500萬t/a常壓裝置標定能耗分析及預測

徐令寶，劉曉燕（中國石油工程建設公司華東設計分公司，山東 青島 266071）

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500萬t/a常壓裝置標定能耗分析及預測

徐令寶，劉曉燕
（中國石油工程建設公司華東設計分公司，山東 青島 266071）

摘要：中國石油某石化公司500萬t/a常壓蒸餾裝置標定數據顯示該裝置能耗遠低于同類裝置能耗水平。從影響裝置能耗的各個方面，對比分析了該裝置標定能耗與設計能耗之間的差別。通過對比發(fā)現，裝置區(qū)建立聯合裝置，可以有效提高換熱終溫；大型機泵電機采用變頻可以降低裝置電耗。通過分析五套不同地區(qū)常壓裝置的運行能耗及原料性質參數Cp值，發(fā)現兩者之間存在近似線性關系，對預測常壓裝置能耗有積極意義。

關鍵詞：常壓裝置；標定；能耗；熱聯合；能耗預測

為考察新建裝置在設計負荷下的物料平衡、操作條件、能耗、設備運行狀況及加熱爐熱效率等技術指標，中國石油某石化公司對新建500萬t/a常壓蒸餾裝置進行了全面的考核標定。

1　常壓裝置

新建常壓裝置原油處理量為500萬t/a，原料為長慶、二連、塔木察格原油的混合原油，該混合原油屬于低硫石蠟基輕質原油。裝置主要由換熱、電脫鹽、閃蒸塔、常壓爐、常壓塔及三注等部分組成。產品方案為：常頂石腦油作為連續(xù)重整裝置原料，常一線生產航煤餾分作為煤油加氫精制原料，常二、三線生產的直餾柴油餾分作柴油加氫精制原料，常壓渣油作催化裂化原料。

該裝置于2011年9月建成投產，2013年9月進行了標定，標定期間物料平衡及收率與設計值對比見表1。

標定期間原油加工總量為39 051 t，裝置標定運行負荷105.8%。表1數據表明常一線收率與設計值基本一致，石腦油多出的部分與常二、三線減少的量相抵后，總輕油收率較設計值低2.98%。由于標定原油比設計采用混合原油更輕，導致石腦油收率提高。標定期間總拔收率比設計總拔低2.61個百分點，是由于常壓渣油中350 ℃之前的餾分含量折合成質量百分數后均略大于 5%（w），后期經過優(yōu)化操作使常渣中350 ℃以前餾分含量滿足要求。

2　標定能耗分析

標定期間裝置的綜合能耗為6.41 kg oe/t原油，比設計綜合能耗低0.18 kg oe/t原油，且在同類裝置中能耗較低，遠低于GB30251-2013煉油生產裝置常壓蒸餾能耗定額9 kg oe/t原油。標定期間裝置能耗與設計值對比統計見表2。

GB30251-2013中規(guī)定，電耗折標系數由10.89 MJ/（kW?h）變?yōu)?.546 MJ/（kW?h），為保持能耗計算基準一致，本文能耗計算依舊采用GB/T 50441-2007標準。2011年，中石油內部數據顯示，系統內相近規(guī)模常壓裝置綜合能耗在7～9 kg oe/t原油，該標定常壓裝置能耗處于較優(yōu)水平。

2.1燃料消耗

常減壓裝置中加熱爐能耗約占裝置總能耗的80%左右，且“工藝減排”在很大程度上取決于能耗的高低。加熱爐燃料耗量決定了裝置排煙量及加熱爐污染物排放量，因此提高加熱爐熱效率不僅是節(jié)能重點也是實現常減壓裝置節(jié)能減排的重點［1］。

該煉廠常壓裝置與催化裝置組成聯合裝置，閃底油經換熱網絡換熱至 299 ℃后進催化裝置，與催化油漿換熱升溫至 322 ℃返回常壓爐入口。在標定過程中，閃底油與催化油漿換熱后返回溫度為316 ℃，低于設計返回溫度，這就導致加熱爐需要提高負荷來滿足爐出口溫度要求。經計算燃料單位能耗需高于設計能耗19.28 MJ/t原油，方可滿足爐出口溫度。這部分需要多消耗的燃料與表 2中標定燃料單耗與設計燃料單耗的差值19.13 MJ/t原油基本吻合。

