延迟焦化装置能耗控制浅析

王 军

（中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086）

石油是不可再生资源，而轻质油的需求量远大于重质油，随着石油的不断开采和使用，原油特性的变化趋势必然是变重、变劣，而我国的原油本身就偏重。因此为了满足工业及民用方面对轻质油的需求，重质油轻质化技术变得越来越重要。从工艺原理上来讲，重油轻质化可以有两个方向，即加氢和脱碳。重油加氢反应对催化剂的依赖非常大，劣质重油中含量较高的重金属及残炭会使催化剂中毒失活［1］；加氢工艺通常需要较高的操作压力，且氢气爆炸极限宽（4.1%～74.2%），非常危险。脱碳工艺主要有溶剂脱沥青、延迟焦化等工艺，其中延迟焦化工艺已经成为当今最常用的渣油加工工艺，工艺成熟，装置投资费用低，能够加工廉价的高硫、高氮、高残炭、高沥青质和高金属含量的渣油，也可处理高酸原油、炼厂污油等。世界重油加工能力已超过864 Mt／a，约占原油一次加工能力的21%，其中焦化是当前世界上最主要的重油加工工艺，约占重油加工总能力的30%。然而较高的能耗一直是焦化装置的一个通病，高能耗使得装置运行成本增加，经济效益降低，因此充分利用焦化优势，削弱其劣势，对降低装置能耗有着重要的现实意义。

某延迟焦化装置由加热炉-焦炭塔系统、分流系统、吸收稳定系统、放空系统及公用工程几部分组成，设计规模为4.2 Mt／a，设计弹性为设计原料进料量的60%～110%。主要产品有干气（170.5 kt／a）、液化 气（184.1 kt／a）、汽 油（914.31 kt／a）、柴 油（971.61 kt／a）、蜡 油（733.81 kt／a）、重 蜡 油（125.71 kt／a）、焦炭（1.11 Mt／a）。装置采用“两炉四塔”的大型化工艺路线，加热炉为具有多点注水和在线清焦功能的双面辐射阶梯炉，正常情况下连续运行周期不少于660 d，热效率不低于90%。焦化富气采用双塔压缩和双塔吸收工艺，装置使用的气压机是凝气透平驱动离心式压缩机。焦炭的贮存和装卸采用常规技术，即焦池贮存、抓斗装卸，利用火车或管状带式输送机运输焦炭［2］。该装置投产后实际综合能耗为36 kg／t（以标煤计，下同），较设计能耗值降低约3个单位，但是中国石化延迟焦化装置平均能耗为22.88 kg／t，远低于该焦化装置，可见该焦化装置的能耗还有进一步降低的空间。

1 装置高能耗分布情况

该延迟焦化装置自开工投产以来，生产运行平稳，各项指标符合设计要求，无非计划停工情况。与国内其他焦化装置相比，主要问题是能耗较高。该延迟焦化装置设计能耗为39.01 kg／t，装置投产后实际综合能耗约为36 kg／t，虽然比设计能耗低，但与国内先进延迟焦化装置相比，存在较大的差距。

在焦化装置生产过程中，影响能耗的参数主要有水（新鲜水、循环水、除盐水、除氧水、凝结水等）、蒸汽（低压、中压等）、电、燃料气等的消耗或产生，装置首次开工后3年内相关能耗参数如表1所示。

表1 首次开工后前3年装置能耗构成

从表1数据可以看出：新鲜水、循环水、除盐水、除氧水等在装置能耗占比中较小，对装置能耗影响较大的主要是燃料气、蒸汽和电，所占比例分别是58%、28%、11%。从生产过程来看，装置能耗偏高的原因如下。

（1）导致燃料气消耗高的原因：加热炉排烟温度偏高；加热炉燃烧不充分，火嘴结焦燃烧不好，烟气氧含量高和炉膛负压不在合理范围内；看火孔、点火孔存在漏风情况；加热炉衬里脱落；炉管结焦等，均可能导致加热炉效率偏低，使燃料气消耗偏高。此外，装置循环比过高，大量燃料气被用来加工循环油，也会导致燃料气消耗增加。

