液相柴油加氫裝置能耗分析及節(jié)能總結(jié)

董曉猛，李桂軍

（中國石油化工股份有限公司安慶石化公司，安徽安慶 246000）

近年來，隨著節(jié)能工作不斷深入，某石化公司液相柴油加氫裝置單位綜合能耗逐年下降，由2017年裝置標(biāo)定的5.83 kgEO·t-1降至2021年的4.88 kgEO·t-1，在同類型裝置中處于領(lǐng)先水平。近幾年來該加氫裝置加強(qiáng)與專業(yè)公司合作并積極實(shí)施“能效倍增”計(jì)劃，通過梳理分析熱進(jìn)料、產(chǎn)品質(zhì)量控制、機(jī)泵的運(yùn)行效率、系統(tǒng)能源優(yōu)化組合、低溫?zé)崂玫确矫娲嬖诘牟蛔泓c(diǎn)并制定相應(yīng)的操作調(diào)整措施或技改措施加以改進(jìn)，使得該裝置能耗得到進(jìn)一步降低。

1 裝置能耗分析

1.1 裝置介紹概況

2.2×106t/a連續(xù)液相柴油加氫（IV）裝置以常減壓裝置的直餾柴油以及焦化柴油為原料，在高溫、高壓、氫氣以及催化劑作用下脫除原料中的硫、氮等雜質(zhì)，生產(chǎn)滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的柴油產(chǎn)品。裝置主要由反應(yīng)部分（包括新氫壓縮機(jī)）、分餾部分和公用工程以及輔助系統(tǒng)等組成。其中反應(yīng)部分采用熱高分、爐前混氫流程，反應(yīng)器中液相為連續(xù)相，氣相為分散相，熱高壓分離器底油部分返回反應(yīng)器循環(huán)；分餾部分采用單塔流程，產(chǎn)品分餾塔設(shè)重沸爐。

該裝置于2013年9月建成投產(chǎn)，2016年該裝置又進(jìn)行了國Ⅴ柴油質(zhì)量升級改造，反應(yīng)系統(tǒng)在原基礎(chǔ)上增加了一個(gè)反應(yīng)器，分餾系統(tǒng)增加了硫化氫汽提塔，并采用蒸汽汽提的方式。裝置改造后，2017年6月對裝置的運(yùn)行狀況進(jìn)行了滿負(fù)荷標(biāo)定，裝置標(biāo)定能耗與設(shè)計(jì)能耗數(shù)據(jù)見表1。

1.2 裝置能耗分析

1.2.1 用能工質(zhì)分析

由表1數(shù)據(jù)，對用能工質(zhì)分析如下：

表1 2.2 Mt/a液相柴油加氫裝置標(biāo)定能耗與設(shè)計(jì)能耗組成對比

循環(huán)水消耗。裝置循環(huán)水能耗高出設(shè)計(jì)能耗占比177.57%，分析主要原因?yàn)榉磻?yīng)系統(tǒng)2個(gè)熱高壓汽提分離器的放空氣體水冷器E-401循環(huán)水，在設(shè)計(jì)時(shí)是使用新氫機(jī)壓縮機(jī)K-101二級循環(huán)水，而實(shí)際為一級循環(huán)水，即E-401循環(huán)水直接來自循環(huán)水管網(wǎng)[1]，增加了循環(huán)水的消耗。

1.3 MPa蒸汽消耗。設(shè)計(jì)中裝置輸出的1.3 MPa蒸汽可以使裝置能耗下降68.16%，但實(shí)際生產(chǎn)中僅使裝置能耗下降62.32%，降幅減少5.8%，從標(biāo)定期間工藝參數(shù)分析看，硫化氫汽提塔底的汽提蒸汽量與設(shè)計(jì)參數(shù)基本一致，由于產(chǎn)品分餾塔減壓操作，塔底溫度低于設(shè)計(jì)值，因此汽包D-501的發(fā)汽量低于設(shè)計(jì)值，考慮這方面差值，實(shí)際外送蒸汽仍然比設(shè)計(jì)值低2 t/h左右，可能是現(xiàn)場伴熱蒸汽、服務(wù)蒸汽損耗所致。

