炼化企业瓦斯平衡与管理

田玉宝

（中国石化沧州分公司，河北沧州 061000）

1 概述

瓦斯气是炼化企业的二次产品，主要来源于催化裂化装置、延迟焦化装置和其他生产装置，不同来源的瓦斯气组成各异，主要由氢气、甲烷、乙烷等组成，见表1。炼化企业瓦斯控制系统平衡控制瓦斯的生产、储存与消耗，是炼化企业重要的工艺系统。

表1 不同来源瓦斯气组成

2 瓦斯系统介绍

某炼化公司瓦斯系统主要由瓦斯气产生装置、20 000 m3气柜（高20 m）、压缩机、火炬和外购天然气系统组成。该公司瓦斯气体主要产自催化裂化装置和延迟焦化装置，其他各装置产生的瓦斯气体可直接回收进上两套装置的吸收稳定系统[1]。常减压装置初常顶瓦斯和气分C2 组分进催化装置吸收稳定系统，然后随催化干气一起进干气脱硫装置，连续重整装置、Szorb 装置、汽柴油加氢装置的瓦斯气体进焦化吸收稳定系统，然后随焦化干气一起去制氢湿脱装置，一部分作为制氢原料，另一部分进入瓦斯管网。各装置少量瓦斯不能回收，则进入气柜，气柜气经压缩机升压后和催化干气一起进干气脱硫装置，脱硫后的瓦斯气进入瓦斯管网。瓦斯系统工艺流程见图1。

图1 瓦斯系统工艺流程

3 瓦斯系统运行问题及分析

瓦斯系统产耗不平衡的现象时有发生，瓦斯产大于耗，气柜超限时，需要通过瓦斯放火炬来平衡；瓦斯产小于耗，系统瓦斯不够时，需要通过补丙烷、天然气来平衡，不可避免地造成了效益损失。解决这一问题的关键在于通过对各装置排放瓦斯气的分析，发现其组成、排放等规律，制定瓦斯平衡方案和管理措施，实现对瓦斯系统的统一指挥，使瓦斯系统平稳运行，减少瓦斯气排放火炬，减少环境污染，降低能源损失。

4 瓦斯平衡与控制方案

瓦斯平衡与控制方案分别按装置正常生产运行、事故状态、装置开停工三种情况制定。无论哪种方案都要重点关注瓦斯气组成、瓦斯管网压力平稳和气柜柜位，防止因瓦斯气组成变化、压力波动影响全厂工艺炉运行，同时保持气柜低位（7 m左右）运行，留有13 m（13 000 m3）缓冲空间，预防生产装置突然波动排放轻组分，气柜没有储存空间，导致瓦斯放火炬。

4.1 装置正常生产运行时瓦斯平衡

装置正常生产情况下，瓦斯系统控制按照“产耗平衡、安全第一、环保优先”的原则，结合原油性质、各装置生产方案、焦化生焦周期和气温变化情况等，计算各装置瓦斯气产量，制定相应的瓦斯平衡方案，通过“事前调度”和“定量调度”，调整蒸汽锅炉负荷，平衡系统瓦斯，确保瓦斯不放火炬，蒸汽系统压力稳定。2020 年5 月3 日全厂瓦斯系统平衡情况见表2。

表2 2020 年5 月3 日全厂瓦斯平衡情况

4.1.1 石蜡基原油分炼期间瓦斯系统平衡

石蜡基原油每月分炼一次约2～3天，原油炼量按7 200 t/d控制，常压装置瓦斯产量减少约1 300 m3/h，瓦斯系统平衡方案将重新制定，在蒸汽管网压力稳定前提下，降低蒸汽锅炉负荷，确保瓦斯系统产耗平衡，锅炉降1 t蒸汽产量，少用瓦斯约100 m3。

4.1.2 焦化装置焦炭塔切换时瓦斯系统平衡

焦化装置进料量95 t/h，2 个焦炭塔切换运行，20 h 切换1 次，切换后10 min 内干气产量减少约1 500 m3，约70 min后焦炭塔进行大吹汽，大吹汽开始15 min内干气产量减少约2 000 m3，这段时间进入瓦斯系统的焦化干气量减少，系统瓦斯压力降低，需要提前开丙烷机或向瓦斯管网补天然气，维持瓦斯系统平衡。如果此时焦化干气量低于制氢装置进料量，制氢装置可使用天然气或低甲烷含量的系统瓦斯气补充原料。

4.1.3 瓦斯系统补天然气或丙烷成本测算

当瓦斯气不足需要补天然气或丙烷时，要根据二者价格和热值（见表3）测算成本，选择成本低的使用。

表3 天然气和丙烷对比

由表3 可知，按体积热值算，1 m3丙烷约合2.49 m3甲烷，按重量热值算，1 g丙烷相当于0.907 g甲烷。天然气价格2.91元/m3，合4 065元/t。每小时补丙烷1 000 m3（1.964 t），需要再开一台气柜压缩机，压缩机每小时耗电700 kW·h，合计费用约8 072元（不考虑其他消耗）；如果用天然气约2 490 m3，费用合计7 245元。丙烷与天然气价格平衡点为3 478元，当丙烷价格高于此值，使用天然气节约成本。

