淺談低溫余熱利用工藝

  1 概述

 

  中國石油蘭州石化分公司是中石油天然氣股份有限公司的下屬地區分公司。公司前身———蘭練、蘭化均是國家“一五”期間156項重點(diǎn)工程項目。公司集煉油、化工、化肥生產(chǎn)為一體?，F有固定資產(chǎn)146億元。 蘭州石化公司有3套常減壓蒸餾裝置,其中第二套常減壓裝置于1990年建成投產(chǎn),設計能力為250×104 t/a。經(jīng)1994年和1997年兩次改造達到了300×104t/a的加工能力。以往的裝置改造側重擴 能改造,對于能量?jì)?yōu)化特別是低溫熱利用并沒(méi)有進(jìn)行相應的完善。低溫熱將直接關(guān)系到裝置的平穩運行及裝置達標。

 

  夏季生產(chǎn)中,第二套常減壓蒸餾裝置有多股工藝物流,如初頂油氣、常頂油氣、減頂循環(huán)、常三線(xiàn)、常四線(xiàn)減五線(xiàn)混蠟等,進(jìn)空冷器(或水冷器)的溫度過(guò)高,大量低溫熱未經(jīng)利用就被空冷(或水冷)帶走,導致了裝置公用工程的消耗偏高,原油加工成本居高不下。而在冬季生產(chǎn)中,裝置只利用初頂油氣的本分熱源作為采暖水的熱源,冬季由于受到采熱總量和回水溫度的限制(70℃),初頂油氣的主要冷凝任務(wù)仍由空冷器承擔,冬季采暖不能從根本上解決初餾塔平穩操作的要求。從以上分析,裝置節能降耗有很大的潛力。目前,蘭州石化公司42/7-9原油罐區有6個(gè)3萬(wàn)m3 原油罐。該罐區冬季用110MPa蒸汽加熱維溫,夏季用乏汽或1.0MPa蒸汽 加熱維溫。這樣就形成了一方低溫余熱未經(jīng)利用就被冷卻系統帶走;另一方耗用了大量的蒸汽,這種操 作造成了裝置和罐區的重復浪費。如果采用熱水作為進(jìn)罐原油加熱的熱源,不但可以節省蒸汽,還可以提高熱的利用率,同時(shí)還使得初餾塔返塔回流溫度 偏高的問(wèn)題得到解決。目前在第二套常減壓蒸餾裝 置低溫熱系統運行良好,節能效果明顯。

 

  2 工藝概況

 

  根據計算,確定低溫余熱回收的熱量為冬季1023×104 kcal/h、夏季為643×104 kcal/h。循環(huán)熱 水設計流量為300t/h。低溫熱利用主要是利用熱水傳遞熱量,除補充部分水及加藥外,沒(méi)有其他的原料。熱水采用軟化水,補充水為凝結水以保證熱水的長(cháng)周期運行。設計冬季原油罐區給水溫度為67℃(采暖水給水溫度86℃,回水65℃),原油罐區回水溫度為40℃;夏季給水溫度73℃,回水溫度50℃。冬季熱水主要用于原油加熱和采暖,夏季熱水主要用于原油加熱和罐區維溫。原油停止加熱時(shí),加熱用熱水全部用于罐區維溫。由于低溫熱利用隨著(zhù)環(huán)境溫度變化而變化,其特點(diǎn)是調節適應性強,流程可隨變工況、變季節而調整,具有較大的操作彈性。

 

  3 工藝流程簡(jiǎn)述

 

  目前能提供低溫熱源的工藝物流有初頂油氣、常頂油氣、減頂循環(huán)、常三線(xiàn)、常四線(xiàn)減五線(xiàn)混蠟。除了常頂油氣受到常壓塔后脫前原油換熱器與空冷器高差的限制而低溫熱不好回收外,其他低溫熱均回收。本項目流程涉及廣泛,包括42/7-9原油罐區、第二套常減壓蒸餾裝置、采暖系統,下面按照熱源、熱阱分別說(shuō)明。

 

  3.1 熱源部分

 

  3.1.1 低溫熱水系統

 

  本次改造是在保留原有水冷流程的基礎上新增或優(yōu)化低溫熱取熱流程。對新增或者優(yōu)化的低溫熱水流程作說(shuō)明。

 

