300×104t/a催化裂化裝置分餾塔頂油氣冷卻系統的優化

胡海蘭　趙捷（蘭州石化公司研究院）

300×104t/a催化裂化裝置分餾塔頂油氣冷卻系統的優化

胡海蘭趙捷（蘭州石化公司研究院）

某石化公司重油催化裂化裝置對空冷進行更換，并結合低溫換熱網絡現狀，在裝置大檢修期間，對分餾塔頂冷卻系統進行改造優化，以解決分餾塔頂冷卻能力不足的問題，并改造調整裝置低溫換熱網絡，降低裝置能耗，取得了較好的效果，可使裝置能耗顯著降低。年節約標煤1.6377×104t，帶來效益1430萬元。

重油催化裂化裝置油氣冷卻分餾塔頂

某石化公司的300×104t/a重油催化裂化裝置由于富氣壓縮機入口溫度的瓶頸，操作上需盡可能降低換熱水返罐溫度，從而降低E202/1～6換熱水側溫度，提高分餾塔頂冷卻系統冷卻效果，同時造成催化裝置換熱水終溫下降，氣分裝置E513需要使用大量低壓蒸汽對換熱水進行加熱，能效利用非常低。為消除該生產瓶頸，對空冷A-201進行更換，并結合裝置低溫換熱網絡現狀，由北京設計院重新設計核算，在2011年7至8月裝置大檢修期間，對分餾塔頂冷卻系統進行改造優化，以解決分餾塔頂冷卻能力不足的問題，并改造調整裝置低溫換熱網絡，降低裝置能耗。

1　優化流程

300×104t/a重油催化裂化裝置分餾塔油氣自分餾塔頂流出后，先經分餾塔頂油氣-換熱水換熱器E-202/1～6與換熱水換熱后，進入分餾塔頂油氣空冷器A-201/1～28，冷卻后進入分餾塔頂油氣分離器D-201進行氣液分離，氣體經富氣壓縮機進行壓縮后進入吸收穩定系統，液體粗汽油經泵加壓后送往吸收穩定系統進一步分離。

E-202/1～6取熱介質為裝置換熱水，該系統主要由換熱水罐（D-208）、換熱水泵（P-212）、換熱器、蒸汽加熱器（E-513）、板框冷卻器（E-212）以及各種儀表構成。換熱水從D-208由P-212加壓后，分別與分餾塔塔頂油氣（E-202）、輕柴油（E-204）、穩定汽油（E-305）、分餾一中 （E-206）、頂循（E-203）以及油漿（E-207） 換熱后，為了保證氣分裝置用水條件，設置了蒸汽加熱器（E-513），用1.0MPa蒸汽加熱換熱水供水。經氣分取熱后，如果換熱水回水溫度較高，可通過板框冷卻器（E-212/1～8）將回水冷卻，然后再送入換熱水罐（D-208）形成循環。

分餾塔頂油氣空冷器A-201/1～28為干濕聯合空冷，自2003年7月裝置首次開車投產后，隨著運行周期的不斷增加，實際生產中，管束外部翅片管結垢、管束翅片脫落嚴重、風機運行效率下降且故障率高，同時空冷器之間間距小，存在互相搶風現象，致使空冷冷卻能力嚴重不足，造成分餾塔頂冷后溫度持續超出工藝卡指標上限（30～48℃），最高溫度達到55℃。雖然車間采取諸多調整措施：包括除鹽水代替軟化水作為空冷用水；制定空冷風機檢查臺賬，及時聯系維修公司維護；降低換熱水溫度來降低空冷入口溫度；定期對空冷偏流進行調整；聯系施工單位用水沖洗管束外表面等措施來解決分餾塔頂冷后溫度高的問題，但效果有限，分餾塔頂冷后溫度依然維持在50～55℃之間，使得氣壓機入口溫度上升，富氣量增多，氣壓機負荷增大，嚴重影響氣壓機安全平穩運行，已經成為制約裝置滿負荷安全長周期平穩運行的瓶頸。

