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结合系统优化的含硫污水汽提塔节能改造

2021-04-23李春梅张高博任正时

炼油与化工 2021年2期
关键词:单耗南区填料

李春梅,张高博,任正时

(1.上海利柏特工程技术有限公司珠海分公司,广东珠海519000;2.上海慧得节能技术有限公司,上海200000;3.广东省珠海市质量计量监督检测所,广东珠海519000)

面临原油劣质化和油品质量升级以及外排污水中NH3-N含量苛刻要求等客观形势,需对含硫污水汽提塔的处理能力提出更高要求,而运行负荷的提高又使分离效率下降,蒸汽单耗增加。

某1 000×104t/a规模的炼化厂有3套污水汽提装置,东区污水汽提塔采用加压侧线抽氨工艺,曾因负荷不足而进行过1次塔盘改造,继续改造潜力不大。南区有2套污水汽提装置,分别采用加氢侧线抽氨工艺和常压无侧线工艺。目前存在的问题是东区污水汽提装置的能耗比其它2套高25%。

通常的改造方法是更换污水汽提塔,文中结合系统优化技术提出了针对东区含硫污水汽提装置进行扩能改造的组合方案,投资较小。

1 基础数据

东区设有的污水汽提塔(T502/2),污水来自1#催化、焦化和柴油加氢精制装置。污水流量58 t/h,其中1#催化装置为30 t/h、焦化装置为14 t/h和柴油加氢装置为14 t/h。耗汽量18 t/h,污水平均耗蒸汽310 kg/t。T502/2的物料平衡参数、设备及其操作参数见表1、2。

表1 T502/2物料平衡和操作参数

表2 T502/2的设备和操作参数

2 问题分析

污水汽提塔的蒸汽单耗一般为120 kg/t[1~4],T502/2目前为310 kg/t,明显偏大,说明该塔的分离效率偏低,初步分析可能是塔盘的能力受限或者塔板数不足。

东区污水汽提塔建造较早,原设计塔板数较少,为36层,后更换为CTST塔盘,处理能力得到提高,但与原有的浮阀塔板相比,分离效率变低,导致蒸汽单耗较同类装置偏高。下面就设备核算、操作状况和塔内结垢3个方面展开分析。

2.1 设备核算结果分析

T502/2的塔盘效率模拟分析核算结果和模拟计算值与实际值对比见表3。

表3 T502/2模拟计算值与实际值对比

从表3可以看出,目前的塔板效率仅为0.29,而塔板效率通常为0.35,说明塔板效率偏低。该塔塔底净化水中NH3含量为160 mg/L,也显著高于计算值46 mg/L。

2.2 操作状况分析

东区污水汽提的蒸汽单耗为310 kg/t,南区同类加氢污水汽提装置的平均单耗为250 kg/t。同时观察侧线抽出量,侧线抽出比15%,同类装置一般为10%。按照58 t/h的原料水量计算,多用蒸汽2.9 t/h,折合单耗升高50 kg/t。

2.3 塔内结垢情况分析

按目前的操作条件对塔板进行水力学核算,蒸汽用量18 t/h时,空塔气速达到0.82 m/s,而同类塔为0.5 m/s。另一方面,该塔原料水中含有焦化装置的含硫污水,其中含有焦粉,易造成塔板堵塞,也会导致塔板效率下降。

综上,塔底蒸汽用量偏大的原因有3个方面。(1)现有塔板不适应含有焦粉的原料水;原料水中焦粉导致塔板的底隙堵塞;(2)本身气速偏高,负荷偏大,导致雾沫夹带,加剧了塔板堵塞的倾向;(3)塔板数少,分离能力不足,为保证产品质量,不得不提高蒸汽用量,导致塔内气速偏高,加剧了雾沫夹带和塔板堵塞。