常壓裝置標定燃料消耗占總能耗的85.4%（不計熱出料及熱輸入、熱輸出），占比最大，該部分換熱終溫未達到設計值，對聯合裝置總能耗會有一定影響。此外，由于燃料消耗在總能耗中的主導地位，加熱爐效率的提升對能耗影響更為顯著。為提高常壓爐熱效率降低能耗，加熱爐設置空氣預熱器，充分利用煙氣余熱，降低排煙溫度。標定期間排煙溫度為138 ℃，常壓爐熱效率達92.4%［2］。

2.2用電消耗

該裝置設計電耗為3.63 kW·h/t原油，中石油2011年相近規(guī)模常壓裝置運行電耗普遍在5.25～5.6 kW·h/t原油之間，標定裝置設計電耗較在運行裝置較低。主要原因是該裝置原油泵在罐區(qū)，能耗計算時沒有統計在內，此外該裝置為兩級電脫鹽。扣除原油泵和電脫鹽罐臺數對能耗的影響，該裝置其余機泵用電總和較同期同規(guī)模裝置用電量低20%～30%。

目前國產高效離心泵的效率為65%～75%，尚有一定潛力可挖；進口優(yōu)質泵的效率為75%～90%。電動機的效率比較高，一般在90%以上。當泵和電機已經確定，系統的能量利用率首先與泵的剩余揚程有關，其次是泵的運行狀態(tài)（是否在高區(qū)）有關。變頻調速就是從這兩個方面來提高能量利用率，從而達到節(jié)能目的［3］。

裝置標定期間，各機泵運行平穩(wěn)，工況正常。對現場用電設備監(jiān)測發(fā)現，各泵運行電流均略低于額定電流，這是由于裝置滿負荷狀態(tài)運行下，各主要機泵出口閥全部打開，機泵較易在高效率點運行。該裝置閃底泵、常底泵、頂循及中段回流泵等較大功率機泵電機均采用變頻調節(jié)，計算表明標定期間采用變頻器的機泵總功率較設計低約20%。

2.3水、風消耗

裝置標定條件下，除氧水、凈化水、循環(huán)水用量及污水排放量與設計值接近，且這部分能耗在總能耗中占比較小（占標定總能耗 3.67%），非能耗控制因素。電脫鹽及藥劑配置用水采用酸性水汽提裝置的凈化水，節(jié)約新鮮水用量；常壓塔側線柴油餾分及常壓塔頂油氣采用空冷器冷卻，減少循環(huán)水消耗。

凈化風消耗在總能耗中占比僅為1.9‰，對裝置能耗影響極小。

2.4蒸汽消耗

裝置1.0 MPa蒸汽主要用于加熱爐燃料油霧化用，常壓爐使用16臺強化高效低NOx油氣聯合燃燒器，能在較低過剩空氣系數時充分燃燒。標定時采用油氣混燒，霧化蒸汽用量低于設計蒸汽用量。

常壓裝置內過剩熱量發(fā)生低壓蒸汽，再經常壓爐過熱后用于常壓塔及側線汽提塔汽提使用，有效回收裝置內剩余熱量，減少裝置蒸汽用量，降低裝置能耗。

表1　標定收率與設計收率對比Table 1　Contrast of calibration value and design value of yield

2.5低溫熱利用

常頂油氣與低溫原油換熱回收低溫位熱量；使用空冷器冷卻柴油餾分，減少循環(huán)水消耗；電脫鹽124 ℃的高溫排水與電脫鹽注水換熱，充分回收裝置熱量。

2.6裝置熱聯合

該裝置常壓側線及常壓渣油熱出料至下游裝置，節(jié)省了常壓裝置冷公用工程消耗，也減少了下游裝置進料預熱所需熱量。常壓裝置閃底油與催化裝置油漿換熱顯著提高了閃底油的換熱終溫（設計換熱終溫322 ℃），減少了加熱爐燃料消耗。

表2　裝置能源消耗數據比較Table 2　Contrast of calibration value and design value of energy consumption

表3　 裝置消耗與原油性質及裝置規(guī)模關系（2011年）Table 3　Unit energy consumption versus properties of crude oil （2011）

