王 家 劉敬釗 李 浩

(中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)分公司，河南洛陽(yáng)，471012)

1 研究背景

煉廠常使用氮?dú)鈱?duì)機(jī)泵密封進(jìn)行保護(hù)，或作為罐體覆蓋氣，或作為設(shè)備吹掃介質(zhì)使用。氮?dú)馐菬拸S生產(chǎn)必不可少的公用介質(zhì)，相較于燃料、蒸汽等，因其單位價(jià)格偏低，管控時(shí)往往未受到一些企業(yè)的重視。為此，某公司通過(guò)組織專業(yè)人員摸排全廠氮?dú)庥昧壳闆r，按照“必用減量，能停必?！钡脑瓌t，提升操作水平，有效減少氮?dú)庀摹Ｍ瑫r(shí)，針對(duì)氮?dú)饬髁坑?jì)安裝不規(guī)范、計(jì)量不精準(zhǔn)等問(wèn)題，制定措施，限期整改。

2020年12月，該公司氮?dú)饪傁牧繛?89.7萬(wàn) Nm3，外購(gòu)量為542.1萬(wàn) Nm3。同時(shí)，2021年部分新建單元投用，氮?dú)庀牧窟M(jìn)一步增加。2020年12月，氮?dú)饪傁牧咳绫?所示。

表1 優(yōu)化前該公司氮?dú)庀那闆r

2 模擬計(jì)算

針對(duì)煉廠氮?dú)獾男孤┘坝?jì)量不準(zhǔn)情況，提出“管線泄漏計(jì)算”和“計(jì)量模塊偏差計(jì)算”兩個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算。

2.1 管線泄漏計(jì)算

煉廠中氮?dú)夥?wù)站、VOCs補(bǔ)壓處，易存在閥門(mén)未關(guān)閉或失靈的情況，造成氮?dú)獯罅客馀?，為精確計(jì)算氮?dú)馔馀帕浚靥岢龃隧?xiàng)計(jì)算說(shuō)明。

對(duì)于該種情況，將閥門(mén)處簡(jiǎn)化為限流孔板進(jìn)行計(jì)算，依據(jù)HG-T20570.15-95 《管道限流孔板的設(shè)置》，有“氣體、蒸汽的單孔板計(jì)算公式(3.0.1-1)”[1]，如公式1。

(公式1)

公式1中，W：流體的重量流量，kg/h；D：管道內(nèi)徑，m(煉廠中常用氮?dú)夥?wù)站管徑為0.02m)；d0：孔板孔徑，m(設(shè)定孔板孔徑為0.01m，則有d0/D=0.5)；C：孔板流量系數(shù)，由Re和d0/D值查HG-T20570.15-95《管道限流孔板的設(shè)置》標(biāo)準(zhǔn)中圖6.0.1所得(近似取C=0.62)；P1：孔板前壓力，Pa(煉廠管網(wǎng)壓力約為6×105Pa)；P2：孔板后壓力或臨界限流壓力，取其大者，Pa(對(duì)于空氣及雙原子氣體，臨界限流壓力的推薦值Pc=0.53P1=3.2×105Pa)；M：分子量(氮?dú)夥肿恿繛?8)；Z：壓縮系數(shù)(取1)；T：孔板前流體溫度，K(以常溫300K計(jì)算)；k：絕熱指數(shù)，k(氮?dú)鉃?.4)。

將以上數(shù)據(jù)代入公式1可得：

即：

W=235.85kg/h=188.79Nm3/h

由此可知，如果一根直徑20mm的氮?dú)夤芫€閥門(mén)未關(guān)嚴(yán)的話，每小時(shí)泄漏量可達(dá)約200 Nm3/h。

利用此公式進(jìn)行計(jì)算，若管線全開(kāi)，則氮?dú)庑孤┝靠蛇_(dá)943 Nm3/h。

2.2 計(jì)量模塊偏差計(jì)算

企業(yè)的物料衡算過(guò)程主要利用的是計(jì)量器具，該器具的計(jì)量準(zhǔn)確度直接影響到計(jì)量數(shù)據(jù)的偏差，同時(shí)對(duì)企業(yè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、經(jīng)濟(jì)核算等方面帶來(lái)影響。因此，計(jì)量器具的精確性是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)決策、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)。在工業(yè)生產(chǎn)中氣體的計(jì)量，環(huán)境溫度、壓力是計(jì)量器具計(jì)算模塊的基礎(chǔ)條件數(shù)據(jù)，為保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，往往需要通過(guò)溫壓補(bǔ)償?shù)氖侄芜M(jìn)行維護(hù)[2]。

常用溫壓補(bǔ)償公式為[3]：

(公式2)

公式2中：F：流量；C1：設(shè)計(jì)溫度，K；C2：設(shè)計(jì)壓力，kPa；P1：實(shí)際壓力，kPa；P2：實(shí)際溫度，℃；P3：未補(bǔ)償前流量。

