四川石化公司燃料气管网现状研究

肖扬（中国石油四川石化有限责任公司，四川 成都611930）

四川石化燃料气系统由北京SEI、北京寰球、四川万达设计院联合设计。炼油区火炬气排放系统由高压火炬气、低压火炬气两套系统组成。化工区火炬气排放系统由乙烯火炬及乙烯下游装置火炬两套火炬气排放系统组成。目前炼油区和化工区都不同程度存在各类问题，通过本文技术优化措施成功解决问题。

1 四川石化公司炼油区燃料气系统存在的主要问题如下：

1.1 回收火炬气螺杆压缩机采用循环旁路方式调节流量，电耗高

螺杆压缩机在回收火炬气量小于压缩机能力时，采用循环旁路的方式，压缩机出口火炬气循环回入口减少实际回收火炬气量。循环火炬气做无用功，电耗较高。

1.2 火炬头长明灯未设置自动打火功能，存在安全风险

炼油火炬头长明灯原设计为四个长明灯，为降低能耗，现在只点燃了对角设置的两个长明灯。但长明灯未设置与火炬气排放（包括流量、压力、温度等）相关联的自动打火功能，熄灭长明灯降低了安全系数，增大了安全风险。

2 四川石化公司化工区燃料气系统存在的主要问题如下

2.1 回收火炬气液环压缩机出口分液罐结构不合理，降低了回收量

化工区不仅有乙烯装置，还有汽油加氢、丁二烯、MTBE、1-丁烯、顺丁橡胶、乙二醇、丁辛醇等装置，排放的火炬气中含有液化气、碳五等重组分。目前回收火炬气液环压缩机流程示意图见图22。压缩机出口分液罐为汽液两相分液罐，工作液（水）的液面上漂浮着凝缩油，油相不断积累，使得工作液水中挟带的凝缩油越来越多。凝缩油循环至液环压缩机入口，降低了压缩机回收气体量，随着凝缩油大量抽入循环工作液中，最终会造成压缩机无法运转。由于出口罐没有考虑油层问题，未设置排油口，此时只能停机，排尽工作液进行工作液完全更换；同时，由于没有备用压缩机，当压缩机停机时，火炬气只能排火炬燃烧，造成能源浪费。另外，出口分液罐的现场液面计为磁浮子液面计，仅适用于观测气液两相液面，无法观测气油水三相液界面，即无法准确观测油层。同时，分液罐内竖向设置的格栅网，气相部分有破沫、减少液滴挟带的作用，液相部分没什么作用，还会粘附固体，造成两侧液位高度不同影响操作。

2.2 液环压缩机回收量不足，火炬持续燃烧

化工区两条火炬线各有1个火炬头，各设置1台2000Nm3/h液环压缩机单独回收各自系统的火炬气，未设置气柜，压缩机无备机。虽然两条火炬线有连通线，但因管理问题要求关闭。化工区生产负荷高，火炬气量较大，罐区的压力容器检测连续进行，间歇排放可燃气，实际排放的火炬气量波动较大。目前乙烯火炬头持续燃烧，乙烯火炬线回收能力不足。根据现场火炬头的燃烧情况来看，排放燃烧的火炬气量约有500Nm3/h 以上，造成了能源的浪费。根据乙烯火炬气的平均组成（见表1计算，燃烧气热值为5099kcal/Nm3，按排放量500Nm3/h测算，损失的能耗为2550kgoe/h，以天然气热值8500kcal/Nm3为基准计算，这部分损失的热量折合天然气气量为300Nm3/h。

表1 化工区乙烯火炬气组成平均值

3 四川石化公司燃料气系统优化研究

重点围绕炼油区回收火炬气工艺流程优化、螺杆压缩机增上永磁调速、火炬长明灯增上自动打火设施、气柜出入口管线设置优化、燃料气管网结构优化、燃料气中氢气回收、以及化工区回收火炬气液环压缩机结构优化、提高火炬气回收能力进而熄灭火炬等方面开展节能优化工作。

