柴油加氫精制裝置熱量利用不均衡解決措施探討

白永濤

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安石油化工廠，陜西延安727406）

柴油加氫精制裝置熱量利用不均衡解決措施探討

白永濤

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安石油化工廠，陜西延安727406）

針對(duì)柴油加氫精制裝置自投產(chǎn)以來(lái)，一直存在熱量利用不均衡，如進(jìn)料加熱爐F-101負(fù)荷偏高、蒸汽發(fā)生器E-204停運(yùn)、柴油產(chǎn)品放熱少致使產(chǎn)品出裝置溫度偏高等問(wèn)題，提出改造方案，將常壓柴油原料供應(yīng)方式改造為常壓裝置直接供應(yīng)。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，常壓柴油原料進(jìn)裝置溫度提高了20℃，解決了上述的一系列問(wèn)題，保障裝置的安全平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行；同時(shí)創(chuàng)造了約2023.68萬(wàn)元/年的經(jīng)濟(jì)效益。

柴油加氫精制裝置；熱量；不均衡；負(fù)荷高

某石油化工廠2.4 Mt/a柴油加氫精制裝置采用FHI加氫改質(zhì)異構(gòu)降凝技術(shù)，主要加工常壓裝置的常一、二線柴油及部分常三線柴油，生產(chǎn)滿足國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)的精制柴油產(chǎn)品，副產(chǎn)少量石腦油、輕烴和干氣。石腦油送至罐區(qū)，作為連續(xù)重整裝置原料；輕烴送至柴油加氫裝置進(jìn)一步處理；干氣送至脫硫裝置脫硫處理后，進(jìn)入燃料氣管網(wǎng)。

裝置自2014年8月26日投料試車(chē)成功以來(lái)，裝置一直存在熱量利用不均衡問(wèn)題，如常壓柴油進(jìn)料取熱量不足導(dǎo)致溫度偏低、反應(yīng)進(jìn)料加熱爐F-101負(fù)荷偏高、蒸汽發(fā)生器E-204停運(yùn)、柴油產(chǎn)品放熱少導(dǎo)致產(chǎn)品出裝置溫度偏高等。這些問(wèn)題困擾著裝置的加工負(fù)荷提升和安全平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行，同時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)裝置的節(jié)能降耗。

1 裝置流程概述

1.1 原料流程

原料油供給工藝流程見(jiàn)圖1所示。

圖1 原料油供給工藝流程Fig 1 Supply process of raw oil

柴油加氫精制裝置原料油來(lái)自常壓裝置的常一、二線柴油及部分常三線柴油，3種物料混合進(jìn)入常壓柴油原料罐T-1101后，再通過(guò)長(zhǎng)輸管道輸送至柴油加氫精制裝置原料罐D(zhuǎn)-101，由原料油泵P-101升壓輸送，依次經(jīng)過(guò)自動(dòng)反沖洗過(guò)濾SR-101、柴油產(chǎn)品/原料油換熱器E-203加熱后進(jìn)入濾后原料罐D(zhuǎn)-102，然后由反應(yīng)進(jìn)料泵P-102升壓、經(jīng)反應(yīng)產(chǎn)物/混氫油換熱器E-102加熱、反應(yīng)進(jìn)料加熱爐F-101進(jìn)一步加熱后進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。

1.2 柴油產(chǎn)品熱量利用流程

柴油產(chǎn)品熱量利用流程如圖2所示。

原料油經(jīng)過(guò)高壓換熱器加熱、加熱爐升溫、反應(yīng)脫硫等操作單元后，進(jìn)入產(chǎn)品分餾塔C-202進(jìn)行分離，分餾塔底餾出精制柴油產(chǎn)品。精制柴油由精制柴油產(chǎn)品泵P-203升壓后，依次經(jīng)過(guò)柴油產(chǎn)品/分餾塔進(jìn)料換熱器E-205管程、蒸汽發(fā)生器E-204管程、柴油產(chǎn)品/原料換熱器E-203管程及精柴出裝置空冷器A-203后，送至產(chǎn)品罐區(qū)。