為提高氮?dú)夤芫W(wǎng)運(yùn)行效率，企業(yè)常使用降低管網(wǎng)壓力的措施，單對(duì)于各計(jì)量點(diǎn)，若未及時(shí)調(diào)整溫壓補(bǔ)償模塊參數(shù)，將會(huì)造成計(jì)量偏差。

設(shè)定原氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力為0.7MPa，優(yōu)化后管網(wǎng)壓力降低至0.6MPa。

利用公式2進(jìn)行計(jì)算可知，對(duì)于此項(xiàng)工況變化，對(duì)于一處標(biāo)況流量為200 Nm3/h、工作壓力為0.7MPa的流量計(jì)點(diǎn)，若工作壓力降低為0.6MPa，則流量降低至175 Nm3/h，降低量為25 Nm3/h。

因此，對(duì)于管網(wǎng)壓力變化的計(jì)量點(diǎn)，要及時(shí)校準(zhǔn)溫壓補(bǔ)償模塊，防止存在計(jì)量缺失。

3 對(duì)策實(shí)施

為降低全廠氮?dú)庀牧考肮芫W(wǎng)不平衡量，該公司主要采取了以下節(jié)能措施：

3.1 減少儲(chǔ)罐VOCs系統(tǒng)氮封用量

儲(chǔ)罐VOCs治理主要針對(duì)油品儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)按相關(guān)規(guī)范或規(guī)定需要治理的儲(chǔ)罐無(wú)組織排放的罐頂油氣進(jìn)行集中收集并治理[4]，該公司主要使用氮?dú)膺M(jìn)行密封保護(hù)。經(jīng)過(guò)估算，每月儲(chǔ)罐VOCs氮封用量約為195萬(wàn) Nm3(約2600 Nm3/h)，占該公司氮?dú)庥昧康?5.4%。圖1為該公司某罐區(qū)氮封VOCs治理簡(jiǎn)圖。

圖1 該公司某罐區(qū)氮封VOCs治理簡(jiǎn)圖

3.1.1 做好儲(chǔ)罐VOCs系統(tǒng)密封排查

儲(chǔ)罐VOCs系統(tǒng)中，各儲(chǔ)罐氮?dú)夤芫€常用管徑為40mm，根據(jù)上述2.1節(jié)計(jì)算可知，若存在氮?dú)庋a(bǔ)壓點(diǎn)泄漏，將會(huì)造成大量氮?dú)饫速M(fèi)。圖2為該公司某儲(chǔ)油罐VOCs密封點(diǎn)治理前后罐頂壓力變化趨勢(shì)，從圖2中可以看出，2022年9月30日治理前，該罐頂壓力波動(dòng)十分頻繁，通過(guò)判斷，確認(rèn)存在VOCs密封點(diǎn)泄漏的可能。經(jīng)過(guò)治理，2022年9月30日后，極大降低了該罐的罐頂壓力波動(dòng)次數(shù)，同時(shí)降低了補(bǔ)氮量約800 Nm3/h。

圖2 該公司某儲(chǔ)油罐VOCs密封點(diǎn)治理前后罐頂壓力變化趨勢(shì)

3.1.2 優(yōu)化儲(chǔ)罐VOCs系統(tǒng)氮封壓力

在《中國(guó)石化煉發(fā)函〔2016〕127號(hào)》文件中，提出，為避免儲(chǔ)油罐發(fā)生因負(fù)壓導(dǎo)致空氣由呼吸閥進(jìn)入內(nèi)部的情況，需要保證罐頂壓力為微正壓。該文件同時(shí)給出氮封閥的壓力設(shè)定建議值范圍為0.2kPa至0.5kPa。若儲(chǔ)罐內(nèi)罐頂壓力較氮封閥設(shè)定壓力較低時(shí)，閥門(mén)打開(kāi)，氮?dú)庥傻忾y進(jìn)入罐內(nèi)；反之閥門(mén)關(guān)閉，停止氮?dú)膺M(jìn)入。

正常情況下使用氮封閥組維持罐內(nèi)氣相空間壓力在0.3kPa左右，當(dāng)氣相空間壓力高于0.5kPa時(shí)，氮封閥關(guān)閉，停止氮?dú)夤?yīng)；當(dāng)氣相空間壓力低于0.2kPa時(shí)，氮封閥開(kāi)啟，開(kāi)始補(bǔ)充氮?dú)狻?/p>

若設(shè)定壓力偏高，將會(huì)造成補(bǔ)氮量的極大增加。

3.2 泄漏點(diǎn)排查

運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的煉廠經(jīng)歷的改造次數(shù)較多，存在較多分支管線，管理難度較大，易造成疏漏。為降低非生產(chǎn)消耗，該公司分公司級(jí)、運(yùn)行部級(jí)對(duì)全廠管網(wǎng)進(jìn)行排查，對(duì)氮?dú)庀到y(tǒng)管線進(jìn)行分級(jí)處理：(1)若該管線已停用，則進(jìn)行盲板隔離。(2)若該管線間斷使用，根據(jù)使用頻次，可對(duì)閥門(mén)進(jìn)行關(guān)閉，加裝鉛封，做好使用期間用量臺(tái)賬。(3)對(duì)于長(zhǎng)期使用的管線，做好流量對(duì)比維護(hù)。

