穩(wěn)定塔頂不凝氣回收利用技術(shù)革新

黃東興 蘇曉龍

（中海石油葫蘆島精細(xì)化工有限責(zé)任公司 遼寧葫蘆島 125000）

引言

營口油處理廠所供原料性質(zhì)大幅波動，輕組分含量偏高，最明顯的變化入廠油品初餾點從19℃降至12℃，并在此區(qū)間上下大幅波動，原料中乙烷含量突增，這已超出穩(wěn)定裝置正常處理能力，最終導(dǎo)致公司的液化石油氣產(chǎn)品質(zhì)量波動。

表1 錦州25-1南凝析油組成分析

需對我們液化石油氣罐進(jìn)行泄壓排放處理，通過儲罐壓力的降低，使溶解在液化石油氣中的C2組分氣化并放空至系統(tǒng)T401。

1 不凝氣回收的必要性

生產(chǎn)裝置運行中產(chǎn)生的不凝氣瞬時放空不僅影響裝置參數(shù)，而且對周邊環(huán)境及員工健康，廠區(qū)安全生產(chǎn)帶來極大的危害和隱患。穩(wěn)定塔頂中不凝氣組分分析中，C3及以上組分的體積比占65%-83%，是液化石油氣和輕石腦油的潛在組分，如能充分利用這部分資源，將提高清油拔出率，為公司降本增效。

1.1 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

液化石油氣產(chǎn)品GB11174-2011 標(biāo)準(zhǔn)，其產(chǎn)品合格標(biāo)準(zhǔn)要求C3+C4≮95%，C5≯5%。而公司因原油性質(zhì)變化導(dǎo)致液化氣組分中C2含量高達(dá)5%-12%，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。只有降低產(chǎn)品中的C2含量，才能滿足液化氣產(chǎn)品出廠標(biāo)準(zhǔn)。初餾點的變化由于營口終端分離設(shè)備已超出裝置日加工能力，導(dǎo)致一部分未處理原油分別倒入污油系統(tǒng)，并通過混合后汽運中海油葫蘆島精細(xì)化工廠進(jìn)行輕組分分離。

公司現(xiàn)有穩(wěn)定裝置設(shè)計最大加工能力為4.5 噸/h，塔頂工藝壓力≯0.95Mpa，穩(wěn)定塔回流罐容積只有1m3，結(jié)合工藝和設(shè)備參數(shù)，無法有效將原油中多余的C2組分與C3組分，利用蒸氣壓不同有效分離出來，最終留存于液化氣產(chǎn)品中。

1.2 環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù) 《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB31570-2015》相關(guān)規(guī)定，正常情況下無法直接排入大氣，必須通過處理方可排至大氣中。處理后的非甲烷總烴合格率在95%以上，同時企業(yè)邊界任何1 小時內(nèi)非甲烷總烴濃度≯4mg/m3。針對塔頂不凝氣組成未經(jīng)處理已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)中要求的濃度值，所以必須通過加熱爐或者火炬系統(tǒng)進(jìn)行焚燒處理后，方可排至大氣中。

1.3 安全標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段為保證產(chǎn)品質(zhì)量合格，在工藝調(diào)節(jié)方面上進(jìn)行優(yōu)化，提高塔頂壓力，降低C3組分的上升，提高C2組分，多利用回流進(jìn)行分離，這樣以來生產(chǎn)能耗較大。另外必要緊急情況下可適當(dāng)放空，塔頂不凝氣主要成分是C2、C3、C4組分，具有易燃易爆等特性不凝氣放空后對裝置及氣站充裝區(qū)域的生產(chǎn)運行存在極大的安全隱患，當(dāng)空氣中含量達(dá)到爆炸下限時，遇明火就會發(fā)生爆炸。

1.4 生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)

由于塔內(nèi)不凝氣的不斷產(chǎn)生，影響整個塔的整體操作，塔頂?shù)牟荒Y(jié)氣體排放不出去，將會積攢很多，從而影響塔的壓力，塔內(nèi)壓力升高，塔頂溫度降低，裝置各項參數(shù)波動較大，從而影響裝置產(chǎn)品合格率，而且影響整個塔的收率。