  冬季方案:裝置進(jìn)水(40℃)首先經(jīng)過(guò)E-151與減頂循環(huán)油換熱,然后分兩路:第一路通過(guò)E-56與初頂油氣進(jìn)行換熱;第二路依次通過(guò)E-150、E-149與常三線(xiàn)、混蠟(常四線(xiàn)和減五線(xiàn))換熱。第一路熱水(68℃)再分兩路:一路和前面的第二路混合 直接送150m3 的熱水罐V-01;另一路作為采暖水經(jīng)過(guò)E-154與減頂循環(huán)換熱升溫至86℃后送采暖用戶(hù),采暖回水回到同一熱水罐與前兩股熱水混合(67℃),熱后用泵送至罐區加熱原油。裝置內低溫熱水流程新增兩組換熱器:熱水-減頂循環(huán)換熱器E-154、回水冷卻器E-02;更新一組換熱器:將E-56ABC更換為一臺板殼式換熱器,其他設備利舊。

 

  夏季方案:裝置進(jìn)水(50℃)不經(jīng)過(guò)E-151而到E-56與初頂油進(jìn)行換熱,然后經(jīng)過(guò)E-154與 減頂油換熱后不經(jīng)過(guò)采暖用戶(hù),直接送至150m3 的熱水罐V-01,熱水(73℃)用泵送至罐區加熱原油。

 

  3.1.2 工藝物流

 

  (1)初餾塔油氣流程不變,油氣從初餾塔頂抽出后依次通過(guò)E-56、E-47(空冷)后進(jìn)入回流罐?，F場(chǎng)拆除E-56ABC,更新一臺板殼式換熱器。未拆除前的E-56ABC熱水采暖只在冬季使用,熱水回水溫度為70℃左右,供水溫度90℃以上,水量為100t/h,受回水溫度和采暖量的限制取熱不充分,不能從根本上解決塔頂冷卻能力不足的問(wèn)題。夏季熱水采暖系統停用,初頂油氣的冷卻全部由空冷器承擔,返塔回流溫度高,限制了塔的生產(chǎn)能力。新的熱水流程在兩個(gè)方面有優(yōu)勢,一從設備上,更換一臺新型板橋式換熱器可以提高換熱系數,增加塔頂油氣的取熱量,同時(shí)3臺換熱器變?yōu)?臺,不增加框架負荷;二從工藝上,新流程與現有流程相比,不僅降低了換熱器E-56水側的入口溫度(70℃到45℃,夏季50℃),而且增大了水側的流量(100～300t/h),更重要的是熱水系統可以全年運行,從根本上解決了初餾塔頂冷卻負荷的瓶頸問(wèn)題。

 

  (2)常三線(xiàn)和混蠟(常四線(xiàn)、減五線(xiàn))的工藝流程進(jìn)行部分調整,其中E-150、E-149設備對調,以便低溫熱的充分采出。冬季生產(chǎn)時(shí),E-150和E-149利用循環(huán)熱水作為冷卻介質(zhì),夏季生產(chǎn)時(shí),E-150和E-149利用循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)。

 

  (3)減頂循環(huán)現有流程保持不變,新增E-154一臺。冬季、夏季運行中水側流程不變,只是油側流程稍有變動(dòng)。

 

  3.2 熱阱部分

 

  低溫熱水有三方面的利用,冬季采暖、原油加熱、原油罐區維溫。 冬季方案: 流程1:罐區回水(40℃)直接進(jìn)回水水罐V-02(常壓罐)。停止送原油時(shí),部分熱水送至42/7-9罐區維溫,維溫回水進(jìn)入回水水罐V-02,V-02中的水用泵P-02送至第二套常減壓裝置作為進(jìn) 水。V-02為1000m3 ,有三個(gè)作用:一是泵的入口緩沖;二是在停送油時(shí),低溫熱水回水溫度較平穩的變化,使回水冷卻器E-02的調節平穩;三是達到裝置的平穩生產(chǎn)。大部分熱水通過(guò)布置在裝置內的回水冷卻器E-02冷卻到要求的溫度(40℃)。

 

  流程2:第二套常減壓裝置生產(chǎn)的熱水一部分送至采暖用戶(hù),采暖回水和剩余部分的熱水在裝置 內的150m3 熱水罐V-01混合后,用泵P-01送至罐區通過(guò)E-01ABC加熱原油,回水(40℃)直接進(jìn)第二套常減壓裝置。停止送原油時(shí),部分熱水送至42/7-9罐區維溫,維溫回水進(jìn)入回水水罐V-02,大部分熱水通過(guò)布置在裝置內的回水冷卻器E-02冷卻到要求的溫度(40℃)后也送至V-02,V-02中的冷水用泵P-02送至第二套常減壓裝置作為進(jìn)水。

