常减压蒸馏装置的节能对策

刘 超

(中国石油大连石化公司，辽宁 大连 116032)

1 常减压蒸馏装置的能耗节能改进措施

在炼油企业中，常减压蒸馏的加工能力是炼油企业加工能力的重要标志，其加工能力的高低亦是炼油企业综合技术实力的具体体现。常减压蒸馏装置承担着从原油中分离出汽油(重整料)、煤油、柴油、润滑油(蜡油)组分等重要的分离任务，更主要的是为下游二次加工装置提供原料。常减压蒸馏装置在石油加工过程中不但加工规模较大，占炼油综合耗能的比例也是值得关注的。常减压蒸馏装置的能耗在整个炼油厂的耗能中占15%～20%，降低常减压蒸馏装置的能耗，对降低整个炼油企业的综合能耗，提高炼油企业综合效益意义十分重大。

常减压蒸馏装置近20 年来节能改进措施主要有以下几个方面，从基础设计入手优化换热流程、优化顶循环回流(中段回流)取热比例、优化调整分馏塔(尤其是常压塔、减压塔)的过气化率、常压塔汽提段改造、减压塔内填料的改造、减压抽真空系统改造、加热炉烟气余热回收、DCS先进优化控制等。

2 常减压蒸馏装置工艺技术优化

2.1 原油性质的影响与优化

常减压蒸馏装置一般以一种原油或两种混合原油的性质为基础进行设计核算，换热流程的排布和主要设备的选型同样是根据选定原油的基础数据进行的，但从全国炼油企业常减压装置实际加工原油的状况看，原料的性质也千差万别，甚至有些装置加工的原油与实际设计的原油性质相差很大，某石化公司一蒸馏装置加工的部分原油加工数据统计(见表1 一蒸馏装置部分原油性质与操作条件汇总)。这种情况直接影响装置的能耗，原油性质的变化对常减压蒸馏装置能耗的影响及措施主要有:

(1)原油加工装置的石脑油收率升高则装置能耗上升，主要原因是原油偏轻则低温热原量较大，尤其是塔顶石脑油只有很少的一部分热能可以回收，热能的损失较大。加工轻质油时一般换热终温较低，燃料的消耗较大;

(2)常减压蒸馏装置原油的选择应首先考虑实沸点数据与装置设计原油的数据相近的原油，因为装置换热流程窄点优化时是以设计原油的基础数据进行优化的，如加工原油与设计原油性质偏差较大，则换热处于非优化状态，影响热能的回收，使燃料消耗增加。解决上述不利因素的措施是通过原油的调和措施，使加工原油各组分的收率接近设计原油各组分的收率，确保换热流程的优化，从而降低装置的能耗;

(3)通过增加原油在线调和措施，确保装置加工原料的稳定性，从而确保装置的加工负荷;

2.2 加工负荷率的影响与优化

装置加工负荷率是指单日加工量与设计的单日加工量之比。常减压蒸馏装置的能耗与装置的加工负荷率的关系是，加工量越大，装置能耗越低，反之加工量越小，装置能耗越大。国外炼油企业常减压蒸馏装置单套加工能力一般为5 Mt/a 以上，整个炼厂的加工能力在10 Mt/a 以上，装置加工负荷率在80%～90%，目前世界上单套加工能力在12 Mt/a 的炼厂并不少见。国内中石油系统中的某石化分公司最大的常减压蒸馏装置单套加工能力在10 Mt/a，实际原油一次加工能力已突破20 Mt/a，已经运行的6 Mt/a 常压蒸馏装置和4.5 Mt/a 常减压蒸馏装置2004 年加工负荷率达到100%，开工实际运行周期已超过3 年，装置能耗大大降低，因此，降低常减压蒸馏装置的能耗，装置负荷率是重要的一项措施。据有关部门测算，装置负荷率低于85%，装置能耗将大大提高。所以要求装置大型化的同时，还要提高装置的负荷率，如装置负荷率低于70%，装置大型化带来的直接后果是高能耗，所以，要进行装置加工量的优化，确保装置加工负荷在85%以上，如果加工负荷较低，即使采取节能措施装置能耗方面也很难达到一个较高的节能水平。表1 列出了负荷率与装置能耗对比情况，可见，装置负荷率对能耗的影响较大。