4.1.4 系统瓦斯过剩时的平衡

当系统瓦斯出现过剩时，提高蒸汽锅炉负荷，消耗过剩瓦斯，锅炉多产1 t 蒸汽，消耗瓦斯约100 m3。如果仍不能平衡过剩瓦斯时，可以采用降低延迟焦化装置、催化裂化装置负荷为最终手段，确保瓦斯不放火炬。焦化装置降5 t进料量，每小时少产干气约400 m3，催化装置降5 t进料量，每小时少产干气约250 m3。当瓦斯系统情况好转时，及时恢复焦化、催化装置进料量。

4.2 装置开停工和事故状态下的瓦斯平衡

催化裂化装置和延迟焦化装置开停工或突发事故时，大量轻组分排放进瓦斯系统，对瓦斯平衡影响较大，如不能及时有效地降低装置瓦斯产量、平衡过剩瓦斯，将造成瓦斯放火炬。

4.2.1 催化裂化装置开工时瓦斯系统平衡

催化裂化装置在开工过程中会产生大量干气，在催化干气外送前需提前将气柜柜位降至2～3 m运行，留出约17 m（17 000 m3）空间回收催化干气，防止因气柜储存空间不足导致瓦斯放火炬。催化装置开工后，进料量按120 t/h控制，约有8 t（9 600 m3）干气进入瓦斯系统，此时，一要及时将稳定塔顶不凝气改进粗气油罐，减少不凝气排放气柜，二要在催化干气外送后及时开启再吸收塔贫柴油泵，用低温柴油吸附催化干气中C3 以上组分，减少催化干气外送量，贫柴油进入再吸收塔后干气外送减少约2 t/h（2 400 m3/h），则进入瓦斯系统干气约6 t/h（7 200 m3/h），此时65 t/h蒸汽锅炉满负荷运行，每小时可消耗瓦斯6 500 m3，平衡过剩瓦斯，确保瓦斯不放火炬。

4.2.2 延迟焦化装置气压机故障时瓦斯系统平衡

延迟焦化装置进料量95 t/h，当气压机联锁停机时，分馏塔顶油气大量排放进气柜，进入气柜的瓦斯增加约12 000 m3/h，制氢装置原料切断，改用天然气作原料，如果此时气柜柜位在7 m 左右，可有约1 h缓冲空间，像这种突发紧急情况如果短时间内气压机能正常开启，气柜增开1 台压缩机，蒸汽锅炉提高负荷，可消耗过剩瓦斯，避免瓦斯放火炬。如果短时间内气压机不能正常开启，需使用立竿见影的方法平衡瓦斯，如65 t/h蒸汽锅炉满负荷运行，每小时可消耗瓦斯6 500 m3，蒸汽发电机提至满负荷、污水气提装置提高进料量，消耗蒸汽，过剩蒸汽经消音器放空，然后提高加氢装置进料量、降低催化装置进料量、增开蒸汽发电机，消耗和降低瓦斯产量、利用过剩蒸汽发电，此时气柜的容量直接决定着瓦斯系统缓冲空间的大小。

5 瓦斯系统管理

瓦斯系统管理主要从深化信息化应用、提高员工业务水平、建立制度3个方面开展。

5.1 深化信息化应用

1）应用瓦斯监控系统，实时监控各装置瓦斯排放量、瓦斯使用量、气柜柜位及变化趋势，结合监控数据和生产情况，对瓦斯系统进行“事前调度”和“定量调度”。

2）建立天然气和丙烷使用费用计算模型，结合两者热值、市场价格，选用低成本燃料补充瓦斯管网，仅2020年3月即降低费用约21万元。

3）每周分析一次气柜气组成，回收气柜气中可用组分。由表1可知，气柜气中氢气含量约35%，该公司增加气柜气进制氢装置专线，将少量气柜气改进制氢装置，回收氢气。

5.2 提高员工业务水平

1）加强员工技能培训，对产耗瓦斯装置操作人员进行专项操作技能培训，提高其在瓦斯系统出现波动时的反应和正确处理能力。

2）精细操作，严格控制催化干气和焦化干气中C3以上组分含量小于3%，减少液化气组分带入瓦斯管网。

3）当系统瓦斯不足需要长时间补充天然气时，由于天然气中甲烷含量约90%，将部分天然气作为甲烷制氢装置原料。

5.3 建立管理制度

1）建立焦化装置切换塔提前30 min 汇报生产调度制度，生产调度统一协调制氢岗位、蒸汽锅炉岗位、气柜岗位调整操作，保证蒸汽管网压力稳定、瓦斯系统压力稳定。

2）加强组织机构管理，建立奖惩制度。成立由生产调度和各作业部工艺技术管理人员组成的瓦斯系统运行攻关组，确定攻关目标。定期召开专题会议，分析瓦斯系统运行出现的问题，研究落实瓦斯系统优化措施。同时根据优化效益情况，给予奖惩，提高员工工作积极性。

6 火炬零排放

火炬零排放是炼化企业追求的目标，近年来随着工艺管理的加强，操作技能的提高，瓦斯放火炬次数逐年减少，见图2，实现了正常生产时火炬零排放，但催化装置、焦化装置突发事故时，由于瓦斯排放量较大，气柜不能全部回收，放火炬难以避免。图2 中2019 年2 次放火炬，分别是催化装置开工、焦化汽压机停机期间。

7 结论

从管理角度上控制瓦斯排放，合理平衡瓦斯，可以实现正常生产时火炬零排放，为企业带来巨大的社会效益。通过对全厂瓦斯情况的分析，回收气柜中氢气，选用低成本燃料补充瓦斯管网，可为企业增加经济效益。

图2 近4年放火炬次数