不凝氣對冷卻器設(shè)備的換熱效率野也存在影響，從化工原理分析，不凝氣體的含量每增加1%，冷卻器的換熱效率下降60%，從而導(dǎo)致塔頂蒸汽由于不能充分冷凝，造成塔頂壓力增加，不能滿足生產(chǎn)需求[1]。

由此可以看出，無論從環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)哪個方面出發(fā)，不凝氣都需要回收利用。

2 現(xiàn)有技術(shù)方案

2.1 火炬燃燒系統(tǒng)

國內(nèi)大型煉廠對于正常操作下放空的塔頂不凝氣或者事故狀態(tài)、開停工前排放的介質(zhì)，考慮其混合氣體成分復(fù)雜、不能被回收利用，直接排放到大氣中會造成VOCs 污染。為避免事故狀態(tài)擴大或保持裝置操作平穩(wěn)，通常直接利用火炬系統(tǒng)對不凝氣焚燒，實現(xiàn)安全生產(chǎn)，環(huán)保達(dá)標(biāo)，但也是資源的浪費。此技術(shù)方案工藝條件分析：

（1）火炬氣壓力不得低于0.15Mpa

為防止火炬氣回火，大部分煉廠的火炬系統(tǒng)需增設(shè)水封罐。主要原理是火焰通過火炬氣出口進(jìn)入水封罐后因為入口管道在水面以下，因此杜絕了火焰的繼續(xù)傳播。所以火炬氣進(jìn)入水封罐內(nèi)的水面以下，必須達(dá)到一定壓力后才能沖破水封進(jìn)入火炬筒體進(jìn)行放散燃燒。根據(jù)SH3009-2013 石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范要求，火炬氣壓力不得低于0.15MPa。

（2）火炬氣體成分及熱值要求

根據(jù)SH3009-2013 石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范要求生產(chǎn)裝置無法利用且必須排除的可燃性氣體，開停工或者事故泄壓排出的可燃?xì)怏w，但是不得是劇毒或者強腐蝕性氣體，其中混合火炬氣體中氧含量不得大于2%?；旌蠚怏w的熱值至少在7880KJ/Nm3以上，才能保證火炬氣平穩(wěn)燃燒，不會發(fā)生滅火現(xiàn)象。

（3）火炬氣最低流量標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)SH3009-2013 石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范要求，排放系統(tǒng)管網(wǎng)的馬赫數(shù)不應(yīng)大于0.7，可能出現(xiàn)凝液的可燃?xì)鈿怏w排放管道末端馬赫數(shù)不應(yīng)宜大于0.5。管道出口馬赫系數(shù)公式Ma=3.23x10-5qm/p2d2（ZT/kM）0.5。

2.2 加熱爐焚燒系統(tǒng)

某些煉廠將塔頂不凝氣進(jìn)行壓縮回收，常壓塔頂不凝氣主要是瓦斯成分可以引到加熱爐系統(tǒng)燃燒，但往往因瓦斯壓力變化或者帶液造成加熱爐調(diào)節(jié)波動不穩(wěn)。還有增加壓縮機進(jìn)行不凝氣的回收，輕組分作為液化氣產(chǎn)品銷售，重組分濃縮油可作為石腦油[2]。

此技術(shù)方案工藝條件要求：

（1）加熱爐不凝氣氣質(zhì)要求

來自初常頂?shù)牟荒龤夂蛄看蠡蛘吆辛蚧瘹溥M(jìn)爐子后，煙氣的露點腐蝕會比較嚴(yán)重。針對上述條件，通過壓縮機送到催化富氣壓縮機入口，到脫硫系統(tǒng)后，使其不凝氣含硫量小于塔頂氣的0.25%，排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度不大于850mg/m3，滿足環(huán)保排放要求。