（2）导致蒸汽消耗高的原因：透平做无用功；蒸汽伴热系统不完好；大吹汽吹汽量过大；注气量过大等。

（3）导致电消耗高的原因：部分机泵效率低和低温热利用率低等。例如，焦化分馏塔塔顶油气温度在140℃左右，塔顶油气经空冷后至塔顶分液罐，其低温热未利用，且空冷耗电量大。从分离塔中抽出的汽油、柴油、蜡油进空冷前的温度分别为150℃、200℃、150℃，大量低温热未被利用，且增加了空冷耗电量。

2 节能措施

2.1 降低燃料气消耗量

（1）日常生产中要加强巡检，优化操作。风门、烟道挡板开度合适；加热炉看火门、看火窗、防爆门无空气泄漏进去；加热炉应采用高质量衬里，起到良好隔热耐温作用，防止炉墙坍塌造成热量损失甚至发生事故；经常清理火嘴，防止焦粉阻塞、结焦，导致燃烧效率低等。

（2）降低过剩空气量。在保证充分燃烧的情况下，降低炉子过剩空气量可减少烟气带走加热炉的热量，有效提高焦化加热炉效率。

（3）投用余热回收系统。通过设置空气预热器和强制通风排烟的方式，以高温烟气（从加热炉对流室出来的烟气温度约为250℃）来加热入炉空气，使其以230℃左右的温度进入炉膛，同时降低了排烟温度。与自然通风相比，余热回收系统充分利用了烟气热量，提高了加热炉效率。生产过程中要注意观测整个余热回收系统的运行情况，以保证加热炉效率。

（4）在保证排烟温度不低于烟气露点腐蚀的前提下，进一步回收烟气热量，降低排烟温度。在投用余热回收系统后，排烟温度仍然超过200℃，且烟气量较大，可利用这部分热量来加热原料，提高原料进入辐射室的温度，从而降低瓦斯消耗量。同时这部分热量还可以用来加热其他介质，具体实现方式为：①在加热炉对流室预留管排的位置上，增加2排对流排管；②在原有管排上部空间内增加1排注水过热排管，利用烟气热量提高入炉注水温度，从而提高加热炉效率；③增加1排0.45 MPa蒸汽过热排管，利用烟气余热产生过热低低压蒸汽，降低了全场能耗。

通过改造，排烟温度从200℃降至140℃，烟气余热得到充分利用，经核算，年节能效益超过1 300万元（相对于原设计）。加热炉节能改造前后目标参数对比情况见表2所示。

表2 加热炉节能改造前后目标参数对比

2.2 降低蒸汽消耗量

该焦化装置投产后，装置产生的富气量小于设计值，导致压缩机的入口气量偏少。压缩机在运行过程中，为了保证不发生喘振，一、二段防喘振阀都处于打开的状态，且一段防喘振阀的开度达到40%左右，相当于有一部分气体一直在压缩机系统内循环，导致汽轮机中压蒸汽耗量增加。为了降低能耗，对压缩机进行节能改造。经与设计单位及压缩机厂家探讨和确认，并经过现场“防喘振阀关闭试验”（即确认在关闭防喘振阀时，压缩机出口压力仍然能够满足要求），最终通过整体更换压缩机转子和隔板方式，使压缩机的工况与生产实际相符，以达到降低能耗的目的。

此项改造投用后，中压蒸汽消耗量为26 t／h，比之前的34 t／h降低了8 t／h（见表3），每年节约费用约1 000万元。

表3 压缩机改造前后目标参数对比

2.3 优化换热流程，提高低温热利用率

（1）优化柴油产品流程

按原设计装置正常运行时，柴油产品进空冷器前温度达到188℃，且流量一般大于150 t／h，如此大的热量直接用空冷消耗，不仅浪费了柴油的低温热，也增加了空冷耗电量，因此有必要在柴油产品的流程上做优化。原设计柴油产品流程如图1所示。

