煉化企業(yè)公用系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

魏大偉

（浙江石油化工有限公司，浙江舟山 316000）

我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)已確定，為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，不僅要加快實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的綠色變革，還要堅(jiān)持節(jié)能工作優(yōu)先，節(jié)能是第一能源，是減排的重要手段。

本文列舉了某煉化企業(yè)公用系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，以推進(jìn)煉化企業(yè)綠色低碳發(fā)展新局面。

1 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用一：不同裝置間換熱

煉化部分裝置工藝過(guò)程是放熱反應(yīng)，如制氫裝置、芳烴裝置等，裝置初始設(shè)計(jì)時(shí)用循環(huán)水或空冷系統(tǒng)冷卻，不僅造成熱量浪費(fèi)，而且增加冷卻系統(tǒng)能耗。通過(guò)不同裝置之間換熱節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，既回收了熱量又降低了冷卻系統(tǒng)能耗。

1.1 換熱節(jié)能方案實(shí)施及系統(tǒng)參數(shù)

（1）制氫裝置同除鹽水裝置換熱：制氫變換單元產(chǎn)合成氣溫度為154℃，為了滿足后續(xù)工藝條件，需將合成氣溫度降至95℃，原系統(tǒng)采用循環(huán)水換熱，造成熱量浪費(fèi)及循環(huán)水系統(tǒng)能耗增加。為了充分利用合成氣熱量，在制氫裝置變換單元增加一臺(tái)管殼式換熱器及若干隔斷閥門，用1 300 m 28寸不銹鋼管道將除鹽水站2 000 t/h 除鹽水送至制氫裝置變換單元新增換熱器，換熱后的除鹽水再送至動(dòng)力鍋爐使用。除鹽水換熱前后溫度35℃/45.7℃，合成氣換熱前后溫度154℃/95℃，制氫合成氣流量42萬(wàn)m3（標(biāo)）/h。制氫裝置同除鹽水裝置換熱系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 制氫裝置同除鹽水裝置換熱系統(tǒng)圖

（2）芳烴裝置同除鹽水裝置換熱：芳烴裝置生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生4 500 t/h、96℃低溫?zé)崴瑸榱藵M足生產(chǎn)要求，需要將低溫?zé)崴抵?0℃以下，裝置原設(shè)計(jì)時(shí)采用空冷機(jī)組降低水溫，不僅造成熱量浪費(fèi)，而且空冷系統(tǒng)運(yùn)行也增加裝置能耗。為了利用此部分熱量，在除鹽水裝置增加板式換熱器及系統(tǒng)隔斷閥門，將芳烴熱水送至除鹽水裝置換熱后回用，換熱后的除鹽水再送至動(dòng)力鍋爐使用。除鹽水換熱前后溫度46℃/84℃，芳烴熱水換熱前后溫度96℃/70℃。

1.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）制氫裝置換熱效益：根據(jù)傳熱公式Q=cm?t，計(jì)算除鹽水同制氫裝置換熱量為24.9 MW，按標(biāo)煤發(fā)熱量7 000大卡折算，除鹽水變換取熱可節(jié)約標(biāo)煤2 756 kg/h，裝置年運(yùn)行8 400 h，每年可節(jié)約標(biāo)煤2.32萬(wàn)t。

（2）芳烴裝置換熱效益：根據(jù)傳熱公式計(jì)算芳烴熱水同除鹽水總換熱量為138.2 MW，按換熱量折算，芳烴熱水加熱除鹽水熱量可節(jié)約標(biāo)煤15 299 kg/h，裝置年運(yùn)行8 400 h，每年可節(jié)約標(biāo)煤12.86 萬(wàn)t。（3）不同裝置之間熱源交換項(xiàng)目可為企業(yè)年節(jié)約標(biāo)煤共計(jì)15.18萬(wàn)t。

1.3 安全要求

煉化企業(yè)不同裝置間換熱時(shí)要考慮工藝介質(zhì)和公用介質(zhì)互竄風(fēng)險(xiǎn)，管殼式換熱器優(yōu)先選用U 型管束。工藝介質(zhì)壓力高于公用介質(zhì)壓力時(shí)，應(yīng)在公用介質(zhì)側(cè)設(shè)置安全閥、采樣器，并設(shè)置超壓報(bào)警等安全措施。

2 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用二：乏汽回收

煉化企業(yè)公用系統(tǒng)生產(chǎn)中會(huì)有部分蒸汽排空，俗稱乏氣。產(chǎn)生乏汽主要工藝有以下兩種。

1）除氧器乏汽。煉化裝置用除鹽水多使用熱力除氧，為了排出水中溶解的氧氣，除氧器排汽直接向空排放，排放時(shí)部分加熱蒸汽也隨之排出，造成熱量損失。

2）鍋爐排污乏氣。工業(yè)鍋爐、動(dòng)力站鍋爐因工藝需要會(huì)產(chǎn)生高溫高壓排污水，排污水量約為鍋爐蒸發(fā)量的1%，此股排污水在擴(kuò)容器減壓后產(chǎn)生乏汽，乏氣從擴(kuò)容器頂部排出，高溫凝液水從擴(kuò)容器底部排出，排出的高溫凝結(jié)水需要摻混廠區(qū)工業(yè)水冷卻至35℃后再排放。此工藝不僅造成熱量損失而且消耗大量廠區(qū)工業(yè)水。