表1 负荷率与装置能耗的关系Table 1 Load factor and unit energy consumption relative percentage basis

2.3 提高换热终温的措施与优化

常减压蒸馏装置的换热终温是装置节能优化的一个重要方面，也是衡量常减压装置节能水平的重要指标。对于一定的原油和一定的拔出深度，原油换热终温升高，则常压炉的负荷下降，加热炉的燃料消耗降低。利用窄点技术优化换热网络，可使装置的换热终温由230～240 ℃提高到300～310 ℃，常压炉的燃料消耗可降低36%～48%，由此可见提高换热终温对降低常压炉的燃料消耗意义十分重大。

影响换热终温的主要因素有原油性质、常压与减压最下侧线的拔出深度(最下侧线干点值)、常(减)压塔的中段回流取热分配比例、是否采取优化控制、换热设备的效率与装置加工负荷率等。利用先进的工艺设计和高效的换热设备，辅以优化的操作控制，可有效提高换热终温，降低常压炉燃料消耗。

(1)利用窄点技术优化换热网络，使原油换热终温大大提高。但目前装置实际运行的状况与利用窄点技术优化后换热网络的状况相差较大，尤其是对加工多种进口原油的装置，换热终温的变化较大，解决这种状况的手段是通过原油调和确保调和后的原油性质与窄点技术优化的原油性质接近，确保换热终温的稳定。

(2)采用高效换热器，提高换热效率。采用高效换热器是投入少、见效快的有效措施。

(3)在装置开工的中、后期，利用在高温重油部位的流程上注入阻垢剂的方法确保高温换热设备的换热效率。

2.4 对加热炉系统的优化

2.4.1 降低燃料中杂质的含量

用渣油作燃料的装置，要减少灰垢的生成，从根本上要降低原油中的金属含量。目前蒸馏装置电脱盐只能脱出NaCl 和部分的MgCl2，CaCl2，而对于铁盐、铜盐以及有机钙盐均不能在加注常规的破乳剂下脱出，而燃料油中盐含量增加，势必造成燃料油燃烧后的灰分增加，灰分附着在辐射炉管、对流炉管以及空气预热器的钉头管上，炉管和预热器管束结灰严重，影响传热效率，使能耗增加。目前解决的措施是在电脱盐过程中加入脱钙剂和脱金属剂，以减少燃料油中的金属含量，降低燃料油燃烧后产生的灰分。

2.4.2 使用声波除灰

确保加热炉炉管和空气预热器管束的传热效率，减少炉管表面灰分的沉积，最有效的方法是加热炉管定期吹灰。过去传统的吹灰方法效果较差，吹灰的盲区较多，局部灰分的沉积较严重，直接影响装置的长周期运行，尤其是装置开工的中、后期装置能耗上升较大。目前加热炉吹灰主要采用声波式除灰器，除灰效果明显提高，其主要优点是易造成灰尘沉积的盲区较少，吹灰较彻底，对设备无损害等，应加大推广力度。

2.4.3 使用高效燃烧器

在加热炉单元中，燃烧器是重要的加热炉设备，一个好的加热炉燃烧器其正常工作中的耗氧量较低、燃烧充分，不存在二次燃烧的现象。配风形式为旋流分级配风，火焰的方向性好，不存在燃烧中的局部过热现象。更主要的是燃料的适应性较强，节约燃料效果明显，加热炉效率较高。具备上述特征的燃烧器以洛阳某石油化工设备有限公司生产的油气联合燃烧器最为典型。

2.4.4 加强加热炉的日常管理

在常减压蒸馏装置的节能中，加热炉系统优化操作十分重要，因为在蒸馏能耗中燃料消耗占蒸馏能耗的70%，节能潜力很大。在加热炉的日常管理方面主要应加强以下几个方面的工作:

