延遲焦化裝置冷焦系統工藝優化和節能措施

張生

(中海瀝青股份有限公司,山東 濱州 256600)

1 延遲焦化裝置冷焦水目前狀況分析

1.1 焦化裝置冷焦水工藝流程介紹

延遲焦化裝置的冷焦水系統作用為在焦炭塔內生焦結束后,對焦炭塔內的焦炭進行冷卻降溫,在焦炭溫度降溫至規定溫度以下時,進行除焦作業。其工藝流程為:在焦炭塔生焦結束后,對老塔用1.0 MPa蒸汽進行小吹汽,小吹汽結束后對老塔進行大吹汽,之后再開啟冷焦水給水泵P501對焦炭塔進行給水操作,冷焦水從焦炭塔底部注入,冷焦水進入焦炭塔內瞬間汽化,帶走大量的熱量,達到冷焦的目的。隨著冷焦水的逐漸注入,焦炭塔內焦炭的溫度逐漸降低,冷焦水逐漸覆蓋焦炭,充滿焦炭塔,通過溢流管線進入熱水罐V501。在焦炭塔內上、中、下三點溫度下降至規定溫度后,打開焦炭塔頂、底蓋進行放水操作,再進行除焦作業。

1.2 冷焦水系統現運行狀況分析

焦炭塔T101老塔處理過程中,通常小吹汽1.0 MPa蒸汽用量為3 t/h,小吹汽時間為1 h。大吹汽1.0 MPa蒸汽用量為15 t/h,時間為2～2.5 h。小吹汽作用為保持生焦孔暢通、延續老塔反應過程及保障分餾塔T102在焦炭塔T101切塔過程中的氣相負荷,故不能做調整。而在大吹汽過程可以通過逐漸線性提高吹汽量及縮短大吹汽時間至1.5 h以減少蒸汽用量,同時通過逐漸提高大吹的蒸汽量來減緩大吹汽對冷卻接觸塔T104的沖擊,防止蒸汽負荷突然大幅波動,降低接觸冷卻塔T104頂空冷器A104、接觸冷卻塔頂水冷器WC104等冷換設備負荷,并通過重蠟油蒸汽發生器SG102有效回收自焦炭塔T101帶來的熱量。

根據工藝操作規程,焦炭塔在冷焦開始給水過程初期,設計給水量為60 t/h,在冷焦過程中根據焦炭塔T101頂壓力不大于0.2 MPa來逐漸加大給水量來,隨著焦炭溫度的逐漸降低,用給水調節閥和給水泵P501變頻來控制給水量,冷焦水充滿焦炭塔后溢流進熱水罐,直至冷焦水降至放水規定溫度。

根據現在的操作工藝分析其弊端有以下幾點:

1)在對焦炭塔進行大吹汽初期和冷焦水給水初期,易造成接觸冷卻塔T104氣相負荷過大,氣相負荷攜帶大量接觸冷卻塔內蠟油組分進入后面冷卻設備,經過接觸冷卻塔頂空冷和水冷后進入放空塔頂回流罐,造成T104循環蠟油霧沫夾帶跑損及塔頂回流罐冷凝水乳化嚴重。

2)接觸冷卻塔T104頂冷卻負荷過大,造成接觸冷塔頂空冷和接觸冷卻塔頂水冷負荷過大,氣相冷后溫度過高,未被冷卻的水蒸氣經過接觸冷卻塔頂回流罐平衡線進入分餾塔頂回流罐V-102,導致后續單元壓縮機和穩定系統波動較大。

3)冷焦水進入焦炭塔T101后迅速汽化,體積大幅膨脹,焦炭塔T101內氣速過快將焦炭塔頂泡沫層大量焦粉帶入接觸冷卻塔T104,并通過接觸冷卻塔底部蠟油循環至分餾塔T102。焦粉進入分餾塔內后,被焦炭塔頂部過來的油氣逐漸攜帶至分餾塔內上層塔盤,通過分餾塔內各個流程循環進行各個循環系統,在焦粉進入柴油系統后,會導致柴油反沖洗過濾器SR105頻繁反沖甚至崩潰。

4)焦炭塔T101頂溢出的大量蒸汽進入接觸冷卻塔后,通過接觸冷卻塔底部的循環將大量熱量帶至蠟油重沸器SG102,熱量通過SG102與除氧水換熱發汽取出,產生的蒸汽用于進行硫磺回收系統,但發汽量超過硫磺回收系統用量,超出硫磺用量部分只能放空,從而造成資源浪費。