2 裝置運(yùn)行存在問(wèn)題

1)反應(yīng)進(jìn)料加熱爐負(fù)荷高。如圖3，常壓柴油原料先后經(jīng)E-203、E-102換熱升溫后，再經(jīng)反應(yīng)進(jìn)料加熱爐F-101加熱后進(jìn)入加氫精制反應(yīng)器R-101。反應(yīng)進(jìn)料加熱爐實(shí)際入口溫度為337℃，設(shè)計(jì)為350℃，R-101入口溫度要求365℃，即反應(yīng)進(jìn)料加熱爐實(shí)際溫升為28℃，較設(shè)計(jì)溫升（15℃）高，使得加熱爐負(fù)荷偏高，爐膛溫度840℃左右，見(jiàn)表1，即加熱爐在爐膛溫度高限（840℃）附近運(yùn)行，存在著較大的安全隱患。

圖2 精制柴油熱量利用流程Fig 2 Heat utilization process of refined diesel

圖3 反應(yīng)進(jìn)料加熱爐流程Fig 3 Furnace process of reaction feeding

2)蒸汽發(fā)生器E-204停用。為了充分利用精制柴油產(chǎn)品余熱，特設(shè)置蒸汽發(fā)生器E-204，將熱動(dòng)力車(chē)間的除氧水引至蒸汽發(fā)生器中，產(chǎn)出一定量的1.0MPa低壓蒸汽，并入蒸汽管網(wǎng)。E-204正常投用，柴油產(chǎn)品進(jìn)一步冷卻。然而原料油與柴油產(chǎn)品在E-203中換熱后，原料油取熱量減少，為了降低反應(yīng)進(jìn)料加熱爐負(fù)荷，保證原料油入口溫度，故停用E-204蒸汽發(fā)生器。

3)常壓柴油換熱后原料溫度偏低。柴油加氫裝置進(jìn)料溫度約40℃，原料油通過(guò)進(jìn)料換熱器E-203殼程加熱到設(shè)計(jì)的150℃，這就要求E-203管程側(cè)有較大的溫度差。換熱面積一定，換熱器的型式及材質(zhì)一定的情況下，換熱器熱量交換是一定的。當(dāng)管程中的柴油產(chǎn)品和殼層中的原料油量都是定值時(shí)，E-203換熱器管程進(jìn)口溫度較高，則出口溫度也會(huì)較高。

4)精制柴油產(chǎn)品出空冷器后溫度偏高。柴油產(chǎn)品余熱利用后，為保證柴油產(chǎn)品的儲(chǔ)存安定性，產(chǎn)品需進(jìn)一步冷卻，即柴油產(chǎn)品經(jīng)空冷器A-203冷卻至50℃以下，送至產(chǎn)品罐區(qū)。然而，由于E204停用，柴油產(chǎn)品經(jīng)E-203冷后溫度較高，約127℃（設(shè)計(jì)操作溫度為98℃）左右，這就使得空冷器負(fù)荷較高，柴油產(chǎn)品出裝置溫度一直居高不下，溫度約計(jì)53℃左右；尤其是在夏季，這一問(wèn)題更為突出，溫度可達(dá)56℃左右。這不僅影響到柴油產(chǎn)品罐區(qū)的儲(chǔ)存安定性，且制約著裝置運(yùn)行負(fù)荷的提高。

3 解決措施

3.1 技改思路

針對(duì)熱量交換存在的問(wèn)題，可提高常壓柴油原料進(jìn)裝置前的溫度，即進(jìn)料溫度提高到一定溫度，進(jìn)料加熱爐負(fù)荷降低，E-204正常投用，空冷器入口溫度降低，繼而柴油產(chǎn)品出裝置溫度降低。

提高常壓柴油原料進(jìn)口溫度可通過(guò)原料直供的方式實(shí)現(xiàn)，即常壓混合柴油可新配管線，直接輸送至柴油精制裝置原料罐D(zhuǎn)-101。具體思路為：常壓裝置常一線柴油出裝置冷卻器的循環(huán)水線上，增設(shè)溫度控制調(diào)節(jié)閥組；常二、三線柴油出裝置空冷器上，分別增設(shè)1臺(tái)的變頻調(diào)節(jié)器；最終，常一、二、三線柴油通過(guò)自身的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，控制合適的混合溫度，大部分常壓混合柴油直接供給柴油精制裝置，剩余少部分進(jìn)常壓柴油原料罐。

原料油泵P-101和污油外送泵P-105泵送溫度分別為45℃和43℃，最大允許工作溫度應(yīng)至少高于最大泵送溫度28℃。因此，原料直供后，柴油加氫精制裝置進(jìn)料溫度最優(yōu)可提高20℃，即可由以前的40℃提高到60℃左右，則常壓裝置供料需提高23℃。現(xiàn)有設(shè)備完全滿足溫度上升的梯度要求，泵的壓頭損失可以不進(jìn)行修正。

