四川石化公司燃料氣管網現狀研究

肖揚（中國石油四川石化有限責任公司，四川 成都611930）

四川石化燃料氣系統由北京SEI、北京寰球、四川萬達設計院聯合設計。煉油區火炬氣排放系統由高壓火炬氣、低壓火炬氣兩套系統組成。化工區火炬氣排放系統由乙烯火炬及乙烯下游裝置火炬兩套火炬氣排放系統組成。目前煉油區和化工區都不同程度存在各類問題，通過本文技術優化措施成功解決問題。

1 四川石化公司煉油區燃料氣系統存在的主要問題如下：

1.1 回收火炬氣螺桿壓縮機采用循環旁路方式調節流量，電耗高

螺桿壓縮機在回收火炬氣量小于壓縮機能力時，采用循環旁路的方式，壓縮機出口火炬氣循環回入口減少實際回收火炬氣量。循環火炬氣做無用功，電耗較高。

1.2 火炬頭長明燈未設置自動打火功能，存在安全風險

煉油火炬頭長明燈原設計為四個長明燈，為降低能耗，現在只點燃了對角設置的兩個長明燈。但長明燈未設置與火炬氣排放（包括流量、壓力、溫度等）相關聯的自動打火功能，熄滅長明燈降低了安全系數，增大了安全風險。

2 四川石化公司化工區燃料氣系統存在的主要問題如下

2.1 回收火炬氣液環壓縮機出口分液罐結構不合理，降低了回收量

化工區不僅有乙烯裝置，還有汽油加氫、丁二烯、MTBE、1-丁烯、順丁橡膠、乙二醇、丁辛醇等裝置，排放的火炬氣中含有液化氣、碳五等重組分。目前回收火炬氣液環壓縮機流程示意圖見圖22。壓縮機出口分液罐為汽液兩相分液罐，工作液（水）的液面上漂浮著凝縮油，油相不斷積累，使得工作液水中挾帶的凝縮油越來越多。凝縮油循環至液環壓縮機入口，降低了壓縮機回收氣體量，隨著凝縮油大量抽入循環工作液中，最終會造成壓縮機無法運轉。由于出口罐沒有考慮油層問題，未設置排油口，此時只能停機，排盡工作液進行工作液完全更換；同時，由于沒有備用壓縮機，當壓縮機停機時，火炬氣只能排火炬燃燒，造成能源浪費。另外，出口分液罐的現場液面計為磁浮子液面計，僅適用于觀測氣液兩相液面，無法觀測氣油水三相液界面，即無法準確觀測油層。同時，分液罐內豎向設置的格柵網，氣相部分有破沫、減少液滴挾帶的作用，液相部分沒什么作用，還會粘附固體，造成兩側液位高度不同影響操作。

2.2 液環壓縮機回收量不足，火炬持續燃燒

化工區兩條火炬線各有1個火炬頭，各設置1臺2000Nm3/h液環壓縮機單獨回收各自系統的火炬氣，未設置氣柜，壓縮機無備機。雖然兩條火炬線有連通線，但因管理問題要求關閉。化工區生產負荷高，火炬氣量較大，罐區的壓力容器檢測連續進行，間歇排放可燃氣，實際排放的火炬氣量波動較大。目前乙烯火炬頭持續燃燒，乙烯火炬線回收能力不足。根據現場火炬頭的燃燒情況來看，排放燃燒的火炬氣量約有500Nm3/h 以上，造成了能源的浪費。根據乙烯火炬氣的平均組成（見表1計算，燃燒氣熱值為5099kcal/Nm3，按排放量500Nm3/h測算，損失的能耗為2550kgoe/h，以天然氣熱值8500kcal/Nm3為基準計算，這部分損失的熱量折合天然氣氣量為300Nm3/h。

表1 化工區乙烯火炬氣組成平均值

3 四川石化公司燃料氣系統優化研究

重點圍繞煉油區回收火炬氣工藝流程優化、螺桿壓縮機增上永磁調速、火炬長明燈增上自動打火設施、氣柜出入口管線設置優化、燃料氣管網結構優化、燃料氣中氫氣回收、以及化工區回收火炬氣液環壓縮機結構優化、提高火炬氣回收能力進而熄滅火炬等方面開展節能優化工作。

