提高柴油加氢加热炉热效率的措施研究

毛旭东 杨海瑞 朱盼 罗子明 魏建涛 尹文浩

（1.中国石油天然气股份有限公司庆阳石化分公司；2.陇东学院能源工程学院）

随着工业的飞速发展，能源的消耗迅速增加，工业生产过程中的环境问题日益凸显。国家《新环境保护法》等安全、环保法律法规的颁布实施，国家对环保要求更加严厉苛刻，尤其对大气污染治理提出了更高的要求。加热炉作为石油炼化和工业化学品生产行业的重要设备，其消耗燃料为生产过程提供重要热源，它消耗的燃料在整套装置中的能源消耗比重较大，平均占到39%，加热炉在运行时热效率的高低影响着炼化企业的经济效益。但与此同时，也不能盲目追求过高的热效率，使得一次投资过高或产生尾部换热面低温露点腐蚀与黏灰堵塞的情况，影响整个装置的长周期运行。其中，柴油加氢装置加热炉里燃料消耗量在整体的能耗消耗中的占比在29%左右[1]。因此，合理提高加热炉在运行过程中的热效率，降低加热炉燃料消耗量，建设节能、环保、高效、智能的“绿色加热炉”，对于响应习近平总书记“绿水青山就是金山银山”的口号和中国石油提质增效专项行动号召，落实节能降耗措施，都有着非常积极的作用[2-3]。

1 现状及问题

中国石油庆阳石化公司120×104t/a 柴油加氢改质装置由寰球公司辽宁公司设计，采用抚顺研究院FHI 柴油加氢改质异构降凝技术。设置1 台反应器，装填FF-36加氢精制催化剂和FC-14加氢改质催化剂，炉前混氢，采用冷高分工艺流程，设计规模为120×104t/a，实际加工量为114.75×104t/a。反应进料加热炉204-F101 采用双室水平管箱式炉，炉底共设有32 台附墙式扁平焰气体燃烧器，有辐射室、对流室和烟囱，辐射室和对流室内均装有炉管，工艺介质经对流室进入辐射室加热至工艺所需温度，以满足生产工艺的需要[4]。

为达到加氢柴油国Ⅵ标准和适应市场需求，2018 年大检修期间，对柴油加氢装置进行升级改造，使得加热炉负荷增大，能耗较高。统计计算2018年大检修后4个月的加热炉热效率，仅为91%左右。加热炉热效率是衡量管式加热炉先进性的一个重要指标，同时加热炉的燃料消耗在装置能耗中占相当大的比例，严重制约着柴油加氢装置节能降耗和经济效益的提高；因此，提高加热炉的热效率，减少燃料消耗是亟待解决的问题[5]。

2 原因分析

对于加热炉的操作管理，运行部在此之前就已经制定了培训计划，安排技术员对操作人员进行培训并考试，提高其操作技能，改善操作人员对加热炉系统的认知程度，提升其运行保障技术，确保每位员工能够熟练掌握加热炉的操作要点[6]。对于燃料气性质，每周一、周四质量检测中心对装置燃料气进行采样分析，燃料气组成和杂质含量均达标。排除以上原因，对于加热炉热效率的影响参数分为反平衡参数和正平衡参数。其中，反平衡参数包括过剩空气系数、排烟温度、一氧化碳等；正平衡参数主要包括进口温度、出口温度、燃料温度、燃料压力、工质流量、燃料消耗等。现对重要的参数予以分析[7]，主要有以下几方面原因：

1）空气预热器副线调阀故障。统计2018 年大检修后6 个月空气预热器进出口温差月平均值统计，见图1。结果显示，温差均低于设计值（185 ℃），空气预热效果差，热效率下降。同时检查发现，空气预热器副线调阀定位器故障且作用方式反，无法投自动控制。

图1 空气预热器进出口温差统计

2）排烟温度高。排烟损失在加热炉的热损失中占很大的比例，一般情况下，排烟温度每升高17～20 ℃，加热炉的热效率就下降1%左右[8-9]；因此，排烟温度是否合理是提高加热炉热效率的关键之一。对加热炉排烟温度近半年进行统计并与热效率最好月份对比，排烟温度偏高是导致加热炉热效率低的另一重要原因。