3 优化思路和方案

提高塔的处理能力和理论板数,最简便的办法是将现有的板式塔改造为填料塔。填料塔的优点是单位体积的处理能力高,单位高度的理论塔板数较板式塔多,但填料塔抗堵塞的能力较弱,因此不适合处理含有大量焦粉的含硫污水。因此仍然选择板式塔。

考虑到目前该厂有3套污水汽提装置,采纳系统优化技术中的大系统思维,将3套污水汽提装置整体考虑,发现南区加氢污水汽提装置的负荷偏低,可将加氢装置的含硫污水分流到南区加氢污水汽提中。因此提出3个方案。(1)更换新塔。将现有的污水汽提全塔更换为直径更大,塔板数更多的塔;(2)负荷转移。现有塔不改造,所增加的负荷全部转移到南区加氢污水汽提塔;(3)转移+小改。南区加氢装置不改造,对现有的污水汽提塔进行小改。

方案1:换塔。增大塔径、增加板数和采用高效塔板。按照70 t/h处理量,蒸汽单耗250 kg/t进行设计。在现有停用的T502/1位置新建该塔,建好后停用现在运行的T502/2。方案1的设备核算表及塔盘水力学计算结果见表4~6。

表4 方案1-新建T502/1的核算值

表5 方案1-新建T502/1水力学计算汇总

表6 方案1-新建T502/1的各参数值

改造内容:新增加汽提塔塔T502/1,填料段塔径1 200 mm,塔内件采用2段38#CMR散堆填料,每段高3 m。

投资内容及金额:塔体(Q245R 0Cr13)1个,塔内件(2段填料+46层ATV+10层固舌),平台梯子管道等。金额共计360×104元。该方案可节省1.0 MPa蒸汽3.5 t/h。项目收益441×104元/a,静态回收期0.9 a。优点是改造内容比较集中,便于施工组织。缺点是施工周期较长,投资大。

方案2:负荷转移。将东区的污水量部分转移到南区污水汽提塔,降低T502/2的处理量。将加氢污水转移进入南区污水汽提塔。但需对南区加氢污水装置T201进行扩能改造。T201设备核算和塔盘水力学计算结果见表7、8。

表7 方案2-T201开孔率和降液板面积(优化后)

表8 方案2-酸性水汽提塔T201设计数据水力学计算值

T201扩能改造内容:塔盘(更换18~49层塔盘,其余利旧),填料(第2填料段填料由原38#更换为50#散堆填料)。投资金额50×104元。该方案可节省1.0 MPa蒸汽0.84 t/h。收益105.8×104元/a,静态回收期0.5 a。优点是改造工作量小,缺点是节汽量小,效益较差。

方案3:转移和小改。对东区污水汽提塔进行小改。在下段增加1段塔段,更换全塔塔板。基础无需改造,检修期间即可完成。T502/2塔盘水力学计算结果见表9、10。

表9 方案3-T502/2水力学计算汇总

表10 方案3-改造T502/2的各参数值

T502/2扩能改造内容:在下段增加1段塔段(塔径1 600 mm,塔高3 m),将全塔塔板更换为ATV高效浮阀塔盘。该方案可节省1.0 MPa的蒸汽3 t/h。收益390×104元/a,静态回收期0.4 a。优点是效益较好,改造工作量不大。

3种方案各有优缺点,改造内容、改造周期、投资、效益见表11。

表11 3方案对比

对比发现方案3投资较少、效益较好。

4 结论

方案3首先采用系统优化技术进行源头优化,将部分比较难处理的含硫污水转移至另外1套污水汽提装置,然后对该污水汽提塔进行改造。下段增加1个塔段以增加塔板数,同时将其它塔板更换为高效塔板后,蒸汽可节约3 t/h,投资费用也较低。与传统的改造技术相比,该方案保持原有的污水汽提塔塔径不变,塔基础不用更换,大大降低了改造费用和难度,并节约较多蒸汽,开创了以节能为驱动的改造先例。

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