（3）電量消耗。設(shè)計(jì)電耗占裝置能耗87%，比實(shí)際高19.19%，由于新氫壓縮機(jī)K-101、循環(huán)油泵P-104在計(jì)算設(shè)計(jì)能耗時(shí)采用的是額定功率；實(shí)際運(yùn)行中新氫壓縮機(jī)使用無級調(diào)量控制，平均每小時(shí)可節(jié)約電量844 kW·h，循環(huán)油泵P-104采用變頻控制，平均每小時(shí)可節(jié)約電260 kW·h。

（4）燃料氣消耗。裝置燃料氣消耗占比超83%，比設(shè)計(jì)高8.15%，從日常的操作和標(biāo)定期間的工藝參數(shù)分析看主要是設(shè)計(jì)進(jìn)料溫度低所致。

1.2.2 實(shí)際運(yùn)行分析

（1）裝置進(jìn)料溫度低

設(shè)計(jì)中進(jìn)裝置的原料油除焦化柴油外，直餾柴油完全采用熱直供料。實(shí)際運(yùn)行中為確保裝置的安全運(yùn)行，自開工以來從罐區(qū)引進(jìn)平均溫度為25 ℃（冬天在10 ℃以下）約25 t/h的冷料，進(jìn)入裝置后需要通過反應(yīng)加熱爐加熱升溫，增加了燃料氣的消耗；同時(shí)從常減壓裝置到罐區(qū)的柴油也需要冷卻，存在用能不合理的現(xiàn)象。

（2）產(chǎn)品柴油閃點(diǎn)質(zhì)量過剩

產(chǎn)品柴油閃點(diǎn)的控制指標(biāo)≮62 ℃。2019年11月至2020年7月的的分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖1，由圖可知產(chǎn)品柴油的閃點(diǎn)處于75～85 ℃之間，與工藝卡片中的指標(biāo)≮62℃（圖中紅線）相差較遠(yuǎn)，說明存在質(zhì)量過剩，是硫化氫汽提塔塔底汽提蒸汽使用量過大導(dǎo)致，存在用能浪費(fèi)。

圖1 2019年11月-2020年7月產(chǎn)品柴油閃點(diǎn)情況

（3）伴熱蒸汽耗量大

伴熱主要目的是防止工藝管線輸送的物料冷凝，堵塞管道。柴油加氫裝置內(nèi)的物料主要是柴油、汽油，公司所處的地理位置冬天最低氣溫在-5 ℃左右，多數(shù)管線無需伴熱，說明用1.3 MPa蒸汽作伴熱存在能源浪費(fèi)。

（4）部分機(jī)泵出口閥開度過小

裝置日常加工負(fù)荷僅為設(shè)計(jì)值的74.3%，加工負(fù)荷長期偏低，導(dǎo)致裝置一些機(jī)泵的運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況。表2為該裝置6 000 kV電機(jī)及機(jī)泵的運(yùn)行情況，可看出除原料進(jìn)料泵外其余三個(gè)泵的出口調(diào)節(jié)閥開度均低于30%，一方面造成電量浪費(fèi)，另一方面不利于泵自身的長周期安全運(yùn)行。

表2 柴油加氫裝置6000kV電機(jī)及機(jī)泵的運(yùn)行情況

（5）產(chǎn)品柴油的低溫?zé)崂速M(fèi)。分餾塔C-201塔底296 ℃的柴油，進(jìn)入低分油/產(chǎn)品柴油換熱器E-202換熱，溫度降至240 ℃；再進(jìn)入柴油低壓蒸汽發(fā)生器E-203產(chǎn)1.3 MPa蒸汽，溫度降至210 ℃；再進(jìn)入原料油與產(chǎn)品柴油換熱器E-204，溫度降至150 ℃后送氣分裝置回收低溫?zé)嵩俜祷匮b置進(jìn)入柴油產(chǎn)品空冷器A-202A-H。進(jìn)入空冷前產(chǎn)品柴油的平均溫度為110 ℃，將其直接進(jìn)行冷卻，低溫?zé)嵛茨艿玫匠浞掷谩?/p>

