PX装置抽余液塔塔顶热的深度利用

何光军 王伟 胡畔(四川石化有限责任公司，四川 彭州 611930)

1 概述

中国石油四川石化有限责任公司生产三部PX装置采用UOP工艺包，由SEI设计、中油七建施工，于2014年3月投产。

抽余液塔塔顶的低温热量比较多，且温位较高，因此该部分低温热具有更高的利用价值[1]。原设计考虑到抽余液塔塔顶热的回收利用，采取低温热水换热器和空冷器串联运行的方式，回收部分塔顶热以增产低温热水，供公司其他装置使用。

生产三部利用2018年装置大检修契机，对抽余液塔塔顶换热设备进行改造，通过增设一组低温热水换热器，进一步利用抽余液塔塔顶热、提高PX装置余热输出、减少抽余液塔空冷器负荷[2]，降低PX装置的综合能耗。

2 改造前运行情况及问题

抽余液塔是PX装置主要的精馏塔设备之一，设计塔顶压力0.029MPa，设计塔顶温度147℃，设计塔顶气质量流量654t/h，塔顶气含有大量的低温余热。故抽余液塔的设计通常考虑在其塔顶设置塔顶气/低温热水换热器，对抽余液塔顶气进行冷却的同时，生产低温热水，供其他装置使用。四川石化公司生产三部PX装置于2014年原始开工后，抽余液塔顶即开始生产低温热水。生产出的低温热水送往四川石化公司公用工程部门，通过公用工程部门的协调、调配，送往需要低温热水的其他部门和装置，从而发挥出炼化一体化企业公用工程互联互供的优势。

2.1 改造前的工艺流程

改造前，抽余液塔顶气进入抽余液塔顶/低温热水换热器E-6012A/B壳程，给管程的低温热水加热，而后进入抽余液塔空冷器EA-6001，冷凝后流入抽余液塔回流罐。改造前工艺流程如图1所示。

图1 改造前工艺流程示意图

2.2 操作中存在的问题

按照设计，抽余液塔顶/低温热水换热器E-6012A/B可将流量为1450t/h的70℃低温热水加热至95℃。

但因2014年至2018年间，四川石化公司全厂实际使用低温热水的装置较少，低温热资源利用率低，E-6012A/B管程低温热水实际流量长期维持在1200t/h左右，且入口温度高达92℃，偏离设计数据较远，抽余液塔的实际操作遇到了以下3方面的问题：(1)由于E-6012A/B取热不足，为保障抽余液塔的正常操作，抽余液塔空冷器EA-6001需要高负荷运行。16台空冷器电机全部长时间、高负荷工作，耗电量较大，且因缺少备用冗余造成检修困难；(2)夏季气温高时，EA-6001空冷电机全部满负荷运行，仍不能满足工艺要求，故需要使用喷淋水装置，对空冷翅片进行喷淋辅助冷却。但此操作既浪费了生产水，又加速了空冷翅片的老化；(3)空冷器受天气的影响较大，发生降雨特别是夏季暴雨时，抽余液塔回流温度、塔压等关键参数会发生较大变化，继而造成抽余液塔的大幅波动，导致PX产品不合格。

3 具体应对措施

改造前抽余液塔运行中存在问题的根本原因，是低温热水在抽余液塔塔顶取热不足，造成抽余液塔塔顶气冷却设备运行状态较原设计发生较大的偏离，抽余液塔塔顶余热没有得到充分的利用。为彻底解决抽余液塔顶余热“没人用”“带不走”的问题，四川石化公司及生产三部进行了深入研究，预备采取设备改造和工艺优化相结合的方式进行处理。

首先，对抽余液塔顶可利用的余热进行计算，结合装置运行和操作实际，确定抽余液塔顶可利用的余热总量。其次，根据余热总量及抽余液塔顶气/低温热水换热器换热参数等，确定抽余液塔顶设备改造的方案。最后，对改造后的抽余液塔进行工艺优化，逐渐摸索并固化其在新的操作条件下的操作参数，在稳定塔操作的同时，稳定增产低温热水。

