推行系统优化和管理实现炼油厂节能降耗

胡海兰（兰州石化公司研究院）

推行系统优化和管理实现炼油厂节能降耗

胡海兰（兰州石化公司研究院）

在能源形势严峻、市场多变的情况下，如何少投资或不投资实现日常生产过程在现有工艺和设备条件下的节能降耗，已成为炼油工业的紧迫课题。文中分析了炼油厂系统优化和管理优化的必要性，提出了系统优化和管理优化的基本概念，阐述了符合国内炼油工业实际的措施，具有可操作性和明显的节能效果。

炼油厂 系统优化 管理节能

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.03.001

分析炼油厂的操作实际，有一类问题与高能耗密切相关。如操作参数偏离设计优化值；中段回流取热不随加工方案而变化；原油的存储温度偏高；过分追求安全，轻视装置间的直接热供料等等。其原因，首先是由于市场等因素变化，装置或工艺的实际运行条件如加工量、产品方案等偏离正常状态；其次是现有操作调整的柔性不够，科学指导性差；最后是管理滞后，不能保证操作调整的及时性。其症结在于现有运行和管理水平无法适应迅速变化的生产条件。专家指出，此类问题在国内炼油厂具有普遍性，它们分散、面广、存在于生产和管理的各个环节，因此各厂造成的用能损失在(3 000～5 000)×104元/a[1]，可见其解决的重要性和紧迫性。

1 通过系统优化和提高管理水平实现节能降耗的含义

在生产条件多变、问题分散的情况下，仅靠投入来扩大设备和工艺的弹性以提高操作的柔性显然是不可行的，不但会无限扩大投资，而且与炼油生产长周期、连续化的特征相矛盾。因此、必须基于现有工艺和设备，探求更深层面的解决方案，通过系统和管理优化实现节能的方法便应运而生。它有别于传统的节能方法，主要手段不是技改或技措，也不以较长停工周期和大量投资为代价，而是在科学用能理论的指导下，以系统工程、流程模拟和最优化技术为基础，主动应对工况变化，最大限度地发掘现有工艺和设备潜力，通过类似运行参数优化、局部流程调整、工艺切换、优化管理等手段，不投资或少投资，实现日常生产条件下的节能。其目标是：不管工况条件如何变化，总保持装置或工艺在能量优化的状态下运行。随着模拟计算技术的发展，主要炼油工艺像分馏、传热等变工况优化运行的科学计算基础已经具备。同时，经过历次改造，加之原始设计的弹性预留，现有工艺和设备已有一定的调节手段，如旁路、备用、切换等。只要技术准备充分，思想重视，通过优化运行和管理实现炼油厂节能降耗是可行的。当前，能源供应紧张，原油价格居高不下，炼油厂在盈亏间徘徊，成本成为决定效益乃至生存的关键，所以着力于日常生产条件下的运行和管理优化，更具实际意义。

2 通过运行优化实现炼油厂节能降耗

2.1 基于流程模拟的分馏塔运行优化

在现有生产方案基础上的优化和变工况时的运行优化调整方法是一致的，目的是在保证产品收率和质量的前提下，尽量将分馏塔的过剩热由塔上部转移到塔下部，以提高输出热的能级，同时降低塔顶冷却负荷。方法是采用流程模拟[2]（相关软件有ASPEN PLUS，PRO／Ⅱ，HYSIS等），结合操作经验，通过多次调优，找到最大的分馏塔高温热输出方案（该方案包括全塔回流热分配和各回流的具体操作参数，如流量和出、入塔温度等），同时在线启动和调整相应换热器的旁路等，以保证方案落实。由于回流参与原料换热，多取高温回流热对提高原料的换后温度，减少系统加热炉负荷，效果是明显的。以常压塔和减压塔为例，在不改变原油换热网络结构的条件下，实施回流取热优化，一般可平均提高初底原油换热终温3～5℃，中型原油蒸馏装置可年节省常压炉燃料费用(120～200)×104元。另外，在实施分馏塔回流取热优化的同时，实施回流板的水力学验算、换热网络的模拟和回流泵的流量／扬程分析是必要的，可以因此检验其是否适应回流优化调整后的操作。

2.2 优化局部换热流程

炼油装置在建设和历次改造过程中，往往为换热流程留下了许多旁路、备用设备和调节手段，充分利用这些便利，适时应对生产方案变化，及时做出调整往往可以收到立竿见影的节能效果。如加工轻质原油时，低温位的热多，电脱盐温度超标，此时可调整跨一、二段换热热流的旁路阀开度，把热量适度向二段转移，以降低脱盐温度。某催化裂化混合原料70℃进装置，直接与310℃的循环油浆换热，同时140℃的顶循回流却被冷却，如果让进料先与顶循回流换热，再跟油浆换热，不但可多产蒸汽4.5 t/h，还可节省冷却负荷30%，年综合效益240×104元。现场有闲置换热器，蒸汽发生器也有裕量，切换条件具备，方便实施。另外，利用装置偶然的停工机会，少投资，在短时间内，调整换热流程也是必要的。某厂常减压蒸馏装置，投资45×104元，两周内完成了原油换热流程调整，提高初底油换热终温10℃，年节能效益达200×104元。