1.3 節(jié)能措施

針對裝置用能過程中的問題分析，提出以下幾條針對性措施。

1.3.1 停罐區(qū)冷料，裝置采直餾柴油熱進(jìn)料

為實(shí)現(xiàn)裝置采用完全熱進(jìn)料，Ⅱ常減壓裝置至罐區(qū)外甩閥HIC70601開度為0的目標(biāo)，該裝置制定如下措施和對策，以確保裝置的安全運(yùn)行。

1）原料油緩沖罐D(zhuǎn)-101液位正?？刂圃?5%；

2）濾后原料油緩沖罐D(zhuǎn)-102液位正?？刂圃?5%；

3）當(dāng)D-101液位低于55%且有繼續(xù)下降趨勢時(shí)，向調(diào)度申請適當(dāng)降低裝置加工量且調(diào)整幅度≯5 t/h。當(dāng)加工量調(diào)整幅度＞5 t/h且D-101液位仍然繼續(xù)下降，裝置改部分長循環(huán)以確保裝置安全運(yùn)行；

4）當(dāng)D-101液位高于70%且有繼續(xù)上升趨勢時(shí)，向調(diào)度申請適當(dāng)增加裝置加工量，加工量調(diào)整幅度≯5 t/h。當(dāng)加工量調(diào)整幅度＞5 t/h且D-101液位繼續(xù)上漲，向調(diào)度申請聯(lián)系罐區(qū)，稍開HIC70601向罐區(qū)外甩；

如遇Ⅰ、Ⅱ常裝置中斷直供料等異常情況時(shí)，液相柴油加氫裝置立即改部分長循環(huán)或全長循環(huán)，確保裝置安全運(yùn)行。2019年6月裝置按方案采用直餾柴油熱進(jìn)料。停罐區(qū)冷料泵前后關(guān)鍵指標(biāo)變化情況詳見表3。

表3 停罐區(qū)冷料泵前后關(guān)鍵指標(biāo)變化情況

罐區(qū)冷料送柴油加氫裝置流程見圖2。

圖2 罐區(qū)冷料送柴油加氫裝置流程

1.3.2 降低硫化氫汽提塔塔底汽提蒸汽量

由上述分析知，產(chǎn)品柴油的閃點(diǎn)存在質(zhì)量過剩，主要是汽提蒸汽使用量過大導(dǎo)致。影響產(chǎn)品閃點(diǎn)的因素有原料柴油的餾程、汽提塔汽提蒸汽量、汽提塔壓力、分餾塔溫度、分餾塔壓力等。在實(shí)際生產(chǎn)中汽提塔、產(chǎn)品分餾塔壓力是合理的控制參數(shù)，一般不做大幅調(diào)整。另一方面，現(xiàn)階段柴油加氫裝置生產(chǎn)的是符合國Ⅵ排放的柴油，產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，為滿足要求分餾塔塔底溫度控制較為穩(wěn)定。因此，要降低產(chǎn)品柴油的閃點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，主要是通過調(diào)整汽提塔塔底汽提蒸汽量實(shí)現(xiàn)。

正常生產(chǎn)時(shí)，硫化氫汽提塔C-202塔底蒸汽汽提量的理論值為加工量的0.8%～1.2%[2]，而實(shí)際生產(chǎn)中為防止出現(xiàn)產(chǎn)品柴油質(zhì)量指標(biāo)特別是柴油的Cu片腐蝕（50 ℃，3 h）不合格現(xiàn)象，習(xí)慣上采取提高汽提蒸汽量的方式，這種操作方式是導(dǎo)致產(chǎn)品柴油閃點(diǎn)偏高的主要原因。因此，將汽提蒸汽量由最初的2.5 t/h降至1.6 t/h[3]，目前產(chǎn)品柴油的閃點(diǎn)穩(wěn)定控制在68～70 ℃，改善了產(chǎn)品柴油閃點(diǎn)質(zhì)量過?，F(xiàn)象，同時(shí)也節(jié)約了蒸汽消耗。

1.3.3 將伴熱蒸汽改為熱媒水伴熱

經(jīng)了解，公司熱媒水管網(wǎng)的熱媒水總量1 600 t/h，供水溫度為92.5 ℃，而工藝指標(biāo)為≮90 ℃，為充分利用熱媒水熱量，裝置從熱媒水總管引熱媒水20 t/h，用于每年冬季工藝管線的伴熱。裝置伴熱流程詳見圖3。