(1)严格控制各项工艺指标，主要是氧质量分数不大于2.5%，底部炉膛负压不小于80 Pa，中部炉膛负压不小于50 Pa，加热炉排烟温度控制在150～160 ℃，提高入炉空气的换热终温，确保加热炉效率在较高水平;

(2)加强日常管理，主要包括看火门、看火孔的管理，正常生产时严禁看火门、看火孔常开，减少冷空气漏入量;

(3)对氧含量表和炉膛负压表定期校验，确保仪表好用;

(4)对加热炉阻火器加热炉火嘴定期清扫，保证设备的使用性能;

(5)加强加热炉吹灰操作，严格执行定期吹灰制度。

2.5 对分馏系统的优化

2.5.1 优化回流取热比例

在常减压蒸馏装置的节能工作中，优化操作尤其是优化中段回流取热比例十分重要，因为它对提高原油换热终温作用很大。一般情况下常压塔顶循环回流的馏出、返还温度差控制在50～60 ℃为宜，常一中回流的馏出、返还温度差控制在70～80 ℃为宜，常二中回流的馏出、返还温度差控制在75～85 ℃为宜，基本确保常压塔各段汽液相负荷的平衡，同时保证塔内多余热量的回收。另外在优化常压塔顶循环回流和常压一、二中回流的同时应兼顾产品质量和操作的稳定性，全塔的热平衡等多方面因素，避免顾此失彼。

2.5.2 降低常压塔过气化率

过气化率是常减压蒸馏装置分馏塔操作的一项重要的隐性指标，过气化率对常减压蒸馏能耗的影响较大。常压塔合理过气化率经验值是2%～4%，如果过气化率控制过高则加热炉燃料消耗增加，如果过气化率控制过低，一方面产品质量会受到影响，另一方面轻质油收率和装置总拔出率会受到影响。目前在过气化率的控制与监测方面尚无有效的手段，但可以通过对相关参数的控制以及操作分析加以控制。比如通过常压塔顶负荷情况、常压各中段回流的馏出返还温度差情况以及常压塔最下一层侧线的干点情况来间接判断过气化率的大小，从而调整加热炉混合出口温度或调整塔底吹汽量，确保入塔过气化率在一个相对稳定的范围内。

3 先进技术的应用

3.1 先进控制技术的应用

目前国内大部分炼油装置采用DCS 集散控制系统。操作控制的稳定性与灵活性大大提高，但利用DCS 进行全装置系统优化的装置并不多见，大部分炼油装置大多采取的是装置的局部优化，如加热炉单元的支路平衡优化控制。原油换热流程的支路平衡优化控制，如某石化公司的10 Mt/a 年常减压蒸馏装置。近几年来国内蒸馏装置逐步呈大型化趋势，采取产品质量在线监测与DCS 自控系统相结合的优化控制即先进控制应有所加强。采用先进控制的优点主要是产品质量无过剩现象，更主要的是使全装置的热平衡更加趋于合理，对降低装置能耗十分有利。目前先进控制系统已在某石化公司3.5 Mt/a 重油催化裂化装置投用，从实际使用效果看对装置操作的优化和产品质量的控制十分有利，装置的综合运行效益明显提高。

3.2 高效设备材料的应用

在完善节能基础工作方面，高效设备材料的运用不容忽视，应用高效传热设备可大大提高装置的热量回收率，而高效分离设备、高效隔热材料的应用则可大大降低装置的热能消耗。大连石化公司一蒸馏装置在装置改造中初底换热器采用4台高效波纹管换热器，使换热终温提高近3 ℃;加热炉内衬隔热材料选用新技术材料锆铝纤维模块，使加热炉炉壁温度大大降低，最高点只有60 ℃;在分馏塔中采用国内先进专利技术，清华大学研制的ADV 微分浮阀，使分离效率大大提高，过气化率降低，上述高效设备材料的应用在节能降耗工作中的作用已逐步显现。