5)在進行吹汽和給水操作時,由于接觸冷卻塔T104氣相帶水多,造成接觸冷卻塔頂油氣分離罐V104油水分離罐分離時間不足,含硫污水乳化帶油嚴重。

通過以上分析所述,可以通過減小焦炭塔初期給水量解決以上問題:

1)在焦炭塔給水初期給水量若能控制在20 t/h,將能與焦炭塔大吹汽量15 t/h形成良好銜接,減小原來突然給水量60 t/h后,生成大量蒸汽造成的大幅氣相波動,可以形成焦炭塔T101內熱量緩慢的向接觸冷卻塔T104及后面設備接觸冷卻塔頂空冷和水冷及蠟油重沸器等的轉移。根據蠟油重沸器SG102發汽量及接觸冷卻塔T104頂冷卻負荷逐漸提高給水量。

2)焦炭塔給水量減小為20 t/h后,如果不采取有效措施,易造成生焦孔內物料回流,堵塞生焦孔。為保證給水流量穩定可控,給水調節閥前后需保持較大的壓差,避免因T101壓力變化造成給水不暢堵塞生焦孔。因此給水泵P501泵要保持的80%變頻開度以保持出口壓力在0.7 MPa。

3)由于現有給水管線直徑較大(DN250),給水調節閥在長年的使用過程中造成閘板磨損,在給水調節閥開度為1%時給水量為0 t/h,給水調節閥開度為1.5%時給水量為60 t/h,由于給水管線直徑較大和調節閥無法小流量控制流量問題,造成無法控制小給水流量20 t/h。

4)焦炭塔在大吹汽、給水過程中對WC-104冷后溫度影響很大,在進行大吹汽之前需要操作人員到現場操作接觸冷卻塔頂空冷和接觸冷卻塔頂水冷,由于焦炭塔大吹汽和給水初期產生蒸汽量大,需要將接觸冷塔頂空冷和水冷開大,但隨著焦炭塔內焦炭溫度的逐漸降低,接觸冷卻塔頂空冷和水冷也會隨著焦炭溫度的降低而變小,這時為了節約資源和能耗需要人員到現場對接觸冷卻塔頂空冷和水冷 頻繁操作,如果調節不及時易造成資源和能耗的浪費。而且在冷焦的過程中如果給水量控制不好,給水過程中給水量增加過大,會造成熱量過多,操作人員需要到現場再次操作,如果給水過程中給水速度過慢,會造成冷焦時間過長,影響后續操作時間[1]。

其次，識字教學模式不夠創新。根據部編新教材的識字教學安排，課本主要是由看圖識字和課文識字相結合。但是，在我們的教學過程中，很多老師主要是依靠課文學習識字，把所有的生字總結到一起統一講解，而忽視了圖畫的實際意義，也未深究新的學習方法，這樣單一的落后于時代的學習方法，終究不利于學生的興趣培養，也就不能提升學生的識字能力。

2 冷焦水系統存在的問題

100萬t/a延遲焦化裝置,采用一爐兩塔、連續性運行冷卻接觸塔工藝,重蠟油由分餾塔T102重蠟油集液箱抽出,經重蠟油泵P109加壓后,一部分返回T102洗滌段以控制T102底液位,另一部分經原料油/重蠟油換熱器E111換熱后至接觸冷卻塔T104底,由接觸塔底泵P112抽出加壓后一路至低低壓蒸汽發生器SG102后返回接觸式冷卻塔T104頂部用于控制T104底部溫度,另一路則返回T102洗滌段,以控制T102洗滌段溫度(注:SG102為0.4 MPa蒸汽發生器,所發蒸汽供應硫磺裝置再生塔使用,最大用量為7 t/h)。圖1為焦炭塔給水冷焦簡易流程圖。

圖1 焦炭塔給水冷焦簡易流程圖

1)在一個生焦周期內需要用到蒸汽的操作為小吹汽和大吹汽,焦炭塔小吹汽量為3 t/h,小吹汽時間為1 h,小吹汽過程蒸汽用量為3 t。大吹汽量為15 t/h,大吹汽時間為2.5 h,大吹汽過程蒸汽用量為37.5 t。所以一個周期內焦炭塔冷焦過程1.0 MPa蒸汽消耗量約40 t/塔。

