粒蠟成型裝置產品生產影響因素與節能研究

王宇池

(中國石油大慶煉化公司 煉油生產三部,黑龍江 大慶 163411)

石蠟屬礦物蠟的一類,又名晶型蠟,主要由正構烷烴組成,其碳原子數為18～40,在其熔點以上為透明液體,冷卻至凝點以下為膏狀物,在常溫下呈潔白或黃色的半透明固體[1-2]。熔點和含油量是石蠟的兩個重要質量指標,熔點代表其耐溫能力,含油量表示石蠟純度。每類石蠟又按熔點,一般是偶數,分為不同的牌號,從低到高排列如54,56,58,64,70等牌號。根據酮苯脫蠟裝置及石蠟加氫裝置加工精制程度不同,通常根據賽色可分為粗石蠟和精煉石蠟,根據含油量和針入度的不同,精煉石蠟又分為半精煉和全精煉石蠟。石蠟成型是生產的最后一道工序,它不改變原料液蠟的化學成分,而是對液蠟進行儲存、成型以及包裝。在儲存、成型和包裝的操作過程中,可能影響石蠟的產品質量[3-4]。

近年來,隨著國民經濟持續高速增長,國家對節能減排和環境保護要求日益嚴格,對煉油企業油品的質量要求也越來越高。煉化行業是技術密集、能源密集的行業,在我國行業耗能量中僅次于冶金、建材。因此,做好石蠟成型節能工作也越發重要。

1 粒蠟成型簡介和工藝流程

大慶煉化公司一套石蠟成型裝置初始設計產量為10萬t/a,后經技術改造增加一條板蠟成型裝置,產量增加到15萬t/a,由石蠟罐區、石蠟成型(蠟板成型,蠟粒成型)和包裝線三部分組成,1996年3月開始設計,1998年5月開工投產。裝置集粒蠟和板蠟生產于一體,有4條粒蠟鋼帶線和2條板蠟生產線,2010年技改又增加3條粒蠟滾筒生產線,成型和包裝設備全部引進于歐美和臺灣等地。

粒蠟成型是在冷卻介質脫鹽水的作用下將液蠟冷卻成固態粒蠟產品的過程。粒蠟成型系統分為成型部分、冷水機制冷部分和包裝部分。粒蠟成型的工藝流程見圖1。

圖1 粒蠟成型的工藝流程

1.1 粒蠟成型部分

來自石蠟罐區的液蠟(60～90 ℃),經過濾器后,再經過水冷卻器冷卻至62～75 ℃,進入粒蠟成型機鋼帶機頭布料器進行液蠟分布,液態蠟滴落在粒蠟鋼帶上進行噴淋冷卻,粒蠟鋼帶下設有20組冷水噴淋系統,冷水噴淋分為一區、二區兩個區域,一區水溫為10～15 ℃;二區水溫為15～30 ℃。一區冷卻的目的是為了防止高溫液蠟急冷粘鋼帶,二區冷卻目的是使液蠟充分冷卻,便于刮刀刮落。經鋼帶冷卻的蠟滴變為固態粒蠟,先由水平傳送帶傳輸,再由斜坡傳送帶輸送至包裝系統電子秤進行稱重。

1.2 冷水機制冷部分

1)壓縮過程:蒸發器中的冷媒氟利昂被冷水機吸入后通過冷水機葉輪對其壓縮,使冷媒氟利昂的壓力提高到與冷水機中的壓力相對應的程度;與此同時,冷媒氟利昂在冷水機壓縮做功吸收能量之后,溫度也相應提高。

2)冷凝過程:由冷水機來的高壓、高溫冷媒氟利昂,在冷水機中與冷卻循環水交換熱量,冷凝成液體。

3)節流過程:由冷水機底部來的高溫、高壓冷媒氟利昂液體,流經冷水機節流孔時,發生減壓膨脹(閃蒸),根據PV=nRT方程,氟利昂的壓力、溫度降低,變為低壓、低溫氟利昂液體進入蒸發器中。

4)蒸發過程:為實現人工制冷,即保證粒蠟鋼帶一區、二區水溫滿足生產要求,通過冷水泵將脫鹽水池內的脫鹽水打入冷水機中進行降溫,低壓、低溫制冷劑液體在蒸發器內從冷凍水中攝取熱量后蒸發為氣體,同時冷凍水溫度降低,從而實現人工制冷,蒸發器內的制冷劑蒸汽又被壓縮機吸入進行壓縮,重復上述壓縮、冷凝、節流、蒸發過程,如此循環往復,達到連續制冷的目的。