圖3 柴油加氫裝置集中伴熱站伴熱流程

將蒸汽伴熱改為熱媒水伴熱后，冬季裝置每小時(shí)節(jié)約3 t蒸汽，同時(shí)解決了裝置疏水器因疏水效果差而產(chǎn)生管線水擊現(xiàn)象。

1.3.4 對機(jī)泵運(yùn)行參數(shù)重新核算并定制葉輪

通過上述2.3的分析，裝置決定對于出口閥開度較小或調(diào)節(jié)閥開度較小的泵，請能源優(yōu)化專業(yè)公司根據(jù)泵進(jìn)出口管路系統(tǒng)特性重新核算泵揚(yáng)程，重新定制泵的葉輪。

1）原料油升壓泵P-101A重新定制葉輪

原料油升壓泵P-101重新核算結(jié)果見表4。

表4 原料油升壓泵需求揚(yáng)程核算結(jié)果

由表4可知，原料油升壓泵理論需求揚(yáng)程為100米，考慮系統(tǒng)負(fù)荷變化，原料油升壓泵實(shí)際需求揚(yáng)程為理論需求揚(yáng)程的1.15倍，則原料油升壓泵揚(yáng)程為115米就可以滿足要求。

優(yōu)化主要是對P-101A進(jìn)行了葉輪的更換，該項(xiàng)目于2017年8月投用，優(yōu)化前P-101A電流為16 A；優(yōu)化運(yùn)行后P-101A電流為14 A，每小時(shí)節(jié)約電耗16.8 kW。

2）產(chǎn)品分餾塔底重沸爐泵P-203A重新定制葉輪

分餾塔底重沸爐泵P-203重新核算結(jié)果見表5。

分餾塔底重沸爐泵理論需求揚(yáng)程為101.3米，考慮系統(tǒng)負(fù)荷變化，分餾塔底重沸爐泵實(shí)際需求揚(yáng)程為理論1.2倍，即121.5米就可以滿足要求。

優(yōu)化主要是對P-203B進(jìn)行了葉輪更換，該項(xiàng)目于2017年8月投用，優(yōu)化前電流為22 A，對應(yīng)電機(jī)受電功率為184.1 kW；優(yōu)化后泵電流18.5 A，對應(yīng)電機(jī)受電功率為154.8 kW，節(jié)約電耗29.3 kW。

3）分餾塔底泵P-201B重新定制泵的葉輪

分餾塔底泵P-201重新核算結(jié)果見表6。分餾塔底泵理論需求揚(yáng)程為135.6米，考慮系統(tǒng)負(fù)荷變化，實(shí)際需求揚(yáng)程為理論揚(yáng)程的1.15倍即156米就可以滿足要求。

表6 分餾塔底泵需求揚(yáng)程核算結(jié)果

優(yōu)化主要是對P-201B進(jìn)行了葉輪的更換，該項(xiàng)目于2019年11月裝置大檢修期間實(shí)施，2020年1月投用，優(yōu)化前P-201B的電流為25 A，優(yōu)化運(yùn)行后P-201B的電流為21 A，實(shí)際每小時(shí)節(jié)約電耗33.5 kW。

1.5 節(jié)能效果

（1）停罐區(qū)冷料效果

裝置停引罐區(qū)冷料，直餾柴油采用完全熱進(jìn)料后，反應(yīng)加熱爐F-101燃料氣消耗同比下降50 Nm3/h，按運(yùn)行365天/年，燃料氣密度0.75 kg/Nm3，燃料干氣價(jià)格1 122元/噸，停罐區(qū)冷料后減少燃料氣消耗每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算如下：

50×24×365×0.75÷1 000×1 122＝3 685 770 000元/年≈36.86(萬元/年)

罐區(qū)停運(yùn)柴油泵后節(jié)約電耗80 kW/h，按電價(jià)0.6元/kW·h，停運(yùn)300天/年，停罐區(qū)冷料后停運(yùn)罐區(qū)柴油泵每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算如下：