2)焦炭塔T101老塔處理大吹汽及冷焦給水過程中,接觸冷卻塔底蠟油循環流程為取熱流程,接觸冷卻塔底油從接觸冷卻塔底抽出,經過接觸冷卻塔底過濾器過濾焦粉后,通過接觸冷卻塔底泵P112一路經過接觸冷卻塔底下返線返回至接觸冷卻塔,一路通過管線送至分餾塔,另一路經過蠟油重沸器SG102取走冷焦過程中產生的熱量用除氧水產生0.4 MPa蒸汽,0.4 MPa蒸汽通過管線輸送至硫磺裝置用于生產使用。但在大吹汽和給水初期接觸冷卻塔取熱0.4 MPa蒸汽發生器SG102發氣量過大,超過下游硫磺裝置最大使用量。生產出過剩的0.4 MPa蒸汽只能進行大量放空,不然會造成蒸汽發生器超壓,造成焦炭塔內的熱量得不到有效回收利用,以及除氧水的資源浪費。

3)延遲焦化裝置柴油反沖洗過濾器SR105過濾精度為50 μm,但由于下游裝置需要,本裝置分餾塔T102產品柴油反沖洗過濾器SR105,由原設計國產過濾精度50 μm更換為進口濾精度25 μm濾芯。過濾精度大大提高,但過濾器過濾面積卻沒有改變。在焦炭塔進行大吹汽和給水操作時,初期大給汽量和給水量過大,會使焦炭塔內產生大量蒸汽,蒸汽攜帶焦粉通過焦炭塔頂進入接觸冷卻塔,對接觸冷卻塔操作產生波動,焦粉通過接觸冷卻塔與分餾系統的循環線進入分餾系統,分餾系統通過各側線的回流及焦炭塔頂油氣的攜帶,進而焦粉進入柴油系統,導致操作稍有波動柴油反沖洗過濾器SR105便頻繁反沖。

4)在焦炭塔進行冷焦操作過程中,大吹汽量按15 t/h,給水量按60 t/h操作時,焦炭塔頂產生的大量蒸汽進入接觸冷卻塔后,接觸冷卻塔T104頂空冷器A104、接觸冷卻塔頂水冷器WC104冷焦時負荷較大,在接觸冷卻塔空冷A104和水冷WC104全部投用后,冷后溫度依然較高。

5)在焦炭塔進行冷焦操作過程中,大吹汽量按15 t/h,給水量按60 t/h操作時,焦炭塔頂產生的大量蒸汽進入接觸冷卻塔后,造成接觸冷卻塔頂氣相負荷過大,氣相攜帶部分油氣組分進入接觸冷卻塔頂部流程,通過接觸冷卻塔頂空冷A104和接觸冷卻塔頂水冷WC104后進入接觸冷卻塔頂油氣分離罐V104,含油污水短時間內流量較大,蒸汽冷卻的水和攜帶的油組分沒有充足的時間進行分離,易造成污水乳化帶油嚴重,影響后續操作[2]。

3 采取的技術措施

1)由于原來給水線管線為DN250,調節閥管徑過大不易小流量調節,根所現有情況在原給水調節閥旁邊增設小給水DN80的管線及調節閥FV-10603A與現有的調節閥FV-10603并聯,在給水初期投用調節閥FV-10603A,初期給水量控制20 t/h,通過調節閥FV-10603A給水量逐漸提升至100 t/h左右時,再投用調節閥FV-10603,這時給水量可滿足給水后期的大給水量需求,通過增設小給水DN80的管線及調節閥FV-10603A實現分程控制以滿足給水初期精確小流量的要求[3]。

(1)小吹汽操作:焦炭塔冷焦時小吹汽蒸汽量3 t/h,小吹氣時間1 h;

(2)大吹汽操作:大吹汽蒸汽量由3 t/h逐漸提至15 t/h,大吹氣時間1.5 h;

(3)給水操作:給水初期投用調節閥FV-10603A,給水初期時間為1 h,初期控制給水量20 t/h。給水初期冷焦水進入400 ℃高溫的焦炭塔內會迅速汽化變成高溫水蒸氣,以代替之前大吹汽的過程,在保證焦炭質量的前提下,大吹汽時間可縮短到1.5 h;