1.3 粒蠟包裝部分

來自成型機的粒蠟進入該系統后,首先進行產品稱重(25 kg/袋,精度為±0.2%),裝袋、縫包,最后進行碼垛。裝滿粒蠟的袋子被自動地以設置好的層次規范地放置在碼垛機托盤上,每托盤10層。裝滿的碼垛托盤自動出倉,用叉車運送入庫[5],粒蠟產品成型機如圖2所示。然后通過粒蠟包裝線包裝,使用碼垛機將40袋25 kg的粒蠟碼垛成1 t后用叉車運至庫房,庫房避光存放。

圖2 粒蠟產品成型機

2 粒蠟成型產品質量的影響因素

2.1 原料影響

石蠟成型裝置的原料液蠟是由蠟加氫裝置供給。為保證石蠟產品質量,原料必須滿足熔點、含油量和針入度等質量指標才可進入石蠟成型裝置進行成型。為使熔融態蠟料保持良好的流動性,一般溫度控制在其熔點以上20～30 ℃。溫度過高,蠟液粘度小,蠟滴易流動擴散,蠟粒變蠟片。

2.2 成型過程的質量影響因素

在成型過程中,機雜可能對產品質量發生改變[6]。影響因素如下:

1)粒蠟發生故障停線處理時,由于成型機未及時停下,水平傳送帶接料過多,造成傳送帶邊緣雜質帶入合格成品蠟中。

2)由于下料斗內壁掛蠟,在清理料斗時,敲打料斗內壁,造成雜質帶入合格成品蠟中。

3)傳送皮帶磨損,造成皮帶屑帶入產品蠟中。

4)更換過濾袋不及時或人員監護不到位,產生黃蠟進入產品蠟中。

5)開停工過程中或粒蠟切換品種時,粒蠟未改大循環線或改大循環線時間不長,產生黃蠟進入產品蠟中。

6)傳送帶擋護帆布長期夾帶的粒蠟變質、脫落,混入到產品蠟中。

7)啟停線時,操作人員吹掃粒蠟機頭后,未將黃蠟置換干凈,產生黃蠟進入產品蠟中。

2.3 包裝過程的質量影響因素

1)地坑中及粒蠟二層平臺等落地蠟回收時,將雜質帶入料中。

2)修理設備后油污等雜質落入成品蠟中。

3)操作人員抽檢項目不全、抽檢質量不高。

4)人為破壞原因。由于崗位人員責任心不強,打掃衛生、收落地蠟時,工作不認真而將雜質混入。

5)管理人員檢查頻次、對員工培訓不足,崗位操作人員未形成足夠的重視。

3 粒蠟成型產品產量的影響因素

3.1 原料影響

原料蠟的溫度是對蠟粒成型生產比較重要的因素,液蠟溫度過高容易粘鋼帶,到包裝部分出現散料、散跺和脹袋現象,影響產量同時增加工人勞動強度。因此將蠟粒澆注溫度控制在適宜蠟溫范圍內,將有效地控制蠟粒產量[7-8]。所謂適宜蠟溫是:蠟溫要控制在工藝卡片內,最好控制在62～65 ℃。

3.2 成型機故障影響

在生產線長期連續運行期間,影響粒蠟產量最大的因素就是設備故障率高,備品備件準備不足,檢修儀表維護時間過長等問題,充分整合停機時間,如更換濾袋時,根據停線時間進行轉動設備的維護保養、粒蠟噴嘴清理等工作;及時與員工溝通,并采納員工合理化建議,并適當給予員工物資獎勵,每周由班長進行桌面推演,崗位輪流學習,提高操作員技術水平,提高生產線平穩率,減少停線時間;嚴格監控生產一線安全操作行為,杜絕盲目提量追逐產量的違規現象,確保生產安全平穩。

3.3 外界氣溫影響

蠟成型機產量隨季節氣溫的變化很大[9-10]。對于石蠟成型裝置來說冬季是石蠟生產的旺季,如果蠟加氫精制產品充足,石蠟成型裝置產量日均可超過450 t/d,比夏季日均產量高出20 t/d以上。

3.4 冷卻水噴淋溫度影響

將脫鹽水溫度控制在工藝指標范圍內,可保證成型機平穩運行[11]。冷卻水溫度過高有兩點影響:一是粒蠟到達機尾處,刮刀不能將蠟粒全部刮下,長時間運行將粘鋼帶,落地蠟增加,損失率增加;二是脫鹽水溫度過高,粒蠟冷卻效果不好,粒蠟成型后溫度高,到達包裝機時出現料斗堵,裝袋冒料現象發生,被迫降量生產。因此在工藝指標范圍內,脫鹽水溫度越低,粒蠟產量將越高。