 

  流程1和流程2相比,前者是將回水冷卻器放在V-02后。設備布置上,流程1的管線(xiàn)距離比流程2的管線(xiàn)短1km,這樣可以節省泵的功耗管線(xiàn)投資。流程2的優(yōu)點(diǎn)是:E-02的冷卻水只在停止加熱原油時(shí)投用,回水冷卻器使用效率高。流程1的優(yōu)點(diǎn)是:E-02的選型小,小時(shí)耗水量低。目前主要采用槽車(chē)運輸原油,由于V-02的緩沖作用和輸送原油的間歇性,流程2的冷卻水可能處于常開(kāi)狀態(tài),總耗水量較大。將來(lái)采用管道輸送原油后,這部分水量會(huì )大幅度降低。綜合比較后,選定流程1,這樣更節省投資,且能耗小。 夏季方案: 第二套常減壓裝置生產(chǎn)的熱水直接送至罐區,部分熱水(約40t/h)送至42/7-9罐區維溫,維溫回水進(jìn)入回水水罐V-02,大部分熱水通過(guò)E-01ABC加熱原油,回水(50℃)也送回V-02,V-02中的冷水用泵P-02送至第二套常減壓裝置作為進(jìn)水。停止送原油時(shí),該部分熱水通過(guò)裝置內的回水冷卻器E-02冷卻到要求的溫度(50℃)。

 

  4 工藝特點(diǎn)

 

  根據節能原則,采取相應措施,使得此工藝具有以下特點(diǎn):

 

  1)根據實(shí)際情況,優(yōu)化各部分設計,合理選擇工藝參數及新型高效率換熱設備減少過(guò)程能耗;

 

  2)充分利用原油零位罐的低溫熱阱,優(yōu)化換熱流程參數,盡量降低回水溫度,使得初餾塔頂熱量回收增加;

 

  3)考慮到冬夏不同工況,在夏季工況下,巧妙的將原冬季采暖負荷通過(guò)幾臺負荷小的換熱器摘除;最大限度的實(shí)現全年低溫熱盡可能利用;

 

  4)熱水部分加強設備及管道保溫,減少散熱損失,冷水罐不保溫,以保持較低的回水溫度,多取低溫熱,節省循環(huán)冷卻水消耗;

 

  5)設備及管道布置盡量緊湊合理,減少散熱損失和壓力損失。

 

  5 經(jīng)濟評價(jià) 本項目實(shí)施后,冬季可回收并外供低溫熱1023×104 kcal/h,夏季可回收并外供低溫熱643× 104 kcal/h?？鄢鞠到y用能后,可降低裝置能耗年均1.89kgEO/t原料(水)?？鄢裏釗p后,罐區夏季可節省1.0MPa蒸汽(180℃)9.86t/h,折合熱量585 ×104 kcal/h;冬季可節省1.0MPa蒸汽(180℃)13158t/h,折合熱量806×104 kcal/h。每年可節省1.0MPa蒸汽93700t。

 

  通過(guò)分析和估算對本工程得出如下結論:

 

  1)本工程約需新增建設投資831萬(wàn)元,新增總投資約835萬(wàn)元。

 

  2)本工程投產(chǎn)后正常年每年可節約費用731萬(wàn)元,實(shí)現利潤418萬(wàn)元;內部收益率達到了59.48%(全部新增投資,所得稅前);凈現值為2110萬(wàn)元(全部新增投資,所得稅前)。

 

  6 結束語(yǔ)

 

  通過(guò)對第二套常減壓裝置低溫熱余熱利用項目的介紹,了解到了一些裝置節能降耗的措施,通過(guò)建立完整的熱水循環(huán)系統,達到熱源取熱及熱阱用熱的平衡,主要通過(guò)熱水實(shí)現熱源與熱阱間熱量傳遞,達到低溫熱的充分利用。本項目采用了國內成熟、可靠的工藝方案,工藝技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)安全可靠,經(jīng)濟合理,具有良好的經(jīng)濟和社會(huì )效益。為全廠(chǎng)低溫熱的利用樹(shù)立了一個(gè)典范,值得我們學(xué)習。