渣油加氫原料過濾器提質(zhì)增效的應(yīng)對策略

隋國瑞 韓易潼 袁勝華

摘 ? ? ?要：以某煉廠渣油加氫裝置原料油反沖洗過濾器為研究對象，針對該設(shè)備在運(yùn)行過程中操作上的頻繁使用以及增加裝置能耗和影響渣油裝置運(yùn)行周期等問題，通過對原料油反沖洗過濾器程序的詳細(xì)分析，提出具體的應(yīng)對措施。采取措施后，裝置降耗45%左右，全年將節(jié)約氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓?.87×105 Nm3，節(jié)約電費(fèi)14.5萬元，裝置閥門故障率降低50%，有效地實(shí)現(xiàn)了該渣油加氫裝置的降本增效和優(yōu)化操作。

關(guān) ?鍵 ?詞：渣油加氫;原料過濾器;增效;策略

中圖分類號：TE 624 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）10-2272-05

Abstract： Taking the backwash filter of the feedstock oil of a refinery residue hydrogenation unit as the research object， in view of the frequent use of the equipment in operation， the increase of energy consumption of the equipment and the influence of the operation cycle of the residual oil equipment， through the detailed analysis of the program of the backwash filter for raw oil， the concrete countermeasures were put forward. After adopting the measures， the unit saved 4.87×105 Nm3·a-1 nitrogen （fuel gas）， about 45%，saved electricity cost 145 000 RMB， device valve failure rate reduced by 50%， effectively realizing cost reduction， efficiency increase and operation optimization of residue hydrotreating unit.

Keywords： Residue hydrogenation; Feedstockfilter; Efficiency; Strategy

原料油過濾器是渣油加氫裝置咽喉之地，對裝置運(yùn)行的平穩(wěn)和反應(yīng)器壓降以及催化劑使用壽命起到了重要影響。渣油（常壓渣油、減壓渣油）是原油一次加工（常、減壓蒸餾）后剩余的最重部分，組分比較復(fù)雜，平均相對分子質(zhì)量大，黏度高，密度大，機(jī)械雜質(zhì)多，在運(yùn)行過程中會不斷使用原料過濾器進(jìn)行反洗過濾來滿足原料的清潔[1-3]。原料在過濾器中進(jìn)行清洗過濾時(shí)會造成部分原料的損失，也消耗大量的水、汽、風(fēng)、電等，同時(shí)原料過濾器過濾效果也會影響反應(yīng)器的壓降和催化劑使用壽命，對裝置運(yùn)行周期和全廠整體生產(chǎn)計(jì)劃有著直接影響。

1 ?渣油加氫裝置反沖洗過濾器程序

某廠渣油加氫裝置的反沖洗過濾器為雙系列運(yùn)行，每個(gè)系列均采用8個(gè)過濾器罐同時(shí)運(yùn)行，反沖洗時(shí)采用7投用1備用狀態(tài)。目前反沖洗過濾器運(yùn)行程序設(shè)置了兩個(gè)條件，即“時(shí)間”和“差壓”。當(dāng)反沖洗過濾器程序“時(shí)間”或“差壓”滿足其中一個(gè)條件時(shí)則直接進(jìn)行下一周期運(yùn)行，如果未滿足則進(jìn)入到反沖洗的過濾狀態(tài)，當(dāng)過濾狀態(tài)時(shí)間結(jié)束后，程序也會自動(dòng)進(jìn)入到下一周期的運(yùn)行。

該渣油反沖洗過濾器每個(gè)罐的反洗置換過程是經(jīng)過4個(gè)步驟進(jìn)行，分別是置換、浸泡、爆破吹掃、投用。

1）置換：采用加氫產(chǎn)品油引入到每個(gè)反沖洗過濾罐內(nèi)，進(jìn)行單獨(dú)置換，小浸泡置換時(shí)間是80 s（即置換時(shí)間），大浸泡置換時(shí)間是100 s（即沖浸泡油時(shí)間）。