2.1 乏汽回收節(jié)能方案實(shí)施及系統(tǒng)參數(shù)

（1）除氧器乏汽回收節(jié)能方案：在每臺(tái)除氧器頂部安裝1臺(tái)射水抽氣器，利用除鹽水通過(guò)漸闊噴嘴擴(kuò)容降壓形成真空后，將除氧器排汽抽吸至氣液分離罐，在分離罐中將不凝結(jié)氣體排出，汽水混合物充分混合換熱后通過(guò)水泵增壓后送回除氧器進(jìn)行回收利用。冷除鹽水流量37.51 t/h、壓力1.64 MPa（G）、溫度27.2℃，混合換熱后的除鹽水出口流量44.11 t/h，壓力1.108 MPa（G）、溫度84.63℃

（2）鍋爐排污乏氣回收節(jié)能方案：在每臺(tái)鍋爐排污擴(kuò)容器處設(shè)置1臺(tái)管式換熱器，將鍋爐正常排污水引至管式換熱器，與冷除鹽水進(jìn)行換熱，被加熱后的除鹽水通過(guò)管道送回除氧器進(jìn)行回收利用。冷卻后的排污水不用摻混工業(yè)水即可達(dá)標(biāo)排放。冷除鹽水流量15.15 t/h，壓力1.64 MPa（G）、溫度27.2 ℃，換熱后的除鹽水出口溫度71.7 ℃，壓力1.4 MPa（G）。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）除氧器乏汽回收：查H-S 表，冷除鹽水H=113.97 kJ/kg；混合換熱后的除鹽水H=354.37 kJ/kg。

（2）鍋爐排污乏氣回收：查H-S 表，冷除鹽水H=113.97 kJ/kg；熱除鹽水H=300.13 kJ/kg。共7臺(tái)鍋爐排污系統(tǒng)實(shí)施乏氣回收。

（3）乏汽回收項(xiàng)目年節(jié)約標(biāo)煤共計(jì)0.89萬(wàn)t。

3 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用三：低品質(zhì)蒸汽發(fā)電

煉化許多裝置在生產(chǎn)中副產(chǎn)低品質(zhì)蒸汽，但項(xiàng)目整體規(guī)劃時(shí)考慮的蒸汽平衡工況有限，不能完全覆蓋實(shí)際生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)，例如裝置交替停工檢修工況、產(chǎn)汽和用汽裝置投運(yùn)不同步工況、伴熱系統(tǒng)冬季和夏季用汽量差異工況、新規(guī)劃項(xiàng)目不斷并入原蒸汽管網(wǎng)工況等，這些工況在項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)是無(wú)法全面統(tǒng)籌的，這就造成實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)蒸汽不平衡問(wèn)題，尤其是中、低壓蒸汽富余，頻繁出現(xiàn)蒸汽放空現(xiàn)象。為更好地平衡全廠中、低壓蒸汽系統(tǒng)，避免資源浪費(fèi)，可以根據(jù)全廠中、低壓蒸汽實(shí)際運(yùn)行平衡結(jié)果，在用汽區(qū)域利用余熱發(fā)電機(jī)組回收能量[1]。

3.1 余熱發(fā)電機(jī)組節(jié)能方案實(shí)施及系統(tǒng)參數(shù)

3.1.1 確定余熱機(jī)組輸入條件

（1）首先根據(jù)企業(yè)日常蒸汽平衡確定富余蒸汽等級(jí)及余量，根據(jù)蒸汽等級(jí)選擇機(jī)組參數(shù)；

（2）機(jī)組參數(shù)確定后選擇布置場(chǎng)地，場(chǎng)地選擇時(shí)要考慮土地面積，還要考慮蒸汽管道、凝液及冷源的就近接入，冷源可以選擇循環(huán)水、海水或空冷；

（3）根據(jù)場(chǎng)地大小選擇升壓變或就近接入廠區(qū)高壓變電站。

3.1.2 確定余熱機(jī)組參數(shù)

（1）在北區(qū)布置一臺(tái)雙進(jìn)汽余熱發(fā)電機(jī)組，中壓蒸汽進(jìn)汽參數(shù)1.3 MPa（G），溫度290℃，進(jìn)汽量150 t/h，低壓蒸汽進(jìn)汽參數(shù)0.5 MPa（G），溫度210℃，進(jìn)汽量150 t/h。