由于富氣壓縮機入口溫度的瓶頸，操作上需盡可能降低換熱水返罐溫度，從而降低E202/1～6換熱水側溫度，提高分餾塔頂冷卻系統冷卻效果，同時造成催化裝置換熱水終溫下降，氣分裝置E513需要使用大量低壓蒸汽對換熱水進行加熱，能效利用非常低。

2　優化潛力

300×104t/a催化裂化裝置內部分換熱網絡不合理，造成能量浪費，主要表現在：

1）300×104t/a催化裂化裝置分餾塔頂油氣-換熱水換熱器（E202/1～6），由于處理量和氣體產量的增加，油氣通過現有6臺冷凝器的壓降增大，壓降達到0.13kg/cm2。

2）300×104t/a催化裂化裝置貧吸收油的換熱流程是先經過脫吸塔（C302）重沸器加熱塔底介質，然后加熱富吸收油，再經過空冷器冷卻，進空冷器前的溫度仍高達130℃左右，還有較大的低溫熱回收潛力。

空冷A201/1～28在長期運行過程中，設備嚴重老化，管束外表面結垢且大量翅片破損、脫落，加之空冷風機運行效率下降，造成空冷抽風冷卻效果下降，空冷冷卻效果極差，嚴重影響氣壓機組的平穩運行，必須對空冷A201/1～28進行更換。

3　優化方案

對空冷A-201進行更換，對分餾塔頂冷卻系統進行改造優化，具體的優化實施方案如下：

1）拆除分餾塔頂28臺干濕聯合空冷，更換為6臺濕式板式空冷器。

2）分餾塔頂油氣-換熱水換熱器E-202/1～6殼體利舊，管束更改為螺旋折流板換熱器，新增2臺同規格換熱器E-202/7～8，與E-202/1～6并聯操作，解決分餾塔頂冷卻系統冷卻能力不足的現狀，同時降低油氣側壓降。

3）對低溫換熱網絡進行優化，新增1臺貧吸收油-換熱水換熱器E-215，更多回收貧吸收油中熱量。

4　實施

該優化方案由車間在2011年7至8月裝置大檢修期間組織施工單位施工，9月份裝置開工后投用實施。

4.1改造后分餾塔頂冷卻系統流程

為了充分回收分餾塔頂油氣的低溫熱，新增兩臺分餾塔頂油氣-換熱水換熱器E-202/7～8與換熱水換熱后，由于換熱面積增大，有效降低了空冷器的熱負荷，故減少22組空冷器，僅保留6組空冷器（圖1）。

圖1　改造后分餾塔頂冷卻系統流程

4.2改造后低溫熱水循環系統流程

新增1臺貧吸收油換熱器，換熱水與輕柴油（E-204）換熱后先與貧吸收油（E-215）再與穩定汽油（E-305）及原流程中的后續換熱器換熱，其它換熱流程不變（圖2。）

圖2　改造后低溫熱水循環系統流程

4.3空冷A201運行情況

7月底300×104t/a催化裂化裝置大檢修結束，8月3日反應噴油成功，各崗位操作逐步調整到位，裝置恢復正常生產。9月2日2#主風機切換至四機組運行，裝置提量滿負荷生產，新增的6臺濕式板式空冷器運行情況良好。圖3為裝置滿負荷生產下分餾塔頂冷后溫度變化。從圖3可以明顯看出，分餾塔頂冷后溫度完全控制在工藝卡范圍內（30～48℃），滿足實際生產需要。