3）加热炉负荷较大。2018 年大检修后装置负荷增大，随着加热炉负荷率的增加，不但燃料消耗量增加，而且可使排烟温度升高[10]。对比检修前后相同工况下加热炉燃料气用量可以发现，检修后燃料气消耗量大幅增加，且白天与夜间空气预热器进口温度变化较大，导致燃料气用量波动较大，加热炉热效率降低。

3 方案编制及实施

为了提高加热炉的热效率，减少燃气损耗，根据以上原因分析，制定了相应的解决方案，具体措施如下:

1)提高加热炉进口温度。联系上游装置，优化冷热进料比例，及时调整空冷，提高热进料流量及温度；在确保C202进料温度的前提下，稍开E102壳程副线，减少反应产物与脱硫化氢汽提塔底油的换热量，提高柴油加氢进加热炉原料温度，降低加热炉进出口温差，加热炉进料流程见图2。

图2 加热炉进料流程

2）检修空气预热器副线调阀，调整PID 参数。编制可行方案，联系仪表专业人员对空气预热器副线调阀进行检修，检修完成后调整PID 参数，投自动运行。

3）调节火嘴燃烧效果，优化操作，降低排烟温度。运行部组织加热炉操作能手专门对操作人员进行了现场加热炉调整，热效率理论计算方面等培训，制定加热运行特护方案和相关考核制度，使班组操作员随时掌握加热炉的燃烧情况，及时进行调整。

4 效果分析

1）通过提高原料中热进料温度和减少反应产物与脱硫化氢汽提塔底油的换热量，使加热炉进料温度提高5 ℃，加热炉进出口温差减小，燃料气消耗下降，加热炉关键参数统计见表1。

2）对空气预热器副线调阀检修后，调阀正常，调整PID参数，调阀投自动控制，空气预热器进出口温差均高于设计值185 ℃，排烟温度平稳，空气预热器进出口温差见表2。

3）通过对操作人员加强操作方法培训，经过一段时间的摸索操作实践，使得加热炉燃烧状况有了较大的改善，排烟温度也明显下降，控制在120～140 ℃，加热炉炉膛温度均低于650 ℃，加热炉排烟温度比对见表3。

表1 加热炉关键参数统计

表2 空气预热器进出口温差

表3 加热炉排烟温度比对

通过以上措施的实施，柴油加氢加热炉热效率由91.0%提高到92.3%以上，降低柴油加氢装置燃料气的消耗，加热炉燃料气、热效率比对见表4。加热炉每小时燃料气消耗量由874 m3/h 降至570 m3/h，节约燃料气304 m3/h，换算后节约0.325 t/h。若燃料气以每吨1 000元计算，则每小时可节约325 元，月节约23.4 万元。自措施实施后，从2020 年2—5 月共节约93.6 万元，节省了能源和生产运行成本，具有一定的经济效益；降低了炉膛温度，消除了炉膛超温的安全隐患，在一定程度上降低了燃料气燃烧产生的硫化物和氮氧化物等对环境的污染，具有一定的社会效益。

表4 加热炉燃料气、热效率比对

5 结论

1）强化工艺管理，严格控制原料进料温度和加热炉进料温度，降低加热炉进出口温差，控制氧含量在2%～4%，负压在-50～-20 Pa，排烟温度为120～130 ℃，减少加热炉热量损失。

2） 加强加热炉余热回收利用系统的优化操作，最大限度地利用烟气余热为进入炉膛空气加热，减少排烟热损失，降低加热炉的排烟温度，从而增强燃烧效果，减少燃料的浪费，提高加热炉系统效率。

3）加强现场巡检，观察火嘴燃烧情况，确保火焰短火苗、齐火焰，火焰燃烧有力。重点监控加热炉炉膛温度，发现异常变化及时检查调整炉膛燃烧情况。

4）继续加强员工操作技能培训，固化操作方法，强化运行管理，规范操作步骤，确保加热炉运行平稳。