常減壓蒸餾裝置的節能對策

劉 超

(中國石油大連石化公司，遼寧 大連 116032)

1 常減壓蒸餾裝置的能耗節能改進措施

在煉油企業中，常減壓蒸餾的加工能力是煉油企業加工能力的重要標志，其加工能力的高低亦是煉油企業綜合技術實力的具體體現。常減壓蒸餾裝置承擔著從原油中分離出汽油(重整料)、煤油、柴油、潤滑油(蠟油)組分等重要的分離任務，更主要的是為下游二次加工裝置提供原料。常減壓蒸餾裝置在石油加工過程中不但加工規模較大，占煉油綜合耗能的比例也是值得關注的。常減壓蒸餾裝置的能耗在整個煉油廠的耗能中占15%～20%，降低常減壓蒸餾裝置的能耗，對降低整個煉油企業的綜合能耗，提高煉油企業綜合效益意義十分重大。

常減壓蒸餾裝置近20 年來節能改進措施主要有以下幾個方面，從基礎設計入手優化換熱流程、優化頂循環回流(中段回流)取熱比例、優化調整分餾塔(尤其是常壓塔、減壓塔)的過氣化率、常壓塔汽提段改造、減壓塔內填料的改造、減壓抽真空系統改造、加熱爐煙氣余熱回收、DCS先進優化控制等。

2 常減壓蒸餾裝置工藝技術優化

2.1 原油性質的影響與優化

常減壓蒸餾裝置一般以一種原油或兩種混合原油的性質為基礎進行設計核算，換熱流程的排布和主要設備的選型同樣是根據選定原油的基礎數據進行的，但從全國煉油企業常減壓裝置實際加工原油的狀況看，原料的性質也千差萬別，甚至有些裝置加工的原油與實際設計的原油性質相差很大，某石化公司一蒸餾裝置加工的部分原油加工數據統計(見表1 一蒸餾裝置部分原油性質與操作條件匯總)。這種情況直接影響裝置的能耗，原油性質的變化對常減壓蒸餾裝置能耗的影響及措施主要有:

(1)原油加工裝置的石腦油收率升高則裝置能耗上升，主要原因是原油偏輕則低溫熱原量較大，尤其是塔頂石腦油只有很少的一部分熱能可以回收，熱能的損失較大。加工輕質油時一般換熱終溫較低，燃料的消耗較大;

(2)常減壓蒸餾裝置原油的選擇應首先考慮實沸點數據與裝置設計原油的數據相近的原油，因為裝置換熱流程窄點優化時是以設計原油的基礎數據進行優化的，如加工原油與設計原油性質偏差較大，則換熱處于非優化狀態，影響熱能的回收，使燃料消耗增加。解決上述不利因素的措施是通過原油的調和措施，使加工原油各組分的收率接近設計原油各組分的收率，確保換熱流程的優化，從而降低裝置的能耗;

(3)通過增加原油在線調和措施，確保裝置加工原料的穩定性，從而確保裝置的加工負荷;

2.2 加工負荷率的影響與優化

裝置加工負荷率是指單日加工量與設計的單日加工量之比。常減壓蒸餾裝置的能耗與裝置的加工負荷率的關系是，加工量越大，裝置能耗越低，反之加工量越小，裝置能耗越大。國外煉油企業常減壓蒸餾裝置單套加工能力一般為5 Mt/a 以上，整個煉廠的加工能力在10 Mt/a 以上，裝置加工負荷率在80%～90%，目前世界上單套加工能力在12 Mt/a 的煉廠并不少見。國內中石油系統中的某石化分公司最大的常減壓蒸餾裝置單套加工能力在10 Mt/a，實際原油一次加工能力已突破20 Mt/a，已經運行的6 Mt/a 常壓蒸餾裝置和4.5 Mt/a 常減壓蒸餾裝置2004 年加工負荷率達到100%，開工實際運行周期已超過3 年，裝置能耗大大降低，因此，降低常減壓蒸餾裝置的能耗，裝置負荷率是重要的一項措施。據有關部門測算，裝置負荷率低于85%，裝置能耗將大大提高。所以要求裝置大型化的同時，還要提高裝置的負荷率，如裝置負荷率低于70%，裝置大型化帶來的直接后果是高能耗，所以，要進行裝置加工量的優化，確保裝置加工負荷在85%以上，如果加工負荷較低，即使采取節能措施裝置能耗方面也很難達到一個較高的節能水平。表1 列出了負荷率與裝置能耗對比情況，可見，裝置負荷率對能耗的影響較大。