（2）加熱爐不凝氣流量、壓力要求

不凝氣流量過低易造成冬季管線凝結(jié)，往往通過增設(shè)蒸汽伴熱線加以緩解，但又不能及時調(diào)控伴熱蒸汽量，導(dǎo)致?lián)Q熱效果不理想，造成大量蒸汽資源浪費。不凝氣的200kg/h，減壓后的壓力不大于0.2MPa。

3 技術(shù)方案選擇分析

結(jié)合上述技術(shù)方案，考慮公司實際生產(chǎn)情況，以節(jié)能降耗、提升產(chǎn)品附加值為宗旨，對上述技術(shù)方案進(jìn)行分析優(yōu)化。

3.1 火炬系統(tǒng)方案分析

（1）驗證混合氣體熱值

火炬燃?xì)獾臒嶂狄蟛坏陀?.88MJ/Nm3，但公司穩(wěn)定塔頂不凝氣主要成分為C2組分74.58%，C3組分25.42%，混合氣體質(zhì)量1.1t,密度0.716kg/Nm3，根據(jù)乙烷、丙烷熱值16792kal/Nm3，31957kal/Nm3，計算出該混合氣體熱值20646.93kcal/Nm3=（1100kg/0.716Nm3）×（74.58% ×16792Kcal +25.42% ×31957Kcal）/（1100kg/0.716Nm3）。

按照1 千焦等于0.2389 千卡換算，混合氣體熱值約4.932MJ/Nm3小于規(guī)范熱值要求，故混合氣體熱值不符合要求。

（2）驗證混合氣體管道出口馬赫系數(shù)

通過計算查表混合氣體各參數(shù)，相對分子量、絕熱指數(shù)、壓縮系數(shù)、排放溫度M=32.67g/mol，k=1.249J/（kg.mol.K），q=100kg/h，P=0.7Mpa，T=323.15K，Z=0.9915，d=0.15m。按照管道出口馬赫系數(shù)公式Ma=3.23×10-5qm/p2d2（ZT/kM）0.5計算，Ma=3.23×10-5×100/{0.7×0.152（0.991×323.15/1.249×32.67）0.5}=0.53，按照規(guī)范要求，帶液的可燃?xì)怏w管道出口馬赫系數(shù)不宜大于0.5，故此混合氣體不符合馬赫系數(shù)要求。

3.2 加熱爐系統(tǒng)方案分析

穩(wěn)定塔頂不凝氣放空量0.04-0.1 噸/h，不凝氣量太小且放空過程不連續(xù)，造成啟停加熱爐頻繁，造成人力、物力消耗較大。投用加熱爐，爐內(nèi)的轉(zhuǎn)油線因無傳熱介質(zhì)，需額外通入蒸汽進(jìn)行冷卻保護，此蒸汽無法進(jìn)行介質(zhì)傳熱，只能直排放空。

根據(jù)SIL 評估后，投用公司現(xiàn)有加熱爐前必須增設(shè)SIS 聯(lián)鎖系統(tǒng)，參照錦西設(shè)計院提供的項目費用明細(xì)大約200 萬元。

3.3 轉(zhuǎn)化并入熱水鍋爐燃?xì)?/h3>

裝置原設(shè)計就有塔頂放空管線至天然氣管網(wǎng)的流程、鍋爐房配備阻火器設(shè)備。穩(wěn)定塔底熱源來自蒸汽鍋爐產(chǎn)生的低壓蒸汽，根據(jù)不凝氣組分分析及鍋爐設(shè)備燃?xì)鈼l件，考慮可將塔頂不凝氣作為蒸汽鍋爐燃料氣，實現(xiàn)降本增效目的。

表2 塔頂不凝氣組分分析

穩(wěn)定系統(tǒng)放空組分及壓力是否滿足蒸汽鍋爐運行的工藝參數(shù)，氣相成分必須是C4以下，不能含有C5以上的液相。進(jìn)入蒸汽鍋爐二級減壓閥前進(jìn)氣壓（P≯0.2MPa）要求。