3.1 煉油區燃料氣系統優化

①回收火炬氣液環壓縮機出口分液罐改造螺桿壓縮機增上永磁調速

針對前文提到回收火炬氣螺桿壓縮機電耗高的問題，考慮壓縮機使用高壓電，若增上高壓變頻調整器投資較大，因此建議新上一臺永磁調速設備，降低壓縮機轉速，依據實際需要降低火炬氣回收量，從而降低電耗。為保持螺桿壓縮機的機械運行效率，轉速不能低于額定轉速的60%。螺桿壓縮機電機功率280kW，軸功率240kW。可節電30%～40%，每小時可節電72kW·h，按全年運行8400h、電價格0.2元/kw·h測算，則年節能量200tce/a、經濟效益12×104元/a。

②火炬長明燈增上自動打火設施

針對前文提到熄滅的火炬長明燈存在安全隱患，建議將熄滅的兩個長明燈增上與火炬氣排放相關聯的自動打火設施，并制定定期檢查、驗證制度（每周檢查一次），保證在火炬氣大量排放時，自動打火點燃長明燈從而燃燒掉排放的火炬氣，降低能耗的同時，保證安全生產。慶陽石化已做到了設置自動打火措施，長明燈目前全部熄滅。

3.2 化工區燃料氣系統優化

針對前文提到液環壓縮機出口分液罐等存在的問題，建議：在液環壓縮機出口分液罐內設置隔板，改成三相分液罐，以便將水相和油相很好地分離，同時拆除分液罐內豎向設置的液相部分格柵網并更換液位計，相關流程見圖44。可以看到，液位計11的上限口與隔板的高度一致，下限口在水油界面之下，可用于檢測油氣水室5內的水油界面高度。相關研究成果已在慶陽石化成功應用。

②提高火炬氣回收能力，熄滅火炬

針對前文提到乙烯火炬頭持續燃燒等問題，建議：

1）由于化工下游火炬線回收能力略有過剩，因此建議打開化工區兩條火炬線聯通線，兩條火炬線聯合回收，增強壓縮機的備用性能和利用率，需要時再關閉聯通線。

2）罐區設置檢修排放可燃氣專用線至煉油區火炬，充分發揮煉油區2×104m3氣柜的緩沖作用和煉油區螺桿壓縮機（煉油區1800Nm3/h 壓縮機兩臺，3600Nm3/h 壓縮機一臺，合計共7200Nm3/h）的回收能力。

3）化工區新上兩臺1800Nm3/h 螺桿壓縮機，一臺壓縮機設置變頻器調節回收氣體量，與現有的兩臺2000Nm3/h 液環壓縮機配合使用，以適應各種負荷工況。液環壓縮機無法使用變頻器，只能依靠循環調節流量。回收相同的氣體量，液環壓縮機耗電量大于螺桿壓縮機。液環壓縮機對氫氣含量比螺桿壓縮機敏感。因此，建議平時運行螺桿壓縮機，液環壓縮機備用。

4 結語

通過文章各種優化技術，四川石化公司節能降耗效果顯著，煉油區：a）補充天然氣能耗增加2835KgEO/tH2；b）PSA裝置運行能耗為36230.87MJ/tH2，折算865KgEO/tH2；c）減少制氫裝置能耗為1100KgEO/tH2；d）制氫裝置少產氫氣1.461t/h，約減少天然氣（原料）使用量3.9t/h，節約的天然氣折合能耗3176KgEO/tH2，減少的天然氣可補充到燃料氣管網，綜上，煉油區累計節能量576KgEO/tH2，按原油處理量1190t/h 測算，累計降低煉油綜合能耗0.7KgEO/t。另外，燃料氣中氫氣量減少，有利于穩定加熱爐操作，提高加熱爐效率，降低燃料消耗。化工區：通過乙烯火炬氣回收后，回收的熱量相當于節約天然氣量300Nm3/h，按天然氣價格1.77元/m3，全年運行8400h測算，年節能量3060tce/a、回收火炬氣節約天然氣年效益445×104元/a。