夹点技术在八钢焦化粗苯蒸馏系统换热网络优化中的应用

王 瑞

（新疆维吾尔自治区乌鲁木齐头屯河区宝钢集团八钢公司，新疆乌鲁木齐 830022)

1 粗苯蒸馏系统介绍

由焦炉煤气洗苯装置送来的富油（含苯高的洗油），经油汽换热器与脱苯塔顶部产出的苯气换热后，依次进入贫富二段油换热器，贫富油一段换热器，使富油温度升至115℃左右，然后进入管式炉加热炉升温至180℃左右后进入脱苯塔，同时洗油再生器来的蒸汽进行蒸馏脱苯。脱苯后的贫油（含苯低的洗油）由贫油泵送至煤气洗苯装置，与煤气逆向接触进行洗苯。

脱苯塔塔顶产出的苯汽经油汽换热器、苯冷凝冷却器后，进入油水分离缸。分离出的粗苯流入粗苯回流缸，部分用粗苯回流泵送至塔顶作为回流使用，其余进入粗苯中间槽，再由粗苯产品泵送至油库的粗苯储槽。脱苯塔上部设有撤水器，撤水器将脱苯塔上部积存的水引出，流入到撤水器，撤水器将水分离后，水自流进入油水分离缸，油进入下层塔板。脱苯塔底排出的180℃左右热贫油依次经过贫富油一段换热器，贫富油二段换热器后，冷却至28℃左右后送回煤气洗苯装置。

经粗苯管式炉加热后的富油切出1.5%左右进入洗油再生器，同时用管式炉来的420℃左右过热蒸汽直接蒸吹再生。洗油再生器顶部出来的汽体进入脱苯塔下部，再生器底部排出的洗油残渣定期排至残渣槽，最终由残渣泵送到鼓冷机械化澄清槽。

粗苯蒸馏系统中需要冷却降温的热物料有蒸馏塔顶部的175℃左右的贫油和蒸馏塔顶部的90℃的粗苯蒸气，需要升温的物料有焦炉煤气洗苯工序送来的30℃左右的富油。

粗苯蒸馏系统需要的能源介质包括，400℃左右过热蒸汽，管式炉的加热燃料焦炉煤气以及冷却水。其中冷却水又分为氨苯循环冷却水和制冷水两种。

由于粗苯蒸馏系统存在大量冷热物料，科学合理利用这些冷热物料，优化原有换热网络将为焦化厂节能减排工作做出有力支撑。

2 夹点技术介绍

夹点技术是以热力学为基础，从宏观角度分析过程系统中能量流沿温度的分布，从中发现系统及其用能的“瓶颈”所在，并给以“解瓶颈”的一种方法。

当给出过程系统中各物料的压力、组成、质量流量、初始温度、目标温度以及选定的最小允许传热温差ΔTmin后，即可确定夹点，常用的方法有三种，作图法、问题表格算法、数学规划法。

3 数据处理与分析

本文中数据采集来自八钢焦化分厂粗苯蒸馏装置。其中根据现场实测和物性表中数据，得到表1数据。

表1 冷热物料数据

其中，H1代表塔底出来贫油，H2代表塔顶出来的苯汽，C1代表进出脱苯塔富油，用表中数据作图，得图1。

图1 冷热物料“温-焓”图

根据作图法将 “温-焓”图中的热物料曲线合并得到图2

图2 热物料组合“温-焓“图

假设最小传热温差ΔTmin为10℃，将温焓图中冷物料曲线沿h轴方向平移，得到图3。

图3确定热夹点温度为83.27℃，冷夹点温度为73.27℃，这就意味着温度高于83.27℃的热流股的热量为可回收热量，不可用冷却器冷却而要用温度高于73.27℃的冷流股冷却；温度低于73.27℃冷流股不可用加热器加热，要用温度低于83.27℃的热流股加热。由图3还看出，热公用工程最少消耗791.16MW，冷公用工程最少消耗743MW，最大可回收热负荷为2 277.84MW。

图3 确定夹点温度以及冷、热公用工程负荷

根据以上几点可以发现粗苯蒸馏系统的换热网络存在以下两点问题：

1）粗苯的贫油经油油换热后的温度在135℃左右，这意味着浪费了1 100.13MW的能量，同时还要每小时消耗循环水和冷却水大约共计8 731.2kg来给贫油降温；

2）富油进过油气换热器后的温度大概在64.2℃，这使其在进入油油换热器有跨越夹点传热的现象。

对粗苯蒸馏系统的换热网络优化的建议：

建议通过增加油油换热器，使油油换热器后贫油温度降到85℃左右；将油气换热后的富油再和油油换热器后的贫油进行换热，使其升高到73.43℃左右。

图4为改造后的换热网络。

4 结论

图4 改造后的换热网络（图中的数据的单位为℃）

根据夹点技术的作图法，得到了粗苯蒸馏系统的最小公用工程加热量、最小工程冷却量，确定了夹点的位置。基本满足了优化计算的要求。

依照夹点技术对现场进行改造，通过增加油油换热器，使油油换热器后贫油温度降到85℃左右；将油气换热后的富油再和油油换热器后的贫油进行换热，使其升高到75℃左右，改造完成后每小时节约焦炉煤气64.7m3/h，节约制冷水8m3/h。

但是计算过程还有很多不足之处，如现场所测的数据有一定的误差，有一部分数据是根据理论计算推导而来，这些都有可能给最后的计算造成了误差。

最终目标是根据理论计算能为粗苯蒸馏系统的换热网络改造以及将来焦化分厂整体换热网络优化做支撑。