4 粒蠟成型裝置節能分析

4.1 粒蠟成型裝置能耗組成

粒蠟成型裝置能耗主要由循環水、1.0 MPa蒸汽、電三部分組成,石蠟成型裝置粒蠟系統耗電量占裝置綜合能耗的比例最大,所以石蠟成型裝置粒蠟系統節能主要是節電。

4.2 節能新技措的應用

4.2.1 節電技措

節電工作對石蠟成型裝置節能降耗相當重要,但卻不易做到。為了保證石蠟成型裝置生產,該投用的設備必須投用,要想做好節電工作,必須從細節做起。裝置充分考慮北方冬季生產期間的特點,考慮利用冬季期間外界環境溫度低的影響,降低冷卻水溫度。粒蠟系統增加一臺空冷,與冷水機并聯,冬季生產期間停用冷水機,啟用空冷,冷水機電耗160 kW,空冷風機2臺電耗30 kW,通過計算冬季生產期間可節約電能468 000 kW·h。

空冷運行時,重點工作是防止凍凝,裝置好的做法如下:實施百葉窗動態調節,根據環境氣溫變化,動態調節百葉窗開度大小,防止管束凍凝;空冷風機四周加裝護板,并安裝百葉窗,控制風量大小;加強員工巡檢,使用測溫槍測定每條管束溫度,發現問題及時處理。

夏季投用濕空冷風機,減少兩臺空冷風機啟用時間。根據季節變化,及時開關照明,做好照明節電工作。

4.2.2 節約蒸汽措施

通過改造增加了一條脫水線,使液蠟脫水更加順暢,降低了蒸汽多次吹掃脫水線的損耗。非冬季生產期間,對罐區、罐區至廠房蒸汽伴熱線實行動態管理,節約蒸汽。加強檢查及維護工作,嚴格控制蒸汽跑冒現象。

4.2.3 包裝線及澆筑頭國產化

由于設計原因,粒蠟包裝線的包裝速度為7 t/h,粒蠟包裝線的碼垛速度為8 t/h,通過技術人員與班組研究,真正解決粒蠟包裝速度的瓶頸是包裝線電子秤的下料速度及碼垛速度。通過觀察,粒蠟電子秤分粗流和精流兩個部分,粗流將質量調整至24 kg,再由精流將質量調整至25 kg±0.05 kg。通常粗流時間為4 s/袋,精流時間為3 s/袋,由于現在原料粘度較大,因此精流時間通常達到15 s/袋以上,大大降低粒蠟產量,因此在停線小修過程中,對包裝線電子秤精流口進行了擴大,在加工粘度較大的蠟時,精流下料速度降至6 s/袋,質量為25 kg±0.06 kg,使包裝速度提高至10 t/h,滿足生產需要。其次,在檢修期間將粒蠟碼垛機進行改造,使用原聚丙烯包裝線的碼垛機,改造后粒蠟的碼垛量提至12 t/h,改造后,碼垛機一直平穩高效運行,保證了粒蠟的產量。使粒蠟產量提高15 t/d以上。

1-4#澆筑頭布料器國產化,增加澆筑頭布料器的壁厚,使粒蠟顆粒更加飽滿,同時因為布料器國產化費用可降低4/5,在同樣備件金額下,可多備用四個國產化澆筑頭。在澆筑頭變形,無法維持生產時,根據備件充足情況,及時更換澆筑頭,降低粒蠟停線時間,從而提高粒蠟產量。國產化方案執行后,每年因澆筑頭布料器變形造成的停線的時間從100 h縮短至10 h,根據計算,可提高粒蠟產量2 t/d。

4.2.4 技改技措應用后對能耗的影響

通過對石蠟成型裝置技術改造前后的能耗和加工量有明顯改變,其對比結果見表1。

表1 改造前后綜合能耗及加工量對比表

由表1可以看出,改造后綜合能耗平均降低了5.66 kgoe/t,改造后每年可多產石蠟1.9×104t,按照目前石蠟產品市場價格測算,年創經濟效益1 000萬元。

5 結論

1)影響粒蠟成型產品質量的主要因素包括:原料性質、成型過程及包裝過程。影響產量的主要因素包括:原料性質、成型機故障影響、外界氣溫及冷卻水噴淋溫度。

2)粒蠟成型要實現更精細化管理,采取原料專區存放,使用、計量等環節專人管理等措施,加強對員工思想、產品質量意識等教育,提高全員重視質量的意識。

3)清理料斗必須及時將雜質清理掉,避免混入料中。落地蠟一律單獨回收,定期回煉,杜絕將落地蠟倒入傳送帶而包裝出廠。增加粒蠟成型過濾器,對機雜進行過濾,定期更換過濾袋,以保證石蠟產品機雜符合質量指標。

4)粒蠟成型裝置能耗主要由循環水、1.0 MPa蒸汽、電三部分組成,因此,對這3項動力消耗的控制是降低能耗的關鍵。北方地區季節溫差較大,冬季生產期較長,環境溫度低。因此,石蠟生產應該充分利用氣候影響因素,在冬季生產期間,停用冷水機,啟用空冷;加強用能的動態管理,合理根據環境溫度調整用能量,節能效果顯著。