（2）在南區(qū)布置一臺(tái)低壓余熱發(fā)電機(jī)組，低壓蒸汽進(jìn)汽參數(shù)0.5 MPa（G），溫度210℃，進(jìn)汽量100 t/h。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）中壓蒸汽焓值3 108.8 kJ/kg，低壓蒸汽焓值2 872.5 kJ/kg，機(jī)組年運(yùn)行2 100 h，按蒸汽焓值計(jì)算北區(qū)余熱機(jī)組年節(jié)約標(biāo)煤7.15萬(wàn)t；

（2）按蒸汽焓值計(jì)算南區(qū)余熱機(jī)組年節(jié)約標(biāo)煤2.29萬(wàn)t。

（3）低品質(zhì)蒸汽余熱發(fā)電項(xiàng)目可為企業(yè)年節(jié)約標(biāo)煤共計(jì)9.44萬(wàn)t。

4 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用四：循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)必不可少的基本環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行效率普遍在50%以下，提高循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行效率可以顯著提升企業(yè)節(jié)能效果。

4.1 循環(huán)水節(jié)能方案實(shí)施及系統(tǒng)參數(shù)

（1）循環(huán)水系統(tǒng)壓力優(yōu)化：在設(shè)計(jì)時(shí)，循環(huán)水泵揚(yáng)程按系統(tǒng)最大阻力損失加上一定的安全系數(shù)確定，實(shí)際運(yùn)行阻力往往低于設(shè)計(jì)阻力，因此水泵設(shè)計(jì)的揚(yáng)程有很大一部分沒(méi)有利用。原循環(huán)水泵原設(shè)計(jì)揚(yáng)程40 m，改造前夏季最大供水量期間，循環(huán)水系統(tǒng)供水壓力在0.46～0.48 MPa，回水壓力在0.25～0.3 MPa，因系統(tǒng)無(wú)高位換熱器，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行進(jìn)、回水壓差，水泵揚(yáng)程只需大于29 m 即可，改造后的供水壓力不會(huì)對(duì)換熱效果產(chǎn)生影響。

（2）循環(huán)水系統(tǒng)溫度優(yōu)化

循環(huán)水采用閉式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)循環(huán)水進(jìn)、回水溫差10℃，實(shí)際運(yùn)行時(shí)夏季循環(huán)水進(jìn)、回水溫差只有5～6℃，冬季進(jìn)、回水溫差僅2～3℃，可見水溫還有優(yōu)化空間。循環(huán)水靠海水冷卻，因海水側(cè)流量調(diào)節(jié)受限，很難通過(guò)調(diào)節(jié)海水流量實(shí)現(xiàn)循環(huán)水溫度的調(diào)節(jié)，但循環(huán)水溫度隨海水溫度波動(dòng)而波動(dòng)，循環(huán)水水溫波動(dòng)趨勢(shì)見圖2，從圖2可以發(fā)現(xiàn)，除夏季外，其余季節(jié)循環(huán)水水溫有較大富?？臻g，因此可通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)水水量達(dá)到節(jié)能效果。

圖2 循環(huán)水水溫波動(dòng)趨勢(shì)圖

（3）循環(huán)水系統(tǒng)水量?jī)?yōu)化：原設(shè)計(jì)循環(huán)水系統(tǒng)有6 臺(tái)工頻循環(huán)水泵，單泵流量10 000 m3/h，額定功率1 400 kW，正常運(yùn)行4開2備，運(yùn)行功率為5 360 kW，因6臺(tái)泵均為工頻泵，無(wú)法調(diào)節(jié)流量，因此改造選擇1 臺(tái)水泵配置永磁調(diào)速器，用于調(diào)節(jié)水量。

（4）根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的壓力、運(yùn)行所需的水量，將原6 臺(tái)水泵更換為低壓頭可調(diào)節(jié)流量循環(huán)水泵，改造前后水泵參數(shù)如表1所示。

表1 循環(huán)水泵改造前后參數(shù)對(duì)比表

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

改造后經(jīng)濟(jì)效益如表2所示。

表2 循環(huán)水改造經(jīng)濟(jì)效益

5 結(jié)束語(yǔ)

1）通過(guò)不同裝置之間熱源交換、乏汽回收、低品質(zhì)蒸汽余熱發(fā)電等節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，可為企業(yè)年節(jié)約標(biāo)煤25.51萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^，不僅節(jié)約了企業(yè)成本，而且實(shí)現(xiàn)了碳減排，按標(biāo)煤的二氧化碳排放因子2.6計(jì)算，預(yù)計(jì)每年至少減少二氧化碳排放66.3萬(wàn)t。

2）通過(guò)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造，每年可節(jié)約電量1869.5萬(wàn)度。

3）大型煉化企業(yè)比傳統(tǒng)獨(dú)立功能的煉油廠或化工廠更利于開展節(jié)能降耗工作，更易形成綠色低碳經(jīng)濟(jì)。

4）大型煉化企業(yè)公用系統(tǒng)還有很多節(jié)能措施可以實(shí)施，如自備發(fā)電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行、大功率設(shè)備變頻改造、運(yùn)用高效保溫材料等技術(shù)措施。節(jié)能工作沒(méi)有終點(diǎn)，需要不斷挖掘節(jié)能潛力。