2）浸泡：它分為小浸泡和大浸泡兩種，小浸泡和大浸泡都是加氫產(chǎn)品油置換完原料油后，在過濾器罐內(nèi)進(jìn)行短時(shí)間的浸泡，達(dá)到更好清洗過濾器內(nèi)濾芯的效果，小浸泡時(shí)間是80 s（即置換時(shí)間），大浸泡時(shí)間是300 s（即浸泡時(shí)間），每一周期在所有罐小浸泡結(jié)束后會有一個(gè)罐進(jìn)行一次大浸泡工作，根據(jù)程序順序進(jìn)行選取，等大浸泡結(jié)束后，進(jìn)行下一步程序。

3）爆破吹掃：爆破吹掃是浸泡時(shí)間結(jié)束后，采用氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓⑦^濾罐內(nèi)的浸泡油進(jìn)行加壓吹掃，可分為“置一反一”和“置一反多”，即可以吹掃一次和吹掃多次（目前渣油加氫為了節(jié)省用氣量，采用“置一反一”程序），用該氣體將置換油吹掃至渣油反沖洗污油罐內(nèi)，通過反沖洗污油泵外送至罐區(qū)或催化裝置，整個(gè)吹掃時(shí)間是60 s（即排污時(shí)間），反沖洗污油罐根據(jù)液位設(shè)置自動(dòng)程序，40%液位啟泵，13%液位停泵，單系列一周期內(nèi)需要外送5次反沖洗污油，每次外送時(shí)間是10 min。

4）投用：以上整個(gè)程序完成后，該罐已經(jīng)置換干凈，為了緩解使用氮?dú)饣蛉剂蠚獾膲毫?，在爆破吹掃完，需要等?0 s后（即反洗帶壓）才進(jìn)行投用狀態(tài)。投用時(shí)，進(jìn)料閥和出料閥根據(jù)程序時(shí)間設(shè)定（即灌滿油時(shí)間和出料閥開啟時(shí)間）依次開閥，將該罐正式投入到系統(tǒng)內(nèi)，然后經(jīng)過600 s的等待時(shí)間（即投用延時(shí)）后進(jìn)行下一個(gè)罐的反洗置換。反沖洗程序時(shí)間設(shè)定見圖1。反沖洗過濾器差壓的趨勢圖見圖2。

2 ?反沖洗過濾器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的能耗

反沖洗過濾器運(yùn)行時(shí)，裝置內(nèi)將產(chǎn)生多方面的消耗，這也是裝置過濾器運(yùn)行時(shí)能耗的主要來源，下面針對該裝置反沖洗過濾器的氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓┫?、電耗、儀表風(fēng)消耗及閥門使用頻次、原料及產(chǎn)品的消耗、產(chǎn)品質(zhì)量和其他方面的影響進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 ?氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓┑南?/p>

在單系列反沖洗過濾器運(yùn)行過程中使用氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓┍拼祾哌^程時(shí)每次反洗需要 ? ? ? ? 1 000 Nm3·h-1的氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓?，每次需吹?0 s（排污時(shí)間），一個(gè)運(yùn)行周期需要將8個(gè)罐全部吹掃一次。

渣油加氫一個(gè)反沖洗周期目前設(shè)置是140 min，一天需要進(jìn)行11個(gè)周期反沖洗過程，則單系列每天需要消耗氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓┑南牧浚?/p>

單系列消耗=1 000×8× 60/（3 600）×11=1 467 Nm3d-1。

兩個(gè)系列同時(shí)進(jìn)行反沖洗一天就需要2 934 Nm3的氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓┑牧?，則全年需要的氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓┑牧渴?.071×106 Nm3。

2.2 ?電量的消耗

渣油加氫反沖洗污油泵的電機(jī)是380 V 三相異步隔爆型電機(jī)。電機(jī)的額定電流是195 A，額定電壓是380 V，額定功率是110 kW。反沖洗污油罐采用液位高高40%時(shí)自動(dòng)啟泵，液位低低13%時(shí)停泵的程序。在現(xiàn)有設(shè)置的140 min一周期內(nèi)，通過實(shí)際驗(yàn)證，該反沖洗污油泵需要啟停5次（圖3）。