3.2實(shí)施方案

將常壓柴油原料供給方式改造為常壓裝置直接供給，改造流程如圖4所示。

圖4 技術(shù)改造直供熱進(jìn)料工藝流程Fig 4 Technicaltransformation ofdirectheating feeding process

從常壓裝置常一、二線柴油及部分常三線柴油出裝置口處引出一條線，連接至常壓柴油原料泵P-1101至柴油精制裝置原料罐管線上；常壓裝置柴油至常壓柴油原料罐T-1101的原流程保留，并在此管線上增加一組水冷器E-1101，用以冷卻進(jìn)常壓柴油原料罐T-1101的物料，保證柴油儲(chǔ)存的安定性；進(jìn)常壓柴油原料罐T-1101線和E-1101循環(huán)水冷卻線上均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，控制進(jìn)罐常壓柴油流量，并將其溫度控制在安定性指標(biāo)55℃以下；直供柴油原料量用D-101罐進(jìn)料調(diào)節(jié)閥LIC-10101控制，進(jìn)柴油精制裝置調(diào)節(jié)閥LIC-10101與進(jìn)常壓柴油原料罐T-1101的調(diào)節(jié)閥組成分程控制，將常壓混合柴油優(yōu)先送至柴油精制裝置原料罐D(zhuǎn)-101，加工剩余部分進(jìn)常壓柴油原料罐T-1101，其進(jìn)罐柴油溫度依靠冷卻器E1101循環(huán)水調(diào)節(jié)閥控制。即當(dāng)常壓裝置混合柴油出裝置量大于柴油精制裝置加工量時(shí)，剩余常壓柴油走原流程，經(jīng)水冷器E-1101冷卻后，進(jìn)常壓柴油原料罐T-1101。

通過(guò)改造，提高了柴油精制裝置進(jìn)料溫度，為了避免柴油溫度較高導(dǎo)致原料泵抽空風(fēng)險(xiǎn)，可適當(dāng)提高柴油加氫精制裝置原料罐D(zhuǎn)-101的操作壓力。依據(jù)現(xiàn)D-101罐頂?shù)獨(dú)饧訅旱姆绞綄?shí)現(xiàn)，D-101罐的設(shè)計(jì)壓力（設(shè)計(jì)0.6 MPa，操作0.4 MPa）與溫度（設(shè)計(jì)150℃，操作40℃），完全滿足調(diào)整的幅度要求。

4 經(jīng)濟(jì)效益

柴油原料改為由常壓裝置直供后，柴油加氫精制裝置進(jìn)料溫度由以前的40℃提高到60℃左右。此后，通過(guò)提高原料緩沖罐D(zhuǎn)-101的操作壓力，原料泵P-101未出現(xiàn)明顯汽化現(xiàn)象。

采用熱進(jìn)料的優(yōu)點(diǎn)有以下方面：1)降低了常壓裝置的能耗，節(jié)約了循環(huán)水用量及電能；2)避免了常壓柴油在儲(chǔ)存過(guò)程中氧化生膠的可能性；3)常壓柴油進(jìn)料溫度提高，反應(yīng)加熱爐入口溫度隨之提高，減少了反應(yīng)進(jìn)料加熱爐的燃料氣消耗，即降低了加熱爐的熱負(fù)荷；4)E-204蒸汽發(fā)生器能夠正常投用；5)E-204蒸汽發(fā)生器正常投用后，可緩解柴油產(chǎn)品空冷器A-203熱負(fù)荷，柴油產(chǎn)品溫度可下降至50℃以下，滿足了柴油儲(chǔ)存安定性的要求。

技術(shù)改造后，可粗略估算出經(jīng)濟(jì)效益：

1)E-204蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的低壓蒸汽費(fèi)用。柴油精制裝置正常生產(chǎn)時(shí)，E-204蒸汽發(fā)生器補(bǔ)充除氧水為1.4 t/h，產(chǎn)出1.0MPa蒸汽約為1.2 t/h。折標(biāo)準(zhǔn)油系數(shù)：除氧水為9.2 kg/t，1.0 MPa蒸汽為76 kg/ t；裝置年運(yùn)行時(shí)間為8 000 h，標(biāo)油市場(chǎng)價(jià)為3000元/t。投用后，加藥泵電耗、化工原材料消耗、設(shè)備維護(hù)及人工成本等合計(jì)費(fèi)用為400元/t。則年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益162.91萬(wàn)元。

