)場(chǎng)管道及設(shè)備未發(fā)生水擊,焦炭塔設(shè)備未發(fā)生異常振動(dòng)，不存在焦炭急冷炸焦的問(wèn)題，從而保證了焦炭塔的安全運(yùn)行。

3.3 焦炭的揮發(fā)分情況

在原料性質(zhì)和操作條件基本相同的條件下，大吹汽改造前后焦炭中的揮發(fā)分含量進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表3 所示。

表3 改造前后焦炭揮發(fā)分含量比較

由表3 可見(jiàn)，焦炭中揮發(fā)分含量基本沒(méi)有變化，符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的指標(biāo)，揮發(fā)分不大于12%。改造后大吹汽初期，保持較大的吹汽量，以汽提出焦炭?jī)?nèi)的輕油組分。在大吹汽的中后期，逐漸降低蒸汽用量，同時(shí)增加除氧水的流量，降低焦炭塔內(nèi)溫度。因此用除氧水代替部分蒸汽進(jìn)行焦炭塔大吹汽冷焦操作不會(huì)對(duì)焦炭質(zhì)量產(chǎn)生影響

2018 年1 月12～17 日焦炭揮發(fā)分平均含量為11.65%，滿(mǎn)足焦炭產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)要求。

4 結(jié)論

大吹汽流程通過(guò)節(jié)能改造后，裝置操作平穩(wěn)，運(yùn)行正常。在操作條件基本相同的情況下，與改造前相比，平均單次大吹汽節(jié)約蒸汽14.3 t，單次大吹汽平均節(jié)省蒸汽比率達(dá)到59.6%。裝置能耗降低29.63 MJ/t。產(chǎn)品焦炭揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于12%。改造后，降低大吹汽蒸汽峰從8 t/h 降至6 t/h，大部分時(shí)間蒸汽耗量在5 t/h 以?xún)?nèi)。焦炭塔塔壁溫降較為平緩，現(xiàn)場(chǎng)管道及設(shè)備未發(fā)生水擊，焦炭塔設(shè)備未發(fā)生異常振動(dòng)。