常减压蒸馏装置能耗与改进设计

常减压蒸馏装置能耗与改进设计

曹清华1 ,张瑞亮2

1：山东大齐石油化工设计有限公司    2：山东梅隆工程项目管理有限公司

摘要：分析常减压蒸馏装置存在的换热终温低，加热炉效率低，燃料消耗高等主要问题，并从装置大型化、提高换热终温、分馏部分的优化提出了设计改进措施。

关键词：常减压蒸馏装置；能耗问题；改进设计

常减压蒸馏装置是原油加工的第一道工序，也是石油加工过程加工规模最大的工艺装置，其能耗占炼油综合能耗的15~20%。降低常减压装置的能耗，对降低整个炼厂综合能耗，提高经济效益作用十分明显。以加工量10.0 Mt/a的常减压蒸馏装置为例，能耗下降一个单位（即加工每吨原油的能耗降低1kg标准燃料油），则每年可节省10kt标准燃料油。因此，原油蒸馏装置的节能始终是各炼厂节能的主要对象。现代石化技术的发展对常减压蒸馏装置的节能起着重要的推动作用。

1常减压装置存在问题

炼厂在能耗方面的主要问题是：装置规模偏小、装置负荷率低、大型传动设备低负荷运转、加热炉效率低、低效率的机泵、用于在线监测能源损耗的操作控制流程及系统十分有限，这些问题在常减压装置中也同样存在。

1.1装置的规模偏小，负荷率低

国内外的常减压装置单套加工能力一般在5Mt/a以上，炼厂的加工能力在10Mt/a以上，负荷率在80%-90%，如有的单套加工能力的常减压装置达12Mt/a。装置规模小、负荷率低是制约常减压能耗进一步降低的关键因素，从图1中可以看出，加工量越高，能耗越低。

图1 常减压装置加工量与能耗的关系

1.2加热炉燃料消耗高

燃料消耗占常减压装置能耗的70%~85%，降低燃料消耗，是常减压装置节能的关键。加热炉燃料消耗高的原因是：

换热终温低。提高换热终温，可以降低常压炉的负荷，减少燃料的消耗。某公司常减压装置的换热终温平均284℃，310℃以上的仅有2套，300~310℃的有4套，最低的仅258℃，290℃以上的装置仅占40%。换热终温低的主要原因是：有些装置换热网络未使用窄点技术进行全面优化，分馏塔取热分配比例和换热流程不合理。实际加工的原油与设计原油的性质相差较大，换热网络在设计时虽然具备一定弹性，但对实际加工油种仍不适应。开工后期，高温换热器，特别是渣油换热器结垢较严重，影响传热效率。换热器本身的效率低。

分馏塔未进行优化设计与操作。初馏塔进料温度偏高，塔顶冷回流量过大，增加了冷却负荷，有些初馏塔侧线未投用，增加了常压炉的负荷。常压塔过高的过汽化率增加了常压炉的燃料消耗，过汽化油的流量没有测量手段，常压炉出口温度的控制没有随油种而变化。减压转油线的设计对减压炉的燃料消耗有很大影响，设计好的转油线温降只有10℃，而差的转油线则在25℃以上。

1.3 加热炉效率低

造成热效率偏低的主要原因如下：烟气氧含量高。加热炉氧含量平均为6.6%，50%的加热炉在5%以上，最高达到10.1%。导致氧含量偏高的原因之一是氧化锆失效无法监测氧含量，之二是供风偏大、停烧燃烧器风门不关、看火孔不关、炉体密封不严。积灰和腐蚀严重使排烟温度升高。加热炉平均排烟温度为187℃，最高排烟温度361℃，最低排烟温度133℃。除少量装置的加热炉无烟气余热回收设施外，加热炉积灰、结垢、腐蚀是造成排烟温度高的原因。加热炉积灰是常减压装置普遍存在的问题。许多常减压装置都是油气联合火嘴，随着近年来原油性质的劣化，积灰现象日趋严重，使用翅片管、钉头管的对流室更是如此。积灰后传热效果变差，排烟温度升高，炉效率下降。由于重油燃料和瓦斯中硫含量上升，露点温度也随之升高，烟气余热回收系统的腐蚀问题日趋严重，往往不需一个生产周期，余热回收系统的最后几排管就会腐蚀失效，换热面积减少，提高了排烟温度。吹灰效果差，影响了传热效率，堵塞烟气流道，使烟气流动阻力增加。