當(dāng)反沖洗污油泵每次啟動(dòng)時(shí)，實(shí)際運(yùn)行電流是170 A，每次在液位自動(dòng)投用下，運(yùn)行10 min停泵。

根據(jù)三相電機(jī)功率公式[4]計(jì)算，功率=1.732×電壓×電流×功率因數(shù)[5]，即："P =1.732 ×380×170×0.85 = 95.10 kW" 。

單系列污油泵在一個(gè)置換周期內(nèi)需要運(yùn)行5次，每次運(yùn)行10 min，則：

單次啟動(dòng)耗電量=95.10× 10/60×1=15.85 kW?h。

即每次啟動(dòng)消耗15.85 kW·h，則單系列每天耗電量871.75 kW·h，雙系列同時(shí)則需要1 743.5 kW·h，一年需要消耗636 378 kW·h。

2.3 ?加氫產(chǎn)品油和原料油的消耗

2.3.1 ?加氫產(chǎn)品油的消耗

當(dāng)反沖洗過濾器進(jìn)行置換時(shí)，需要加氫產(chǎn)品油進(jìn)行置換，此時(shí)每個(gè)浸泡過程，一系列每次置換需要20 th-1的加氫產(chǎn)品油，二系列需要17 th-1加氫產(chǎn)品油，每次小浸泡置換時(shí)間是80 s，大浸泡置換時(shí)間是100 s，則兩個(gè)系列在一個(gè)周期7個(gè)罐小泡，一個(gè)罐大浸泡的情況下，需要加氫產(chǎn)品油的量是：

一系列每周期的置換油量=（7×20×80/（3 600））+（1×20×100/（3 600））=3.66 t;

二系列每周期的置換油量=（7×17×80/（3 600））+（1×17×100/（3 600））=3.11 t;

則兩個(gè)系列產(chǎn)品油使用量=（3.66+3.11）×11=74.47 t?d^（-1）。

每天需要的加氫產(chǎn)品是74.47 t，全年需要加氫產(chǎn)品油27 182 t。

2.3.2 ?原料油的消耗

每次反洗結(jié)束后，進(jìn)入投用狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)系列原料油提升泵都會有5 th-1的流量增加，由于該流量的波動(dòng)，間接的浪費(fèi)裝置5 th-1的原料。根據(jù)投用時(shí)間計(jì)算，該波動(dòng)在每個(gè)罐投用時(shí)會持續(xù)26 s，按一周期8個(gè)罐使用，一天11周期來計(jì)算，一天將多消耗原料油的量是：

一天原料油多消耗=5×8×11× 26/（3 600）=3.17 t。

即兩個(gè)系列一天共需要6.34 t，則全年需消耗原料油2 288 t。

2.4 ?儀表風(fēng)的消耗和閥門使用壽命的消耗

渣油加氫每個(gè)反沖洗過濾器罐有6個(gè)電磁閥，每系列反沖洗過濾器在一個(gè)周期內(nèi)，8個(gè)反沖洗罐中每個(gè)罐的進(jìn)、出料閥都需要開關(guān)各2次，氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓╅y需要開關(guān)1次，火炬閥開關(guān)1次，加氫產(chǎn)品置換油閥開關(guān)1次，排污閥開關(guān)1次，如果設(shè)定140 min一個(gè)周期時(shí)間則兩個(gè)系列一天時(shí)間內(nèi)閥門需要開1 408次和關(guān)1 408次。由于閥門的頻繁使用則消耗了大量儀表風(fēng)在開關(guān)閥門上，同時(shí)各閥門使用頻次的增加，增加了閥門易損件的消耗，閥門故障率明顯增多。

2.5 ?影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品流量的波動(dòng)