2)反應(yīng)進(jìn)料加熱爐節(jié)省的燃料氣費(fèi)用。根據(jù)柴油精制裝置運(yùn)行參數(shù)，在加工量為240 t/h時(shí)，反應(yīng)進(jìn)料加熱爐燃料氣消耗總體積流量為1 343 m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），爐前混氫體積流量為122 537 m3/h，進(jìn)出口溫度差為26℃。依據(jù)常壓柴油原料溫度提高幅度20℃及E-203設(shè)計(jì)操作溫度150℃，可知反應(yīng)進(jìn)料加熱爐進(jìn)料溫度最大提高15℃左右。裝置年運(yùn)行時(shí)間為8 000 h，燃料氣市場(chǎng)價(jià)為3元/m3，可計(jì)算裝置300 t/h滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，年經(jīng)濟(jì)效益1 627.92萬(wàn)元。

3)常壓裝置水冷、空冷節(jié)省的費(fèi)用。依據(jù)3 Mt/ a常壓蒸餾裝置的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，常一線柴油出裝置冷卻器循環(huán)水質(zhì)量流量87.0 t/h，水冷卻器出口管線增設(shè)調(diào)節(jié)閥后，裝置正常運(yùn)行時(shí)，防止單側(cè)受壓及冬季防凍防凝閥門(mén)限位開(kāi)度10%；常壓柴油原料罐水冷卻器需要消耗循環(huán)水量約為常一線柴油出裝置冷卻器循環(huán)水流量的10%，對(duì)比技改前，可節(jié)約80%左右的循環(huán)水。循環(huán)水的市場(chǎng)價(jià)格按照3.5元/t，可計(jì)算年運(yùn)行8 000 h所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益194.88萬(wàn)元；常二、三線柴油出裝置共設(shè)置空冷風(fēng)機(jī)4臺(tái)，每臺(tái)軸功率均為19 kW，年運(yùn)行時(shí)間8 000 h，電單價(jià)0.5元/ kWh，則可節(jié)約2臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)的費(fèi)用15.2萬(wàn)元；柴油加氫精制裝置原料實(shí)際來(lái)源為3 Mt/a常壓蒸餾和2.6 Mt/a常壓蒸餾2套裝置，則常壓裝置水冷、空冷年經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)392.85萬(wàn)元。

4)增加的換熱設(shè)備等費(fèi)用。首先，在2套常減壓蒸餾裝置的常一循環(huán)回水上，加裝2組調(diào)節(jié)閥組；其次，常二、三線空冷上加裝一半的變頻器；最后，在進(jìn)原料罐的換熱設(shè)備和循環(huán)回水調(diào)節(jié)閥組、加裝的直供管線及管道上的混合器等費(fèi)用，合計(jì)費(fèi)用約為140萬(wàn)元。

5)其他費(fèi)用。常壓柴油采用直供料后，常壓柴油原料罐T-1101底外送泵P-1101可節(jié)約用電及人工成本維護(hù)費(fèi)等；上述技術(shù)改造需要一次性施工費(fèi)用約計(jì)20萬(wàn)元，包括了長(zhǎng)輸管線的蒸汽、管線焊接、混合器安裝費(fèi)用及其他項(xiàng)目費(fèi)。

綜上所述，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益2 023.68萬(wàn)元。

5 結(jié)論

結(jié)合柴油精制裝置與常壓裝置運(yùn)行情況，實(shí)施相關(guān)技術(shù)改造，降低了常壓裝置能耗；解決了柴油精制裝置反應(yīng)進(jìn)料加熱爐熱負(fù)荷高問(wèn)題，使得蒸汽發(fā)生器E-204能夠正常投用，產(chǎn)生了部分低壓蒸汽，同時(shí)緩解了柴油產(chǎn)品空冷器A-203熱負(fù)荷，柴油產(chǎn)品溫度可下降至50℃以下，滿足了柴油儲(chǔ)存安定性的要求。同時(shí)通過(guò)本次技術(shù)改造，解決了柴油精制裝置運(yùn)行的瓶頸問(wèn)題，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也為裝置安全平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了有力保障。

TE626.24

B DOI 10.3969/j.issn.1006-6829.2016.04.015

2016-07-21