延遲焦化裝置大吹汽過程水代汽節能改造實踐

陸曉成

（中石化安慶分公司，安徽安慶246001）

隨著社會的發展和國家對石油化工行業的環保要求日趨嚴苛，石油加工過程能源消耗較大的設備、工藝將逐漸被淘汰。延遲焦化是煉油加工的重要生產流程之一[1]，其主要工藝過程是渣油經加熱后進入焦炭塔依次進行生焦冷焦除焦操作，其中冷焦操作過程又分為小吹汽、大吹汽、給水等工藝步驟。

中石化安慶分公司Ⅰ套延遲焦化裝置總設計加工規模為50 萬噸/年，實際規模50 萬噸/年，Ⅰ套采用一爐兩塔結構，焦炭塔生焦周期為24 h，每一周期小吹汽1 h，小吹汽蒸汽流量2 t/h，大吹汽2.5 h，大吹汽蒸汽流量約10 t/h。

為了節能降耗，減少延遲焦化裝置大吹汽期間蒸汽消耗量，降低焦化裝置蒸汽峰值用量，對焦化焦炭塔大吹汽流程進行改造。采取除氧水和蒸汽混合進入焦炭塔的以水代汽工藝，通過新增專用霧化器，采用先進可編程邏輯控制（PLC）系統，在蒸汽進入焦炭塔管線處增加除氧水線。

1 項目實施背景

原料油渣油以高流速通過加熱爐管，急劇加熱到進行深度熱反應所需溫度后立即進入焦炭塔內，停留足夠的時間來進行熱分解和縮合反應。為了保證焦炭塔的長周期穩定運行，溫降速度緩和，汽提部分油氣以及對生焦質量的保證，故需要引入蒸汽進行吹汽。

在傳統工藝中，大吹汽一般是利用1.0 MPa 蒸汽作為冷卻介質，將400℃以上的焦炭塔冷卻至200℃，這是焦化工藝中蒸汽耗量最多的環節，故此過程的合理優化對裝置生產有重要意義[2]。通過分析，我們知道在焦炭塔中蒸汽的能耗約占整個裝置能耗的3%。

大吹汽屬于間歇性操作，短時間內蒸汽使用量很大，對全廠蒸汽管網沖擊很大，且具有很大的安全隱患。

大吹汽流程如下：通過給汽閥給汽—塔底—塔頂—放空系統。

表1 安慶石化延遲焦化裝置運行數據

2 改造內容

原有的大吹汽系統的蒸汽保留，新增除氧水和蒸汽管線，分別增設切斷閥、流量計、調節閥組，分兩路進入Ⅰ套焦炭塔專用霧化器。水和蒸汽進入霧化器后沿原有的大吹汽管線進入焦炭塔內。除氧水和蒸汽在霧化器內混合并霧化，以水霧的形式經原有大吹汽管線進入焦炭塔，霧化后水的體積已經進行初步膨脹，避免除氧水直接接觸焦炭塔內高溫焦炭層汽化，發生急劇膨脹而產生的炸焦、震動等風險。霧化后的水汽以較高速度進入焦炭內，沿生焦孔道上升迅速汽化，避免焦炭塔塔壁溫降速率太大的風險，預防焦炭塔熱應力疲勞損壞。

本項目采用先進的PLC 控制系統，通過檢測焦炭塔壓力以及塔壁溫降速度控制蒸汽和除氧水的流量（比例），將焦炭塔溫降速率和焦炭塔頂壓控制在指標范圍內。在控制室內對大吹汽全過程進行操作，實現大吹汽系統的自動控制，并檢測整個過程的蒸汽和給水狀態，確保焦炭塔安全，且較大幅度降低勞動強度。

3 技術改造實施效果

大吹汽流程改造后于2018 年1 月11 日正式投用，投用前后的焦化輻射量均保持在72 t/h,原料性質基本一致，結果見圖2、表2。

圖1 除氧水代替大吹汽流程

表2 改造后數據記錄表

3.1 能耗

改造前，正常大吹汽按2.5 h，大吹汽期間消耗蒸汽24 t。水代汽項目改造后，焦炭塔大吹汽過程的平均蒸汽用量為9.7 t，節省蒸汽量14.3 t，單次平均節省蒸汽量為原大吹汽量的59.6%；單次平均增加除氧水消耗7.2 t。改造后平均單次大吹汽能耗23.32 MJ/t（每天加工量1440 t），改造前為52.95 MJ/t，能耗減少了29.63 MJ/t。

3.2 運行和安全性能

改造后，大吹汽期間蒸汽最大用量為6 t/h，和正常大吹汽10 t/h 相比，降低4 t/h，并且大部分時間蒸汽用量在5.0 t/h 以內，降低了蒸汽管網的波動。

圖2 改造前后單次節省蒸汽量

一般在焦炭塔小吹汽1 h 后就進行大吹汽，大吹汽開始時，焦炭塔內的溫度仍然較高，因此控制好焦炭塔塔壁溫降速度比較關鍵，溫降過快可能會對焦炭塔本體設備產生傷害。大吹汽期間控制溫降速度要小于40 ℃/h，這樣可最大限度地保護好焦炭塔本體設備不受到熱應力損壞。從改造后的運行情況看，大吹汽期間焦炭塔壁溫下降緩慢，最大溫降速度是35 ℃/h，平均是29 ℃/h。現場管道及設備未發生水擊,焦炭塔設備未發生異常振動，不存在焦炭急冷炸焦的問題，從而保證了焦炭塔的安全運行。

3.3 焦炭的揮發分情況

在原料性質和操作條件基本相同的條件下，大吹汽改造前后焦炭中的揮發分含量進行對比，結果如表3 所示。

表3 改造前后焦炭揮發分含量比較

由表3 可見，焦炭中揮發分含量基本沒有變化，符合產品質量要求的指標，揮發分不大于12%。改造后大吹汽初期，保持較大的吹汽量，以汽提出焦炭內的輕油組分。在大吹汽的中后期，逐漸降低蒸汽用量，同時增加除氧水的流量，降低焦炭塔內溫度。因此用除氧水代替部分蒸汽進行焦炭塔大吹汽冷焦操作不會對焦炭質量產生影響

2018 年1 月12～17 日焦炭揮發分平均含量為11.65%，滿足焦炭產品質量指標要求。

4 結論

大吹汽流程通過節能改造后，裝置操作平穩，運行正常。在操作條件基本相同的情況下，與改造前相比，平均單次大吹汽節約蒸汽14.3 t，單次大吹汽平均節省蒸汽比率達到59.6%。裝置能耗降低29.63 MJ/t。產品焦炭揮發分的質量分數小于12%。改造后，降低大吹汽蒸汽峰從8 t/h 降至6 t/h，大部分時間蒸汽耗量在5 t/h 以內。焦炭塔塔壁溫降較為平緩，現場管道及設備未發生水擊，焦炭塔設備未發生異常振動。