2节能改进设计

常减压装置的节能要从提高装置加工规模、改进工艺流程、提高设备效率、优化操作、采用先进控制方案等设计着手。

2.1装置大型化设计

大型化是降低装置能耗的有力措施。大型化的同时，还要提高装置负荷率。要进行原油加工量的优化，关闭加工能力低、能耗高、效益差的常减压装置。

2.2提高换热终温设计

利用窄点技术，优化换热网络。窄点技术已在常减压装置的换热网络设计中得到了较广泛的应用，利用这一技术对常减压装置的换热流程进行优化、调整，充分回收高温位热源的能量，加强低温位热源的利用，降低冷热公用工程消耗，使换热热量回收率达到85%。优化后换热终温可提高到300℃左右，少数可达到310℃。由于实际加工的原油的性质变化，设计优化的换热网络会因流量和热源温位的变化导致运行时效果不理想。因此在设计时应对多种原油进行模拟，进行多方案比选，采用窄点技术中灵敏分析的方法，找出灵敏度较大换热器台位，赋予一定的安全系数，使网络具有弹性，确定优化的换热网络。

采用高效换热器。采用强化传热技术是提高换热效果的一个很好途径。高效换热器的型式有波纹管换热器、螺纹管换热器、折流杆换热器、双弓板及三弓板换热器等，还可以在换热器中增加交叉锯齿内插物（又称扰流子）。新型高效换热器，可使换热强度提高~30%。利用强化措施后，还可增加换热网络的弹性，如某装置使用交叉锯齿内插物，在负荷率仅60%时，换热终温仍保持305℃。

注阻垢剂。渣油换热器长期运行后，紧靠管壁滞留层中不溶性悬浮物容易凝聚、沉积形成垢层，传热效率下降。换热终温在开工末期与初期相差10℃以上。在渣油换热器注入阻垢剂阻止渣油中不溶性悬浮物的凝聚、沉积，使滞留层减薄，有效抑制垢的形成，并能溶解已形成的垢和焦，降低换热热阻，提高换热终温6-10℃，渣油换后温度降低10-20℃。注阻垢剂必须在开工初期时均匀注入，否则一旦污垢形成再注入，效果就大受影响。

2.3分馏部分的优化设计

分馏流程。为了减轻常压炉的负荷，常减压装置流程有预闪蒸流程、初侧线抽出后打入常一中流程，或将初侧线抽出经汽提后生产200# 溶剂油的流程等。这样既降低常压炉的负荷，又减少常压塔下部的气液负荷，提高了装置加工量。

优化回流取热。中段回流取热与收率和产品质量有很大关系，从节能的角度应多取高温位热，但取热太多，会影响上一侧线的收率和质量。取热量一定后，还需在回流量和温差间进行优化，小流量、大温差，生产上易于控制；大流量、小温差对节能有利，大流量使膜传热系数提高，小温差提高了取热温位。控制较好的常压塔中段回流取热比应在40：30：20：10（二中：一中：顶循：塔顶）左右。塔顶回流还可以采用热回流，减少冷却量，塔顶油气与原油换热，对冷热公用工程都有利。燃料型减压塔对侧线产品分割要求不高，各中段回流取热不受分馏效果的影响，应从最有利于热回收的角度进行回流取热分配。

降低常压塔过汽化率。常压塔过汽化率最好控制在1~3%。可在常压塔进料段上设集油箱，把过汽化油引入塔外，计算出过汽化率，再根据最下侧线的产品质量和过汽化率及时调节常压炉出口温度，以实现节能。还可以把过汽化油直接引入减压塔，减轻减压炉负荷，降低燃料消耗。

减压转油线。减压转油线分为低速段和过渡段。过渡段的温降和压降约占80%，是转油线设计的关键。现在的设计把转油线与减压炉作为一个整体考虑，用炉管出口上端的位移来吸收转油线的热膨胀，可以取消过渡段倒Ｕ形管线，转油线当量长度可缩短约100m；取消减压炉出口阀门，再减少温降2~3℃。这样，转油线温降可由25℃降到15℃以内，好的设计可达到10℃以内。转油线温降减少，可以使减压炉出口温度降低，从而减少燃料消耗。

3结语

常减压装置的能耗是衡量装置设计、管理、操作水平的一个综合指标，与装置规模、加工量、油种、加工方案、产品收率、质量、设备情况有很大关系，要具体分析，不能一概而论。这就要求结合各炼厂、装置的实际，根据节能的基本原理，优化各环节，采取行之有效的方法和措施来降低能耗。此外，降低常减压装置的能耗要从全厂效益的角度出发，不仅要考虑能耗一个指标，同时也要综合考虑常减压装置的收率和质量对全厂经济效益的影响。