2.5.1 ?產(chǎn)品質(zhì)量的影響

由于反沖洗過程中罐內(nèi)仍存有少量的原料油，此時(shí)會和置換油一起浸泡完，經(jīng)過爆破吹掃程序排至反沖洗污油罐，經(jīng)過污油泵送至催化裝置或罐區(qū)，由于反沖洗污油中殘存的少量原料油，將影響本裝置加氫產(chǎn)品油的質(zhì)量，使產(chǎn)品質(zhì)量變重，間接地影響了裝置的反應(yīng)深度。為了防止出現(xiàn)誤差，每次采樣需人為長時(shí)間更改兩個(gè)系列反沖洗程序來達(dá)到采樣條件，增加了采樣時(shí)間及人力，同時(shí)也影響整體反沖洗的頻率。

2.5.2 ?造成產(chǎn)品流量的波動(dòng)

由于每次反沖洗置換時(shí)，需要加氫產(chǎn)品油進(jìn)行置換，加氫產(chǎn)品泵在一、二系列反沖洗置換時(shí)會出現(xiàn)流量的波動(dòng)，進(jìn)而造成了本裝置對催化裝置供料流量、罐區(qū)流量、加氫產(chǎn)品塔的液位、加氫產(chǎn)品油換熱系統(tǒng)等的影響，對生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行很不利。正常情況下無反沖洗置換時(shí)加氫產(chǎn)品油的流量在 ? ?470 th-1，為催化裝置直接供料是230 th-1，剩余產(chǎn)品全部外送至罐區(qū)，當(dāng)有置換時(shí)，加氫產(chǎn)品泵流量會自動(dòng)提高到500 th-1，同時(shí)催化裝置供料將減少至215 th-1，加氫產(chǎn)品塔液位將有10%的波動(dòng)。反沖洗過濾器無置換時(shí)各流量的數(shù)值見圖4。反沖洗無置換時(shí)各流量的趨勢圖見圖5。

由于流量的波動(dòng)對加氫產(chǎn)品泵以及出裝置閥門都有影響，增加加氫產(chǎn)品泵的負(fù)荷同時(shí)也降低了各調(diào)節(jié)閥的使用壽命，同時(shí)對催化裝置供料造成了不穩(wěn)定，也影響本裝置加氫產(chǎn)品換熱器的沖擊和換熱情況。由于加氫產(chǎn)品泵流量的波動(dòng)使產(chǎn)品塔液位自動(dòng)控制無法實(shí)現(xiàn)，波動(dòng)時(shí)需要人為手動(dòng)調(diào)節(jié)至罐區(qū)的量來穩(wěn)定其他流量，增加的人力同時(shí)也降低了裝置自控率。反沖洗置換時(shí)各量的趨勢見圖6。

3 ?改進(jìn)措施

本次開工運(yùn)行至今，反沖洗程序運(yùn)行穩(wěn)定，差壓穩(wěn)定，將反沖洗氮?dú)飧某扇剂蠚獾闹脫Q， 降低了氮?dú)獾氖褂昧浚剂蠚夂头聪搭l率使用還是相對較多，根據(jù)現(xiàn)有運(yùn)行的情況，渣油加氫反沖洗過濾器差壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，反沖洗置換時(shí)間還可以有效地增加，目前渣油反沖洗的整個(gè)程序設(shè)定時(shí)間是140 min，反沖洗設(shè)定差壓是150 kPa，在整個(gè)反沖洗程序內(nèi)，反沖洗狀態(tài)下的整體實(shí)際差壓只有25 kPa（一系列）和45 kPa（二系列），而在程序過濾狀態(tài)下最高差壓只有30 kPa左右（一系列）和50 kPa（二系列），離設(shè)定的目標(biāo)150 kPa還有一定的差距，同時(shí)現(xiàn)在反沖洗過濾器單個(gè)罐設(shè)定通用延時(shí)是600 s，反洗帶壓80 s。當(dāng)整個(gè)程序中8個(gè)反洗罐全部置換干凈后所需要時(shí)間在110 min左右，最終剩余過濾狀態(tài)時(shí)間還有30 min，而此30 min反沖洗一直處于未工作狀態(tài)，其時(shí)間的不合理安排，不但對反沖洗過濾器單個(gè)罐使用時(shí)間有影響，同時(shí)也被動(dòng)地增加了整個(gè)反沖洗過濾器的差壓。所以目前渣油的反沖洗過濾器設(shè)定時(shí)間可以延長和優(yōu)化一些。