通過三個方案經(jīng)濟性和工藝技術(shù)對比分析，得出以下結(jié)論：

方案一：根據(jù)方案一中火炬氣的指標(biāo)要求，公司塔頂不凝氣不滿足工藝要求，故方案一不可行。

方案二：根據(jù)方案二中燃?xì)饧夹g(shù)要求，混合氣各項工藝指標(biāo)均滿足要求，但投用該加熱爐系統(tǒng)生產(chǎn)成本費用頗高，故方案二不可行。

方案三：無論是從工藝技術(shù)要求還是經(jīng)濟成本均核算，均能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定塔頂不凝氣回收利用，故選擇方案三。

4 方案實施

4.1 設(shè)備選型

根據(jù)塔頂不凝氣壓力在0.7-0.85MPa，需通過減壓設(shè)備將不凝氣減壓至0.2MPa 以下，方可并入蒸汽鍋爐燃料氣管網(wǎng)中。針對進(jìn)出口氣體壓力參數(shù)，選擇型號為YK42F 減壓閥設(shè)備。

4.2 現(xiàn)場核查及安裝

對穩(wěn)定系統(tǒng)塔頂放空調(diào)節(jié)閥組進(jìn)行改造，在其原放空至天然氣管線的支線合適的位置增加減壓閥。通過減壓閥后氣相并入原加熱爐天然氣管線中反至蒸汽鍋爐調(diào)壓柜出口，再通過跨線并入蒸汽鍋爐燃?xì)夤芫W(wǎng)中。系統(tǒng)工藝圖如圖4。

5 應(yīng)用效果

5.1 設(shè)備運行平穩(wěn)

通過查看蒸汽鍋爐壓力運行曲線，壓力維持在0.6-0.7mpa 且處于平穩(wěn)狀態(tài)；天然氣調(diào)壓柜減壓后管網(wǎng)壓力平穩(wěn)，維持在0.2mpa 左右。可見通過改造運行，蒸汽鍋爐設(shè)備運行正常，減壓閥設(shè)備運行良好。

5.2 液化氣產(chǎn)品質(zhì)量合格

表3 液化氣產(chǎn)品質(zhì)量化驗分析數(shù)據(jù)

6 經(jīng)濟效益

6.1 直接效益

根據(jù)生產(chǎn)日報表統(tǒng)計，日均不凝氣排放量約為1.1噸。根據(jù)塔頂氣相組成分析數(shù)據(jù)（C2平均體積分?jǐn)?shù)為74.58%，C3平均體積分?jǐn)?shù)25.42%）及各組分熱值可以計算出該混合氣體熱值為97.9MJ/m3。

按照天然氣熱值39.5MJ/m3折算，每天可節(jié)約天然氣約37.66m3。年可節(jié)約天然氣約1.25 萬m3，按照天然氣采購價2.96 元/m3計算，約節(jié)約燃料成本3.68 萬元/年。

6.2 間接效益

本月共計加工原油460.434 噸，銷售液化石油氣74.777 噸（單價3600 元/噸），穩(wěn)定油377.94 噸（單價4700 元/噸），營口凝析油采購價3000 元/噸，則加工后毛利潤為：74.777×3600+377.94×4700-460.434×3000-100×460.434（加工成本）=61.81 萬元。按照本年度預(yù)計加工量3000 噸計算，約增加毛利潤432.67 萬元/年。

綜上所述，本次驗證期經(jīng)濟效益合計=產(chǎn)出效益-投入成本=3.68+3.78+432.67-0.4=439.7 萬元。投入產(chǎn)出比：1:1150。

結(jié)語

通過對穩(wěn)定塔頂不凝氣回收利用改造，不僅解決直接放空對環(huán)境產(chǎn)生的污染，同時消除安全隱患因素，而且為公司節(jié)省再次啟用加熱爐或者增設(shè)地面火炬系統(tǒng)的巨額費用；同時繼續(xù)提升營口原油的附加值，經(jīng)過精細(xì)分離的石油液化氣產(chǎn)品與穩(wěn)底油按照現(xiàn)市場價格，比原油增加約500-1000 元/噸。對于公司而言，既保障良好的經(jīng)濟效益，又能實現(xiàn)平穩(wěn)操作、降本增效、綠色環(huán)保的宗旨。