3.1 炼油区燃料气系统优化

①回收火炬气液环压缩机出口分液罐改造螺杆压缩机增上永磁调速

针对前文提到回收火炬气螺杆压缩机电耗高的问题，考虑压缩机使用高压电，若增上高压变频调整器投资较大，因此建议新上一台永磁调速设备，降低压缩机转速，依据实际需要降低火炬气回收量，从而降低电耗。为保持螺杆压缩机的机械运行效率，转速不能低于额定转速的60%。螺杆压缩机电机功率280kW，轴功率240kW。可节电30%～40%，每小时可节电72kW·h，按全年运行8400h、电价格0.2元/kw·h测算，则年节能量200tce/a、经济效益12×104元/a。

②火炬长明灯增上自动打火设施

针对前文提到熄灭的火炬长明灯存在安全隐患，建议将熄灭的两个长明灯增上与火炬气排放相关联的自动打火设施，并制定定期检查、验证制度（每周检查一次），保证在火炬气大量排放时，自动打火点燃长明灯从而燃烧掉排放的火炬气，降低能耗的同时，保证安全生产。庆阳石化已做到了设置自动打火措施，长明灯目前全部熄灭。

3.2 化工区燃料气系统优化

针对前文提到液环压缩机出口分液罐等存在的问题，建议：在液环压缩机出口分液罐内设置隔板，改成三相分液罐，以便将水相和油相很好地分离，同时拆除分液罐内竖向设置的液相部分格栅网并更换液位计，相关流程见图44。可以看到，液位计11的上限口与隔板的高度一致，下限口在水油界面之下，可用于检测油气水室5内的水油界面高度。相关研究成果已在庆阳石化成功应用。

②提高火炬气回收能力，熄灭火炬

针对前文提到乙烯火炬头持续燃烧等问题，建议：

1）由于化工下游火炬线回收能力略有过剩，因此建议打开化工区两条火炬线联通线，两条火炬线联合回收，增强压缩机的备用性能和利用率，需要时再关闭联通线。

2）罐区设置检修排放可燃气专用线至炼油区火炬，充分发挥炼油区2×104m3气柜的缓冲作用和炼油区螺杆压缩机（炼油区1800Nm3/h 压缩机两台，3600Nm3/h 压缩机一台，合计共7200Nm3/h）的回收能力。

3）化工区新上两台1800Nm3/h 螺杆压缩机，一台压缩机设置变频器调节回收气体量，与现有的两台2000Nm3/h 液环压缩机配合使用，以适应各种负荷工况。液环压缩机无法使用变频器，只能依靠循环调节流量。回收相同的气体量，液环压缩机耗电量大于螺杆压缩机。液环压缩机对氢气含量比螺杆压缩机敏感。因此，建议平时运行螺杆压缩机，液环压缩机备用。

4 结语

通过文章各种优化技术，四川石化公司节能降耗效果显著，炼油区：a）补充天然气能耗增加2835KgEO/tH2；b）PSA装置运行能耗为36230.87MJ/tH2，折算865KgEO/tH2；c）减少制氢装置能耗为1100KgEO/tH2；d）制氢装置少产氢气1.461t/h，约减少天然气（原料）使用量3.9t/h，节约的天然气折合能耗3176KgEO/tH2，减少的天然气可补充到燃料气管网，综上，炼油区累计节能量576KgEO/tH2，按原油处理量1190t/h 测算，累计降低炼油综合能耗0.7KgEO/t。另外，燃料气中氢气量减少，有利于稳定加热炉操作，提高加热炉效率，降低燃料消耗。化工区：通过乙烯火炬气回收后，回收的热量相当于节约天然气量300Nm3/h，按天然气价格1.77元/m3，全年运行8400h测算，年节能量3060tce/a、回收火炬气节约天然气年效益445×104元/a。