根據(jù)現(xiàn)渣油加氫原料的穩(wěn)定情況和處理量及摻渣比，本裝置的反沖洗過濾器時(shí)間經(jīng)過試驗(yàn)調(diào)節(jié)設(shè)定在240 min時(shí)，兩個(gè)系列反沖洗過濾器差壓都很穩(wěn)定。二系列更改程序時(shí)間的數(shù)據(jù)見圖7。二系列更改程序時(shí)間后差壓趨勢見圖8。

總時(shí)間設(shè)置到240 min后，其中單個(gè)罐的投用延時(shí)可以設(shè)置1 200 s，反洗帶壓時(shí)間可以設(shè)置到150 s，這樣可以大大地降低濾后原料油和加氫產(chǎn)品油的使用，同時(shí)降低了氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓┖蛢x表風(fēng)的使用，也降低了反沖洗過濾器閥門的使用頻次，降低閥門的故障率和易損件的消耗。由于單個(gè)罐的整體反洗時(shí)間的增加，可以使每個(gè)罐反洗時(shí)間間隔 ?20 min，反沖洗過濾結(jié)束后過濾時(shí)間剩余20 min，這樣可以更有效地延長整體反洗時(shí)間，使整個(gè)反沖洗置換過程中時(shí)間可以有效地均勻分布，降低了反沖洗過濾器的整體差壓。

4 ?優(yōu)化后反沖洗過濾器的經(jīng)濟(jì)效益

反沖洗過濾器經(jīng)過優(yōu)化操作后，整體對裝置反沖洗過程有很大的改善，同時(shí)降低了人工操作和設(shè)備使用率，也降低了裝置能耗和儀表故障率，實(shí)現(xiàn)了降本增效，下邊針對幾項(xiàng)降本增效數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行解釋，進(jìn)一步了解優(yōu)化后的優(yōu)勢。

4.1 ?氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓┑墓?jié)約

因?yàn)檫\(yùn)行周期的降低，反洗次數(shù)和時(shí)間不變的情況下，氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓?shí)際的消耗量是：

單系列消耗=1 000×8× 60/（3 600）×6=800 Nm^3?d^（-1） 。

則雙系列現(xiàn)在每天消耗氮?dú)馐? 600 Nm3。全年需要氮?dú)饬?.84×105 Nm3，比之前140 min時(shí)每天節(jié)約氮?dú)? 300 Nm3，全年節(jié)約氮?dú)猓ㄈ剂蠚猓?? ?4.87×105 Nm3，節(jié)約量45.5%。

4.2 ?電的節(jié)約

單系列反沖洗污油泵每次運(yùn)行10 min消耗的電量是15.85 kW·h，則反沖洗程序一周期設(shè)定240 min，24 h進(jìn)行了6個(gè)周期運(yùn)行，即：

24 h單系列耗電量為15.85×5（次）× ? ? ? ?6（周期）= 475.5 kW·h，雙系列耗電951 kW·h。比之前140 min節(jié)約了792.5 kW·h，節(jié)約45%的電耗。全年共節(jié)約電量289 262.5 kW·h，按每度電0.5元，則全年可節(jié)約14.5萬元。

4.3 ?加氫產(chǎn)品油和原料油的節(jié)約

4.3.1 ?加氫產(chǎn)品油的節(jié)約

因?yàn)橹桓淖兞朔聪磶簳r(shí)間和投用延時(shí)時(shí)間，其他時(shí)間未做調(diào)整，則在經(jīng)過整個(gè)周期時(shí)間的延長，加氫產(chǎn)品油的使用量是：