80×24×300×0.6=345 600元/年＝34.56（萬元/年）

停罐區(qū)冷料和柴油泵后，每年產(chǎn)生的總經(jīng)濟(jì)效益：36.86＋34.56＝71.42（萬元/年）

（2）降低汽提蒸汽量效果

在上述1.4.2措施中，節(jié)約汽提蒸汽量0.9 t/h，按運(yùn)行365天、1.3 MPa蒸汽價(jià)格215元/噸，降低汽提蒸汽量后每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算如下：

0.9×24×365×215＝1 695 060元/年≈169.5（萬元/年）

（3）改用熱媒水效果

在裝置蒸汽伴熱改用熱媒水伴熱后，節(jié)約汽提蒸汽量3 t/h，按投用90天/年，1.3 MPa蒸汽價(jià)格215元/噸，伴熱改用熱媒水后每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算如下：

3×24×90×215＝1 393 200元/年＝139.32（萬元/年）

（4）機(jī)泵重新制作葉輪效果

P-101A優(yōu)化后每小時(shí)節(jié)約電耗16.8 kW，P-201B優(yōu)化后每小時(shí)節(jié)約電耗33.5 kW，P-203B優(yōu)化后每小時(shí)節(jié)約電耗29.3 kW，考慮到機(jī)泵需要定期切換和故障檢修，按機(jī)泵運(yùn)行300天/年，電價(jià)0.6元/kW·h，P-101A、P-203B重新制作葉輪技改措施實(shí)施以后，每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算如下：

（16.8＋33.5＋29.3）×24h×300×0.6＝343872元/年≈34.39（萬元/年）

2 后續(xù)節(jié)能措施

2.1 實(shí)現(xiàn)裝置實(shí)時(shí)能耗信息化監(jiān)控

借助信息技術(shù)手段，加強(qiáng)裝置主要水、電、氣、風(fēng)等消耗的日常監(jiān)控，跟蹤消耗量變化趨勢，對于異常消耗及時(shí)調(diào)整、分析、總結(jié)，通過加強(qiáng)精細(xì)管理，達(dá)到控制不合理消耗的目的。

2.2 利用精制柴油低溫?zé)嵩?/h3>

目前該裝置產(chǎn)品柴油進(jìn)空氣冷卻前的溫度平均為110 ℃，這一部分低溫?zé)釠]有利用，而且還需要消耗電能，該公司正在對幾個(gè)備選方案進(jìn)行前期論證：新建低溫?zé)岚l(fā)電、新增換熱器給焦化柴油冷加熱、送其他裝置如S Zorb裝置利用，充分論證評估后將加以利用。

2.3 根據(jù)公司轉(zhuǎn)型發(fā)展，重新核算機(jī)泵負(fù)荷

目前該公司正在進(jìn)行煉油向化工轉(zhuǎn)型項(xiàng)目建設(shè)，隨著該項(xiàng)目的開工正常，加工量有進(jìn)一步降低的可能，屆時(shí)裝置機(jī)泵將普遍存在大馬拉小車的現(xiàn)象，單純的進(jìn)一步減小泵葉輪尺寸顯然不足以解決，需重新制作泵頭，實(shí)現(xiàn)裝置節(jié)能降耗。

3 總結(jié)

節(jié)能工作是一個(gè)只有起點(diǎn)沒有終點(diǎn)的工作，某企業(yè)液相柴油加氫裝置從優(yōu)化操作、加強(qiáng)工藝管理入手，加強(qiáng)技改技措的實(shí)施，通過調(diào)整操作實(shí)現(xiàn)裝置完全熱進(jìn)料、合理控制產(chǎn)品質(zhì)量避免產(chǎn)品質(zhì)量過剩、提高機(jī)泵運(yùn)行效率、優(yōu)化系統(tǒng)能源等方面的節(jié)能措施實(shí)施，使得該裝置能耗明顯降低，節(jié)能效果極其顯著，為該公司的良好生產(chǎn)經(jīng)營做出了應(yīng)有貢獻(xiàn)，為其他裝置提供借鑒和參考。其他如核算某些低壓汽包看是否可優(yōu)化甚至停用，加熱爐是否可通過優(yōu)化停用、原料升壓泵是否具備停運(yùn)條件等措施，需視裝置具體實(shí)際而選擇實(shí)施。