3.3 計(jì)量點(diǎn)排查

由上述2.2節(jié)敘述可知，在氮?dú)庀到y(tǒng)管網(wǎng)壓力變化后，要及時(shí)校準(zhǔn)溫壓補(bǔ)償?shù)饶K參數(shù)。通過(guò)對(duì)氮?dú)夤芫W(wǎng)流量計(jì)進(jìn)行排查，不僅發(fā)現(xiàn)部分計(jì)量點(diǎn)存在溫壓補(bǔ)償參數(shù)偏差較大的情況，還發(fā)現(xiàn)部分計(jì)量器具安裝不規(guī)范的情況。例如部分流量計(jì)安裝位置與管線彎頭過(guò)近，流量計(jì)安裝存在傾斜角等情況，對(duì)于該種情況，已提報(bào)檢修項(xiàng)目進(jìn)行處理。

3.4 優(yōu)化氮?dú)獗Ｗo(hù)壓力

根據(jù)生產(chǎn)調(diào)整，煉廠存在部分裝置、儲(chǔ)罐等停用的情況，為減少設(shè)備腐蝕，常利用氮?dú)獬鋲旱姆绞健?/p>

因大型裝置或設(shè)備的法蘭、閥門(mén)等密封部位易存在泄漏情況，為減少氮?dú)庋a(bǔ)充量，應(yīng)降低設(shè)備保護(hù)壓力。

3.5 更改密封介質(zhì)

為提高管網(wǎng)運(yùn)行效率，應(yīng)合理選用密封介質(zhì)。例如，部分設(shè)備通過(guò)氮?dú)饷芊?，介質(zhì)后路排放至低壓瓦斯管網(wǎng)，易造成瓦斯管網(wǎng)氮?dú)饨M分增加，降低瓦斯熱值，最終導(dǎo)致各加熱爐瓦斯消耗量增加，影響裝置能耗。

因此，該部分設(shè)備密封介質(zhì)，可選用煉廠干氣等進(jìn)行密封，減少瓦斯管網(wǎng)中氮?dú)庹急?。同時(shí)，部分加熱爐流量計(jì)使用氮?dú)饷芊猓舐放欧胖吝M(jìn)爐瓦斯線，為保護(hù)設(shè)備，可更改為工業(yè)風(fēng)進(jìn)行密封，不僅能降低密封成本，還可提高瓦斯熱值。

4 實(shí)施效果

4.1 優(yōu)化儲(chǔ)罐VOCs系統(tǒng)

通過(guò)3.1節(jié)對(duì)策實(shí)施，排查系統(tǒng)漏點(diǎn)，更換呼吸閥墊片，該公司罐區(qū)氮?dú)庀牧亢嫌?jì)降低近800 Nm3/h。

4.2 泄漏點(diǎn)、計(jì)量點(diǎn)排查

通過(guò)對(duì)氮?dú)夤芫W(wǎng)進(jìn)行排查，管網(wǎng)實(shí)時(shí)不平衡量由4230 Nm3/h，降低至2500 Nm3/h(降低了1730 Nm3/h)。

4.3 優(yōu)化氮?dú)獗Ｗo(hù)壓力、更改密封介質(zhì)

1#重整、焦化通過(guò)調(diào)整設(shè)備保護(hù)壓力、機(jī)組氮?dú)馐褂梅绞降?，氮?dú)饬髁糠謩e由原來(lái)的623 Nm3/h、170 Nm3/h，降低至200 Nm3/h、104 Nm3/h。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化攻關(guān)，近期氮?dú)饷吭峦赓?gòu)費(fèi)用由365萬(wàn)元降低至266萬(wàn)元，全年增效近1200萬(wàn)元。

5 總結(jié)

通過(guò)針對(duì)煉化企業(yè)常見(jiàn)的管線泄漏、計(jì)量模塊偏差等工況進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)氮?dú)鈨?yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。經(jīng)過(guò)一系列對(duì)策分析實(shí)施，該公司針對(duì)氮?dú)夤芫W(wǎng)優(yōu)化取得了較大成效。

但仍存在一些遺留問(wèn)題，例如：(1)部分裝置氮?dú)饬髁坑?jì)存在安裝不規(guī)范、故障等問(wèn)題，無(wú)法在線切除整改；(2)部分裝置大型機(jī)組氮?dú)庀牧咳暂^高；(3)管網(wǎng)不平衡量仍較高等。針對(duì)以上問(wèn)題，還需進(jìn)一步精細(xì)化處理，以使外購(gòu)氮?dú)饬拷档偷阶顑?yōu)水平。