給水2～4 h,根據接觸冷卻塔T104頂冷后溫度控制小于40 ℃,0.4 MPa蒸汽發生器汽包V103壓力控制小于0.48 MPa,給水量由20 t/h逐漸提至80 t/h。

給水5～7 h,投用調節閥FV-10603,給水量由80 t/h逐漸提至500 t/h。

3)在接觸冷卻塔頂水冷器WC104后增加調節閥,原流程WC104后無調節閥,需要操作人員根據WC104冷后溫度及時調節,增加了操作人員的工作量。在WC-104的循環水管線增加調節閥(TIC-10401)與WC-104后氣相溫度構成調節回路,通過調節調節閥(TIC-10401)及時調節循環水流量控制WC-104后氣相溫度,減少操作人員的工作量[4]。

4 實際生產應用

1)焦炭塔大、小吹汽1.0 MPa蒸汽消耗量從33 t/塔降至23 t/塔,一個操作周期節約蒸汽10 t/塔。

2)接觸冷卻塔取熱流程,通過接觸冷卻塔底循環流程通過SG102給除氧水加熱,產生0.4 MPa蒸汽,通過現在流程與原來操作相比,生產蒸汽的時間比原來增加2 h左右,增加0.4 MPa蒸汽產量7 t/塔。

3)焦炭塔老塔處理過程中產品柴油反沖洗過濾器SR105反沖頻次從原來的小于5 min/次,到現在最頻繁時30 min/次。

4)接觸冷卻塔頂水冷溫度由原來的給水初期,接觸冷卻塔頂水冷器后溫度最高接近55 ℃,現在通過優化后接觸冷卻塔頂冷后溫度基本小于40 ℃。

5)原來小給水期間含硫污水泵P-114出口流量為36 t/h,降低到現在的小給水期間含硫污水泵P-114出口流量為27 t/h,油水分離時間延長至之前的1.3倍,大大緩解了之前因含硫污水流量過大油水分離時間過短而造成含硫污水帶油的問題[5]。

5 改造后的效益情況

1)改造前大吹汽時間是2.5 h,通過采用本方案后,大吹汽時間可縮短到1.5 h,以每塔節約蒸汽10 t/塔,按24 h的生焦周期,1.0 MPa價格201.83元/t計算:

每塔節約蒸汽:10 t/塔×365 d/a×201.83元/t=73.67萬元/a。

2)采用本方案后小給水時間延長,在相同熱量的情況下,蒸汽發生器的有效發汽時間可延長2 h,產生的蒸汽得到了有效利用;以增加至硫磺裝置0.4 MPa蒸汽量3.5 t/h,按24 h生焦周期,0.4 MPa價格169元/t計算:

2 h×3.5 t/h×365 d/a×169元/t=43.18萬元/a;

3)改造前,初期給水量較大,塔頂空冷、水冷負荷均較大,加之WC-104為手閥調節,一般在給水開始將循環水量開到300 t左右直至給水后期,持續時間4 h左右,采用本方案后,大多數情況下只由空冷即可將冷后溫度降低到規定值,即便出現負荷過高的情況,也可由調節閥(TIC-10401)相應調節循環水量。從目前運行情況來看,循環水使用量最大達到200 t/h,持續時間一般不超過2 h,單次節約的循環水量可以達到800 t。

綜上所述,每年可節約生產成本:73.67萬元/a+43.18萬元/a=116.85萬元/a。

6 結語

本方案通過對吹汽流程及時間的優化,而減少大吹汽時間節約蒸汽用量,給水流程增加小給水調節閥FV-10603A,給水初期通過投用小給水調節閥來控制小給水量控制在20 t/h,減小原來的給水量60 t/h時對接觸冷卻系統及分餾系統的影響,接觸冷卻塔頂水冷器WC104后增加調節閥,大大減少了操作人員的工作量,并且能夠通過調節閥及時調節WC104后冷卻溫度,減少了循環水的使用,進而節約了循環水資源、降低了能耗,解決原裝置生產中焦炭塔T101老塔處理、冷焦過程中大、小吹汽1.0 MPa蒸汽消耗量大、循環水消耗量大、操作人員工作量大、塔內的熱量得不到有效回收利用及焦粉攜帶等問題,降低焦化裝置的運行成本。