3.1 提高低温热水使用量

四川石化公司根据生产三部PX装置抽余液塔运行情况和公司公用工程实际状况，采取两个方面的措施提高低温热水使用量：(1)将四川石化公司生产四部MTBE装置的2台精馏塔塔底热源由0.4MPa蒸汽改为低温热水；(2)将四川石化公司生产六部乙二醇装置的1组4.0MPa蒸汽换热器改为低温热水换热器。

通过以上措施，增加公用工程低温热水的使用总量，同时，减少公用工程0.4MPa蒸汽和4.0MPa蒸汽的消耗，起到节能降耗的作用。

3.2 增设抽余液塔顶/低温热水换热器

四川石化公司生产三部利用2018年大检修契机，根据现场设备、管线布置的实际情况，科学设计、合理施工，在抽余液塔顶增设2#抽余液塔顶/热水换热器E-6015A/B，布置在原抽余液塔顶/热水换热器E-6012A/B之后，与抽余液塔空冷器EA-6001并联布置，在增产低温热水的同时，实现对抽余液塔顶余热的深度利用。改造后工艺流程如图2所示。

图2 改造后工艺流程示意图

3.3 操作优化

改造后，生产三部加强对抽余液塔顶低温热水各项参数的监控，不断探索新工况下抽余液塔的最优操作参数，确保操作稳定；同时积极与四川石化公司公用工程部门协调，保持低温热水流量和温度的稳定。

4 改造后的运行情况

经2018年大检修改造至今，抽余液塔操作总体向好，塔顶低温热水产量明显增加，塔顶余热得到充分的利用。由于塔顶余热大多被抽余液塔顶气/低温热水换热器取走，塔顶空冷器不再需要大负荷运行，一般情况下只需启动几台空冷器参与工艺辅助调整，这使抽余液塔的操作稳定性得到大幅加强，抽余液塔受天气变化的影响减小。同时，增产的低温热水作为替代热源，供四川石化公司其他部门和装置使用，起到了很好的节能降耗的作用。

4.1 参数对比

改造和操作优化后，抽余液塔顶低温热水产量大幅增加，空冷器负荷大幅降低。改造前后参数对比见表1。

表1 改造前后相关参数对比

可以看出，经过改造和操作优化，抽余液塔顶低温热水流量显著增加，低温热水入口、出口温度贴近设计值，抽余液塔顶余热大部分被低温热水带走，得到充分利用；由于抽余液塔顶空冷器运行台数大幅减少，抽余液塔运行更稳定、更节能。

4.2 操作情况

改造后抽余液塔运行平稳，气温变化对抽余液塔的操作影响明显减小，即使暴雨也不会造成大幅波动，避免PX产品不合格造成的经济损失。

4.3 经济效益

抽余液塔塔顶热的深度利用，经济效益明显提升，如下：(1)生产四部MTBE装置2台精馏塔塔底热源由0.4MPa蒸汽改为低温热水，节约0.4MPa蒸汽20t/h，节约费用2604万元/年；(2)生产六部乙二醇装置1组蒸汽换热器改为低温热水换热器，节约4.0MPa蒸汽13t/h，节约费用1956万元/年；(3)抽余液塔空冷器EA-6001停运10台，每台空冷风机功率为37kW，按目前运行数据计算，每年可节约电耗312万kW·h、节约电费187万元/年。根据低温热水综合利用计算，PX装置综合能耗显著降低。实现综合经济效益总计4747万元/年。

5 结语

通过增设低温热水换热器、提高低温热水流量，可深度利用抽余液塔塔顶热，经济效益明显提升，促进炼化一体化企业公用工程互联互供优势充分发挥的同时，增强抽余液塔运行稳定性、降低PX装置综合能耗、促进PX装置的长周期运行和效益最大化，值得在同类装置中广泛推广应用。