目前新上常減壓加熱爐熱效率一般為91%～92%左右，而物流間換熱僅考慮少量熱損失，因此通過換熱回收熱量的效率要高于加熱爐對原油加熱的效率，有利于降低裝置燃料耗量。誠然熱聯合會造成投資的增加，但是隨著國家對全廠能耗限額及污染排放要求越來越嚴格，在投資、操作允許的范圍內可以嘗試進行多裝置熱聯合以有效降低全廠能耗，降低污染物排放。

3　常壓裝置能耗預測

原油性質的不同決定了原油加工方案的差異，原油加工方案及原料性質又與裝置能耗密切相關。假如可以建立原油性質與常減壓裝置能耗的定量關系，就能為預測不同原油常減壓裝置能耗提供可靠經驗和依據。陳淳［4］研究了11種原油對應常減壓裝置的能耗與拔出率的關系，并導出對應關聯式。中國石油大學（北京）的張睿［5］，將原油性質，包括API°、硫含量、特性因素和拔出率四個參數與常減壓裝置最大經濟效益下能耗進行了關聯。

本文引用張睿的關聯式對部分煉廠常壓裝置原油性質參數Cp（由API°，硫含量，特性因素和拔出率計算出的參數）及能耗做了計算。計算公式如式（1）所示。

圖1　原油性質參數Cp與裝置能耗關系Fig.1 Unit energy consumption versus parameter Cp

各常壓裝置原料性質如表3所示，計算結果如圖1所示，僅常壓裝置也近似滿足該線性關系。通過進一步的研究可以揭開常壓裝置Cp與裝置能耗間的關系，從而為更好的預測常壓蒸餾裝置能耗提供更可靠的方法。

4　結 論

通過對中國石油某石化公司500萬t/a常壓蒸餾裝置標定數據結果分析發(fā)現，該裝置能耗優(yōu)于同類裝置能耗水平。

裝置區(qū)建立聯合裝置，合理匹配聯合裝置間冷熱物流換熱，有利于優(yōu)化常壓裝置換熱網絡提高換熱終溫；大型機泵電機變頻亦可以有效降電耗。新建裝置在設計過程中考慮這兩種手段對降低裝置能耗有重要意義。

分析計算五套不同地區(qū)，不同規(guī)模常壓裝置運行能耗及原料性質參數Cp值，并進行關聯，發(fā)現兩者近似呈線性關系，對估算常壓裝置能耗有積極意義。

參考文獻：

［1］劉海超.提高加熱爐熱效率的技術改造及持續(xù)改進［J］.石油和化工節(jié)能，2012（6）：28-32.

［2］江航.5 Mt/a常壓裝置加熱爐標定數據分析［J］.化工設備與管道，2014，6：40-43.

［3］孫邈，王岳，曲道天，等.輸油泵變頻節(jié)能工藝技術研究［J］.石油與化工設備，2010，6（13）：66-68.

［4］陳淳，李少萍，張一安.常減壓蒸餾能耗與原油拔出率的關聯［J］.煉油設計，2001，31（10）：58-62.

［5］張睿，劉凡，孟祥海.基于流程模擬的原油性質與常減壓裝置能耗關系［J］.煉油技術與工程，2014，44（6）：18-22.

Analysis and Forecast of Energy Consumption Based on the Calibration Data of 5Mt/a Atmospheric Crude Distillation Unit

XV Ling-bao，LIU Xiao-yan
（CPECC East-China Design Branch，Shandong Qingdao 266071，China）

Abstract：Based on the calibration data of 5Mt/a atmospheric crude distillation unit of a refinery in CNPC，some factors that have a significant impact on energy consumption were founded.The energy consumption of this device is far below than that of device on a similar scale.The study found that heat integration is propitious to rise the temperature of crude oil after the final heat exchanger；and frequency conversion motor is benefit for reducing power consumption in large pumps.The effect is obvious in new refinery for using heat integration and frequency conversion motor.In addition，a correlation between energy consumption and crude oil properties （Cpvalue） was found to be approximate linear relationship based on five other CDUs in CNPC.

Key words：CDU；Calibration data；Energy consumption；Heat integration energy；Consumption forecast

中圖分類號：TE 624

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0172-03

收稿日期：2015-05-06

作者簡介：徐令寶（1983-），男，山東濟寧人，工程師，碩士，2011年畢業(yè)于中國石油大學化學工程與技術專業(yè)，從事煉油設計工作。E-mail：xulingbao@cnpccei.cn，電話：0532-80950758。