2.3 能量和物料的同时优化

下面是炼油厂常见的几种物料效益损失类型，其中不乏能量损失[3]：

（1）物料高值低用。如初、常顶气体和焦化富气不经轻烃回收，直接作加热炉燃料。

（2）物料直排，如减顶气体放空。一套5 Mt/a的常减压蒸馏装置，一年的直排量约4 000 t。

（3）过度追求高品质而造成物料/能量损失。如用除盐水而不是新鲜水作液化石油气脱硫醇水洗水；用新鲜水而不用合格的污水汽提水作原油电脱盐注水。

（4）由于管理不善或设备问题造成的物料和能量损失，如疏水器失效造成蒸汽直排。

（5）物料重复加工。如富含柴油馏分的减一线油作催化裂化原料，把原本可以由蒸馏工艺完成的任务转移给了加工能耗高几倍的催化裂化工艺，导致能耗和物耗同时增加。

炼化一体化、环保日益强化以及成品油质量标准的不断提高，给炼油厂资源优化带来了机遇，也提出了更高的要求。着力于长远，要高度重视物料和能量的协同优化。

2.4 实施装置间直接热供料，优化物流供应温度

装置间互供料在炼油工艺中广泛存在。如蒸馏装置的蜡油、重油送到催化裂化装置；焦化和催化裂化装置的汽、柴油送到加氢精制装置等。目前，不少厂的流程依然是上游装置的产品先在本装置换热和冷却，然后进中间罐，经泵输送到下游装置重新换热或加热。这种重复加热、冷却造成大量能量损失。以3 Mt/a催化裂化装置为例，如果原料以120℃供应，而不以冷后90℃供应，可直接节省热负荷约15 MW，足见热供料的必要性。另外，装置间直接热供料的运行也存在优化的问题，优化变量通常是物料供应温度，它是参与装置热量盈余和用能效率的综合反应，要在满足参与装置各种工艺和设备约束的条件下，以整体用能（或能耗费用）最少为目标，通过技术经济分析，求得优化的供应温度，并严格按此温度操作。

2.5 蒸汽动力系统的优化运行

蒸汽动力系统的能耗约占炼油能耗的三成，可知其优化运行的重要性。其内容主要包括变工况条件下蒸汽、动力的品质和数量保证；全厂蒸汽和燃料气平衡及此基础上的最佳功热联产；锅炉、汽轮机的开停，负荷率分配及备用策略优化；蒸汽管线的启、停；疏水器的合理设置；凝结水回收系统的建立和优化；减温减压器的合理启用和监控；夏季燃料气平衡及利用等。目前最突出的矛盾是中压蒸汽减温减压和夏季大量低压蒸汽放空，这是燃料气平衡、季节变化、生产方案变化和现有设备状况等矛盾的综合反应；同时缺乏对蒸汽动力系统的定量了解，科学调度手段不足，许多矛盾只能凭经验处理。因此要将蒸汽动力系统优化运行纳入全厂计划排产，在提供炼油工艺解决方案的同时，为蒸汽动力系统的变工况运行提供指导；要推广蒸汽管线系统模拟软件的应用，从离线诊断逐步过渡到在线分析。总之，通过运行优化实现节能的机会很多，渗透到工艺、操作甚至是设备的各个细节，关键是自觉和灵活运用。如某厂针对原油性质变化，优化常压塔系统汽提蒸汽分配（即优化常压塔底吹汽比例和产品汽提塔各段吹汽的比例），节省蒸汽和提高轻质油收率，实现年效益120×104元。再如某厂优化催化裂化主分馏塔顶循环回流取热和塔顶冷却，关停冷回流，年节约几百万元。

3 通过管理优化实现炼油厂节能降耗

管理本身能够创造效益，同时对运行有巨大的推动作用，保证运行优化长效实施，又可以运行优化的实践丰富其内容。因此，在市场客观条件多变的情况下，更要重视管理在日常节能工作中的作用。