图1 原设计柴油产品流程

经核算和确认，决定在柴油产品进空冷前，增加蒸汽发生器、柴油-除氧水换热器、柴油-燃料气换热器。具体流程为：柴油产品经泵加压后，先进入蒸汽发生器（112-E-120），利用余热产生低低压蒸汽，之后的柴油产品依次进入柴油-除氧水换热器（112-E-121）、柴油-燃料气换热器（112-E-122）、柴油-注水换热器（112-E-119），余热分别加热需要发汽的除氧水和即将进入加热炉的燃料气和注水（见图2）。新流程充分利用了柴油产品的余热产生蒸汽，同时加热燃料气也提高了加热炉效率。由于加热炉炉管用到的注水需要在加热炉对流段换热，故将柴油-注水换热器放在最后，先小幅度加热注水，既利用了柴油热量，又不至于造成注水温度过高发生气阻。此项改造投用后，装置综合能耗明显降低，仅柴油产品产生的低压蒸汽一项，每年便可产生效益800多万元。

图2 改进后的柴油产品流程

与柴油相似，汽油、蜡油等均可进行类似改造，用其低温热源加热本装置或邻近的装置需要加热且温度相符的介质，达到节能降耗的目的。

2.4 降低电量消耗

电的消耗量占整个装置能耗的11%左右，仅次于瓦斯和蒸汽，通过降低耗电量来降低装置能耗效果也是立竿见影的。

（1）通过流程优化（如上述柴油流程优化等）和采用变频电机，使得空冷的使用符合实际需要，从而减少耗电量，节约电能。

（2）通过流程优化和机泵叶轮改造，使得机泵与生产实际相符，避免不必要的浪费。

按照原设计，稳定汽油需要经过轴功率为200 kW的稳定汽油产品泵才能送出装置。稳定系统压力一般大于0.9 MPa，经核算，此压力可以将汽油直接送出装置而不需经过泵，因此可以通过在稳定汽油产品泵出入口间加一跨线，达到停用该泵、节约电能的目的。

焦化加热炉进料泵是焦化装置非常重要的一个多级泵，其轴功率为732 kW，耗电量很大，再生产中发现其出口压力约4.9 MPa。经核算，为满足现场系统实际要求，该泵出口压力为4.7 MPa左右即可，因此可以通过切割叶轮、降低泵的级数方式来实现节能。

上述两项改造投用后，装置设备运行平稳，电耗降低。机泵改造前后装置电耗对比情况见表4。

表4 机泵改造前后装置电耗对比

除此以外，通过关注加热炉炉管出入口压差及炉管温度的变化，定期进行炉管在线清焦，保证加热炉热效率；大吹汽增设智能喷雾系统，以雾化除氧水代替部分低压蒸汽，降低低压蒸汽消耗；通过优化设备管线吹扫方案，降低蒸汽消耗，加强高温管线设备保温修复；优化装置运行，防止装置波动造成额外的能量消耗。

实施上述措施后，装置能耗处理量对比情况见表5。

表5 装置能耗处理量数据对比

3 结语

通过对该延迟焦化装置能耗现状分析可知，装置主要能耗是瓦斯、蒸汽以及电的消耗，并提出降低装置能耗的建议：通过对加热炉对流段及余热回收系统的强化改造来提高加热炉效率，降低装置瓦斯消耗量；通过优化换热流程来提高低温热利用率并产生蒸汽，通过压缩机系统的改造达到节约中压蒸汽的目的；通过使用系统自压、变频电机及机泵叶轮改造等方式实现电能的节约。实施上述措施后，经核算，延迟焦化装置综合能耗由之前的36 kg／t降至29 kg／t，节能效果显著。