表1 負荷率與裝置能耗的關系Table 1 Load factor and unit energy consumption relative percentage basis

2.3 提高換熱終溫的措施與優化

常減壓蒸餾裝置的換熱終溫是裝置節能優化的一個重要方面，也是衡量常減壓裝置節能水平的重要指標。對于一定的原油和一定的拔出深度，原油換熱終溫升高，則常壓爐的負荷下降，加熱爐的燃料消耗降低。利用窄點技術優化換熱網絡，可使裝置的換熱終溫由230～240 ℃提高到300～310 ℃，常壓爐的燃料消耗可降低36%～48%，由此可見提高換熱終溫對降低常壓爐的燃料消耗意義十分重大。

影響換熱終溫的主要因素有原油性質、常壓與減壓最下側線的拔出深度(最下側線干點值)、常(減)壓塔的中段回流取熱分配比例、是否采取優化控制、換熱設備的效率與裝置加工負荷率等。利用先進的工藝設計和高效的換熱設備，輔以優化的操作控制，可有效提高換熱終溫，降低常壓爐燃料消耗。

(1)利用窄點技術優化換熱網絡，使原油換熱終溫大大提高。但目前裝置實際運行的狀況與利用窄點技術優化后換熱網絡的狀況相差較大，尤其是對加工多種進口原油的裝置，換熱終溫的變化較大，解決這種狀況的手段是通過原油調和確保調和后的原油性質與窄點技術優化的原油性質接近，確保換熱終溫的穩定。

(2)采用高效換熱器，提高換熱效率。采用高效換熱器是投入少、見效快的有效措施。

(3)在裝置開工的中、后期，利用在高溫重油部位的流程上注入阻垢劑的方法確保高溫換熱設備的換熱效率。

2.4 對加熱爐系統的優化

2.4.1 降低燃料中雜質的含量

用渣油作燃料的裝置，要減少灰垢的生成，從根本上要降低原油中的金屬含量。目前蒸餾裝置電脫鹽只能脫出NaCl 和部分的MgCl2，CaCl2，而對于鐵鹽、銅鹽以及有機鈣鹽均不能在加注常規的破乳劑下脫出，而燃料油中鹽含量增加，勢必造成燃料油燃燒后的灰分增加，灰分附著在輻射爐管、對流爐管以及空氣預熱器的釘頭管上，爐管和預熱器管束結灰嚴重，影響傳熱效率，使能耗增加。目前解決的措施是在電脫鹽過程中加入脫鈣劑和脫金屬劑，以減少燃料油中的金屬含量，降低燃料油燃燒后產生的灰分。

2.4.2 使用聲波除灰

確保加熱爐爐管和空氣預熱器管束的傳熱效率，減少爐管表面灰分的沉積，最有效的方法是加熱爐管定期吹灰。過去傳統的吹灰方法效果較差，吹灰的盲區較多，局部灰分的沉積較嚴重，直接影響裝置的長周期運行，尤其是裝置開工的中、后期裝置能耗上升較大。目前加熱爐吹灰主要采用聲波式除灰器，除灰效果明顯提高，其主要優點是易造成灰塵沉積的盲區較少，吹灰較徹底，對設備無損害等，應加大推廣力度。

2.4.3 使用高效燃燒器

在加熱爐單元中，燃燒器是重要的加熱爐設備，一個好的加熱爐燃燒器其正常工作中的耗氧量較低、燃燒充分，不存在二次燃燒的現象。配風形式為旋流分級配風，火焰的方向性好，不存在燃燒中的局部過熱現象。更主要的是燃料的適應性較強，節約燃料效果明顯，加熱爐效率較高。具備上述特征的燃燒器以洛陽某石油化工設備有限公司生產的油氣聯合燃燒器最為典型。

2.4.4 加強加熱爐的日常管理

在常減壓蒸餾裝置的節能中，加熱爐系統優化操作十分重要，因為在蒸餾能耗中燃料消耗占蒸餾能耗的70%，節能潛力很大。在加熱爐的日常管理方面主要應加強以下幾個方面的工作:

(1)嚴格控制各項工藝指標，主要是氧質量分數不大于2.5%，底部爐膛負壓不小于80 Pa，中部爐膛負壓不小于50 Pa，加熱爐排煙溫度控制在150～160 ℃，提高入爐空氣的換熱終溫，確保加熱爐效率在較高水平;

(2)加強日常管理，主要包括看火門、看火孔的管理，正常生產時嚴禁看火門、看火孔常開，減少冷空氣漏入量;

(3)對氧含量表和爐膛負壓表定期校驗，確保儀表好用;

(4)對加熱爐阻火器加熱爐火嘴定期清掃，保證設備的使用性能;

(5)加強加熱爐吹灰操作，嚴格執行定期吹灰制度。

2.5 對分餾系統的優化

2.5.1 優化回流取熱比例

在常減壓蒸餾裝置的節能工作中，優化操作尤其是優化中段回流取熱比例十分重要，因為它對提高原油換熱終溫作用很大。一般情況下常壓塔頂循環回流的餾出、返還溫度差控制在50～60 ℃為宜，常一中回流的餾出、返還溫度差控制在70～80 ℃為宜，常二中回流的餾出、返還溫度差控制在75～85 ℃為宜，基本確保常壓塔各段汽液相負荷的平衡，同時保證塔內多余熱量的回收。另外在優化常壓塔頂循環回流和常壓一、二中回流的同時應兼顧產品質量和操作的穩定性，全塔的熱平衡等多方面因素，避免顧此失彼。

2.5.2 降低常壓塔過氣化率

過氣化率是常減壓蒸餾裝置分餾塔操作的一項重要的隱性指標，過氣化率對常減壓蒸餾能耗的影響較大。常壓塔合理過氣化率經驗值是2%～4%，如果過氣化率控制過高則加熱爐燃料消耗增加，如果過氣化率控制過低，一方面產品質量會受到影響，另一方面輕質油收率和裝置總拔出率會受到影響。目前在過氣化率的控制與監測方面尚無有效的手段，但可以通過對相關參數的控制以及操作分析加以控制。比如通過常壓塔頂負荷情況、常壓各中段回流的餾出返還溫度差情況以及常壓塔最下一層側線的干點情況來間接判斷過氣化率的大小，從而調整加熱爐混合出口溫度或調整塔底吹汽量，確保入塔過氣化率在一個相對穩定的范圍內。

3 先進技術的應用

3.1 先進控制技術的應用

目前國內大部分煉油裝置采用DCS 集散控制系統。操作控制的穩定性與靈活性大大提高，但利用DCS 進行全裝置系統優化的裝置并不多見，大部分煉油裝置大多采取的是裝置的局部優化，如加熱爐單元的支路平衡優化控制。原油換熱流程的支路平衡優化控制，如某石化公司的10 Mt/a 年常減壓蒸餾裝置。近幾年來國內蒸餾裝置逐步呈大型化趨勢，采取產品質量在線監測與DCS 自控系統相結合的優化控制即先進控制應有所加強。采用先進控制的優點主要是產品質量無過剩現象，更主要的是使全裝置的熱平衡更加趨于合理，對降低裝置能耗十分有利。目前先進控制系統已在某石化公司3.5 Mt/a 重油催化裂化裝置投用，從實際使用效果看對裝置操作的優化和產品質量的控制十分有利，裝置的綜合運行效益明顯提高。

3.2 高效設備材料的應用

在完善節能基礎工作方面，高效設備材料的運用不容忽視，應用高效傳熱設備可大大提高裝置的熱量回收率，而高效分離設備、高效隔熱材料的應用則可大大降低裝置的熱能消耗。大連石化公司一蒸餾裝置在裝置改造中初底換熱器采用4臺高效波紋管換熱器，使換熱終溫提高近3 ℃;加熱爐內襯隔熱材料選用新技術材料鋯鋁纖維模塊，使加熱爐爐壁溫度大大降低，最高點只有60 ℃;在分餾塔中采用國內先進專利技術，清華大學研制的ADV 微分浮閥，使分離效率大大提高，過氣化率降低，上述高效設備材料的應用在節能降耗工作中的作用已逐步顯現。