3.1 通过管理优化实现节能降耗的措施

3.1.1 优化原油储存温度

储运系统能耗约占全厂能耗的6%[4]，其中原油储存温度高是储运系统高耗能的主要原因之一。据统计，一个10 Mt/a的炼油厂，平均降低原油储存温度2.5℃，年可节省维温蒸汽2.5×104t，节省蒸馏装置循环冷却水消耗1.0 Mt，降低蒸馏加工能耗约0.2个单位。所以要在保证正常脱水深度的前提下，分季节，分品种，制定不同时段、不同品种的原油最低储存温度，并严格实施。同时优化维温热源供应，如夏天和轻质原油尽量采用乏汽（有条件的罐区还可以采用热水），不用1.0 MPa的蒸汽。另外，要优化中间产品的储存温度，以减少上游装置的冷却负荷和下游装置的加热负荷；要加强罐区疏水设施的管理，减少蒸汽直排。如某厂分别调低两种主要原油的储存温度3℃和2℃；夏季用乏汽维温；更换20台疏水器；严格原油脱水深度。全年累计节约1.0 MPa蒸汽2.3×104t。

3.1.2 管理措施

分季节制定不同的产品出装置温度，减少冷却负荷；搞好加热炉“三门一板”的维护，降低排烟热损失；加强采暖管理，控制合适的热水温度，降低供热负荷；合理提高循环水换热温差，减少水耗；细化装置照明管理，节省电耗；及时切换机泵，避免“大马拉小车”；及时清扫炉管、空冷翅片等，提高传热效率；及时查堵蒸汽和水的跑冒；搞好重质油品换热器的开停工保护，防止结垢等等[5]。

3.2 加强实现运行和管理优化的基础工作

3.2.1 建立柔性和动态的操作控制体系

现有运行问题矛盾的核心是生产条件客观多变，单凭经验已无法应对，因此要结合操作经验，采用流程模拟和优化技术，分装置、分岗位制定适应变工况条件，以优化运行为目标的新的操作规程和新的工艺控制指标，尽量使操作控制接近客观实际和具可操作性，这是实现运行优化的技术前提。

3.2.2 建立能量分析、诊断和评价体系

体系应包括主要设备和管线散热损失的简捷计算方法；耗能介质现场统计、测量和校验的简捷方法；炼油装置和炼油企业能量平衡标准；物料流程模拟智能转换为能量流程模拟的软件；结合DCS数据和全年统计数据的能量平衡校正方法与实用技术等等。通过建立这套体系，把目前条件下几年才进行一次并且花费数月和大量人力才能完成的能量平衡工作在几天内完成，真正起到瓶颈诊断、优化运行的作用。

3.2.3 炼油厂能源产品的合理定价

这是运用市场经济法则，严格内部经济核算，量化节能，提高核算单元节能积极性的基本措施。如果中压蒸汽与低压蒸汽等价（事实上，按热力学第二定律的观点，3.5 MPa的蒸汽应该比1.0 MPa蒸汽贵42.80元/t），中压蒸汽减温减压就不可避免；如果除盐水与新鲜水差价无几，高水低用就顺理成章。可见价格杠杆的作用很大。所以一定要根据实际运行成本，结合设备折旧，参考市场价格，对炼油厂内部的能源产品科学定价。价格理顺了，内部用能考核才有可能，节能才有推动力。

3.2.4 加强流程模拟软件的普及与应用

目前，各大中型炼油厂基本都有大型流程模拟软件，如果只为设计和研究所用，其效能还远远没有发挥。一定要应用于瓶颈诊断、操作调整，只有这样，运行优化才有技术保证。

3.2.5 转变观念，加强人员培训

运行和管理优化促节能的日常性决定了它的全员参与性。为了动员全体员工参与，首先要强化节能意识，要让“节能意味着效益”、“节能是大量小事的集合”、“节能需要精细操作”等观念深入人心。其次要扎实开展节能技术培训，让各岗位的操作工理解和掌握优化操作，自觉接受管理。只有把一线员工推向前台，把专家的工作变成大家的工作，以人为本，节能事业才有生命力。

总之，通过运行和管理优化实现炼油厂节能降耗是为了适应客观多变的国际油品市场形势和剧烈的国际行业竞争，是一种日渐被重视且行之有效的节能方法，十分符合国内炼油工业的实际，应尽快普及推广，使其成为降低成本、提升竞争力的有效手段。

[1]华贲.当前我国炼油工业的几个问题[M].中国石油化工科技信息指南.2003(上)：25-29.

[2]罗依霞，华贲，尹清华，等.基于能量流程模拟的过程系统操作调优[J].石油化工，1998，27(1)：38-45.

[3]石油化工设计手册(第四卷)[M].北京：化学工业出版社，2002，34-136.

[4]郑世桂.进一步降低炼油企业的能耗[J].炼油技术与工程，2003，33(8)：50-54.

[5]华贲.中国能源形势与炼油企业节能问题[J].炼油技术与工程.2005，35(4)：1-5.

胡海兰，2010年毕业于华东理工大学，工程硕士，高级工程师，现从事能量优化节能管理工作，E-mail：cnhhl@163.com，地址：甘肃省兰州市西固区清水街17号，730060。

2011-03-18)