加氫產(chǎn)品油用量=（3.66+3.11）×6=40.64 t?d^（-1）。

則240 min的反沖洗周期一天雙系列共節(jié)約了33.83 t的加氫產(chǎn)品油，全年節(jié)約產(chǎn)品油12 347 t。

4.3.2 ?原料油的節(jié)約

如果更改時(shí)間后，按一周期8個(gè)罐一天6周期來計(jì)算，一天使用的原料油：

一天使用的原料油=?5×8×6× 26/（3 600）=1.73 t。

則1 h需要0.072 t，兩個(gè)系列則需要0.144 t，全年需消耗原料油1 267 t，比之前140 min的時(shí)間全年可以省下1 021 t的原料油。

4.4 ?閥門使用頻次、閥門故障率和儀表風(fēng)使用的降低

每系列反沖洗運(yùn)行一個(gè)周期各閥門開關(guān)次數(shù)是一定的，如果設(shè)定的時(shí)間240 min為一個(gè)周期則兩個(gè)系列一天6周期內(nèi)的閥門需要開768次和關(guān)768次，正常閥門開關(guān)狀態(tài)報(bào)警次數(shù)為3 000次左右，比之前140 min周期內(nèi)一天的開關(guān)閥門各減少了640次，報(bào)警減少了2600多次，閥門故障率也降低很多，閥門開關(guān)頻次降低也降低了儀表風(fēng)的使用，降低了維保費(fèi)用減少了閥位維修率和材料費(fèi)。

4.5 ?對加氫產(chǎn)品泵的運(yùn)行和催化裝置直供料的穩(wěn)定

因?yàn)榉礇_洗時(shí)間整體的延長和單個(gè)罐反洗時(shí)間的均勻化，使加氫產(chǎn)品油流量的波動(dòng)頻次由之前每周期波動(dòng)22次到現(xiàn)在的12次，同時(shí)因調(diào)整優(yōu)化投用延時(shí)的時(shí)間，使這12次的波動(dòng)處于一個(gè)穩(wěn)定周期性變化，解決了之前加氫產(chǎn)品泵流量不定期波動(dòng)的現(xiàn)象。同時(shí)通過調(diào)整至罐區(qū)量和催化裝置的供料閥，可以進(jìn)一步穩(wěn)定催化裝置供料，加氫產(chǎn)品塔的液位也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，減少了加氫產(chǎn)品油整條流程的波動(dòng)，降低了加氫產(chǎn)品油換熱器的緩沖壓力。

4.6 ?產(chǎn)品質(zhì)量的改善

反沖洗過濾器程序每一周期時(shí)間的延長和優(yōu)化，增加了每次反沖洗污油泵啟停的時(shí)間間隔，同時(shí)也將單系列反沖洗污油泵由之前每天啟停55次降低到30次，有效地降低了反沖洗污油對本裝置產(chǎn)品質(zhì)量的影響，間接地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品質(zhì)量的提高可以使裝置反應(yīng)深度進(jìn)一步調(diào)整，增加了裝置運(yùn)行周期。同時(shí)渣油加氫產(chǎn)品采樣時(shí)可以直接采取，不需要人為改變反沖洗程序和長時(shí)間等待，優(yōu)化了采樣時(shí)間，也減少了人力的消耗。

5 ?結(jié) 論

通過對渣油加氫裝置反沖洗過濾器程序的介紹以及過濾器的消耗進(jìn)行了詳細(xì)的分析，同時(shí)針對操作方式和消耗提出具體的措施進(jìn)行預(yù)防和應(yīng)對，有效地實(shí)現(xiàn)了渣油加氫裝置的降本增效和優(yōu)化操作，同時(shí)也保證了渣油加氫裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，延長了裝置的使用周期，實(shí)現(xiàn)了煉油廠整體效益的提升。

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