圖3　裝置滿負荷生產下分餾塔頂冷后溫度變化

4.4低溫熱水循環系統運行情況

分餾塔頂冷卻系統改造后，分餾塔頂冷后溫度完全受控，因此車間開始逐步對裝置低溫熱水循環系統取熱量進行調整優化，以降低裝置能耗。9月2#主風機切換至四機組運行、裝置滿負荷生產后，車間逐步停用3臺換熱水—循環水板框式換熱器E-212，將換熱水返換熱水罐D-208，溫度由檢修前的40～45℃提高到50～55℃，對低溫熱水循環系統運行開始進行調整優化。圖4為催化裝置換熱水終溫及E513換熱器加熱蒸汽流量改造前后變化。從圖4可以看出，雖然換熱水總取熱量有所下降，但由于換熱水初始溫度升高，換熱水在催化裝置內的換熱終溫得到大幅提高，由改造前的105～108℃上升到117～120℃，氣分裝置換熱水加熱器E513加熱蒸汽流量隨之明顯降低，在換熱水進氣分裝置溫度TIC511控制131.5℃的前提下，由改造前的36～40t/h降至18～22t/h，節約1.0MPa蒸汽約18t/h。同時由于停用3臺換熱水-循環水板框式換熱器，循環水用量下降，節約循環水約650t。

圖4　改造前后催化裝置換熱水終溫及E513換熱器加熱蒸汽流量變化

目前，低溫熱水循環系統相關操作條件控制較平穩，車間逐步提高換熱水初始溫度至設計范圍58～65℃，觀察低溫熱水循環系統取熱量變化。

4.5分餾塔頂油氣-換熱水換熱器E-202/1～8運行情況

裝置開工后，新增的E-202/7～8運行情況良好。圖5為改造前后E202殼程（油側）出口溫度變化。從圖5可以看出，改造后在換熱水初始溫度提高的情況下，E202油氣出口溫度仍有明顯下降，由改造前的90℃下降到85℃。同時增加2臺換熱器后，E202油氣側壓降降低，氣壓機入口壓力上升，在維持同樣的沉降器壓力的情況下，氣壓機組汽輪機用氣量相應下降，降低了裝置能耗。

4.6貧吸收系統運行情況

圖6為改造前后貧吸收進再吸收塔溫度變化。從圖6可以看出，貧吸收油-換熱水換熱器E215投用后，貧吸收油中低溫熱得到進一步回收，貧吸收進再吸收塔溫度明顯下降，有利于提高干氣質量、減少干氣帶液。

圖5　改造前后E202殼程出口溫度變化

圖6　改造前后貧吸收油進再吸收塔溫度變化

分餾塔頂冷卻系統改造后，分餾塔頂冷卻系統冷卻能力不足情況得到解決，相應粗汽油進吸收塔溫度較改造前的50～55℃大幅下降，極大提高了吸收塔的吸收效果，同時隨著貧吸收油進再吸收塔溫度降低，再吸收塔吸收效果得到改善，使得干氣質量得到較大提升。圖7為改造前后干氣質量變化。從圖7可以明顯看出，干氣純度明顯上升，由改造前的接近95%提高到96%以上。

圖7　改造前后干氣質量變化

5　實施效果

項目實施后E513低壓蒸汽年用量減少18t/h，每年節能量（標煤）1.5634×104t；E212循環水年用量減少52×104t/a，節能量（標煤） 0.0743× 104t，兩項合計年節能（標煤）1.64×104t；年節約蒸汽成本 1290.24萬元，年節約循環水成本140.4萬元，合計年經濟效益為1430.64萬元。

6　結論

能量優化方案實施后，達到了預期的目的：

1）分餾塔頂冷卻系統改造已徹底解決分餾塔頂冷卻系統冷卻能力不足情況，為裝置滿負荷安全長周期平穩運行打下堅實的基礎。

2）以分餾塔頂冷卻系統改造為基礎的低溫熱回收換熱網絡改造調整已初見成效，但仍需要根據北京設計院設計核算數據持續進行調整優化，同時通過近期300×104t/a催化裂化裝置全面標定，全面掌握低溫熱回收換熱網絡運行狀況和裝置能耗變化。

3）吸收穩定系統吸收劑溫度降低，吸收塔、再吸收塔吸收效果增強，干氣質量得到明顯提升。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.003.009

2014-06-30）

胡海蘭，高級工程師，2010年畢業于華東理工大學，從事能量優化技術研究工作，E-mail：cnhhl@163.com，地址：甘肅省蘭州市西固區清水街17號蘭州石化公司研究院，730060。