加氢裂化装置节能对策探讨
摘 要：加氢裂化原料逐渐重质化、劣质化，带来3种不利因素：一是腐蚀增加，尤其是氢气阀门内漏造成氢气浪费；二是易于结垢，对原料油高压换热器运行带来潜在的不利因素；三是燃料用量上升。因此重视和积极实施节能对策，对加氢裂化装置的长周期运转起着决定性的作用。文章对加氢裂化装置历年来采取的节能新技术、新装备和新举措进行了回顾。
关键词：烟道气余热回收，杜绝氢气泄漏，新型燃烧器，阻垢剂，循环水回收
石化上海石油化工股份有限公司加氢裂化装置系成套引进装置，由德国鲁奇公司进行工程设计，使用美国联合油公司的专利，采用一段串联循环流程。原设计是以生产重石脑油为目的产品，大于177馏分全部再循环转化，处理能力为900kt／a减压柴油，于1985年1月投产。
为了充分发挥加氢裂化装置的生产潜力和产品调整的灵活性，提高对国内外市场的适应能力，1998年对加氢裂化装置进行了改扩建，改造后的处理能力由900kt／a扩大至1500kt／a，生产方案由全循环改为一次通过。
加氢裂化的原料为氢气和减压柴油，产品为干气、液化气、轻石脑油、重石脑油、航煤、柴油及尾油，同时可根据原料及产品供求变化情况，调整装置的生产流程和操作条件，以达到优化生产，提高效益的目的。
随着我国加入WTO，加工进口原油是沿海石化企业提高效益的有效途径，随着原油价格逐步与国际市场接轨，装置从以前只加工国内大庆油、黄岛油等逐步转向加工外油，特别是由于沙轻油硫含量较高，使加氢裂化原料VGO(减压柴油)中的硫含量大幅增加。
从2000年5月起，装置开始逐步掺炼高硫原料，表1为历年来原料油VGO中的硫含量情况。
从2002年9月起，随着上海石化炼油化工部(以下简称炼化部)新建装置的投用，为了平衡炼化部新建装置所产的焦化蜡油，提高经济效益，炼化部要求加氢裂化装置在VGO中掺炼焦化蜡油。掺炼焦化蜡油后，一是原料的密度、残炭增加，性质变重；二是原料中的硫、氮含量上升，反应温度提高。因此节能工作面临着新的挑战。
1 装置能耗状况
加氢裂化装置的能耗情况如表2所示。
从表2可以看出，由于近年来加氢裂化实施了一系列的节能措施，使综合能耗比较稳定，但是要使节能工作有大的突破，还需要化一番大力气。
2 存在的主要问题
加氢裂化原料逐渐重质化、劣质化，至少带来3种不利因素：一是腐蚀增加，尤其是氢气阀门内漏造成氢气浪费；二是原料油高压换热器壳程易于结垢，对原料油高压换热器运行带来潜在的不利因素；三是燃料气用量上升。因此重视和实施节能工作，对加氢裂化装置的长周期运转和提高装置运行水平起着决定性的作用。存在的问题主要有：
①其加热炉燃烧空气并未采取任何预热措施，直接进加热炉进行燃烧。燃烧后的烟道气经烟囱排向大气。
②紧急泄压阀内漏，造成氢气泄漏。
③原料油高压换热器内部结垢导致换热效果下降，使循环氢加热炉燃料气量上升。
3 节能对策的实施
(1)增设加热炉烟道气余热回收系统
加氢裂化装置两台循环氢加热炉的设计是20世纪60、70年代水平，主要问题是：加热炉燃烧空气并未采取任何预热措施，直接进加热炉进行燃烧，燃烧后的烟道气经烟囱排向大气。存在着排烟温度高、炉效低的重大缺陷。2002年经过调研后，炼化部采用了上海711所的热管技术进行改造。
热管是一种高效的传热元件，它利用管内液体的蒸发和冷凝来传递热量，不需要外加动力，液体能自行循环。
2003年10月开始投用，投用后，空气预热温度达到143℃，炉子热效率提高6%以上，热管系统投用至今，运转状况良好(见表3、表4)。
从以上表格中的数据可以看出，热管投用以后，各炉的热效率均明显上升。在相同负荷时，所消耗的燃料气量也明显降低了，产生的经济效益可按下式：
(原燃料气用量—现燃料气用量)×空气密度×燃料气相对密度×燃料气单价×全年工作小时：(1423.7—1147)×1.25×0.82×2000×8000×10-7=453.7万元／年
(2)更换新型阀门
0.7MPa／min、2.1MPa／min紧急泄压阀的运转条件由于压差大，气动控制精度差，加上自1985年投用以来，经氢气和硫化氢介质的长期冲蚀，两只泄压阀内部阀座接触面出现内漏，存在着1000Nm3／h左右的泄漏量。但是在正常运转状况时无法进行解决，长期下来也造成了不少的浪费。在2003年9月的大检修中，更换日本KOSO公司生产的6级降压控制阀，同时增加了两个仪表风罐，在仪表风系统故障维护时，可以维持0.7MPa／min、2.1MPa／rain泄压阀20min不打开。开车后，我们对0.7MPa／min、2.1MPa／min泄压阀的泄漏量进行了现场检测，更新后的0.7MPa／min、2.1MPa／min泄压阀已无泄漏。氢气以1万元／t计，浓度为95%，每小时泄漏氢气1000Nm3，全年按8000h计，效益如下：
1000×95%×8000=7600000(Nm3)
因为氢气每8000Nm3／h相当于1t重量，所以7600000÷8000=950(t)
通过计算，全年减少氢气损失950t，则：950×10000=950(万元)，全年创经济效益950万元。
(3)采用新型的LGH—Q强化传热型燃烧器
减压塔底重沸炉是20世纪90年代加氢裂化改造时由洛阳石油化工工程公司设计，上海设备安装公司安装。炉管内介质为减压塔底油，自1990年投入运行，在近几年运行中我们发现热量损失，热效率降低，为此在检修中更换了新型的LGH—Q强化传热型燃烧器。
LGH—Q强化传热型燃烧器是一种既强化燃烧又强化传热，节约动力又节约燃料的强化节能型燃烧器，能有效的降低炉管热强度的不均匀性，提高炉管表面热强度和热效率，强化传热，提高炉管平均热强度，可提高热负荷15%-50%或提高热效率2%—5%，通过调节燃气喷枪的燃气量调节环的大小来对燃烧工况进行微调。它改变了传统燃烧器环形燃火的形式变中心燃火，火焰收敛，刚劲有力。
从LGH—Q强化传热型燃烧器运行情况来看，减压塔底重沸炉的燃烧工况达到设计要求，节能效果较为明显，燃料气用量减少较多。减压塔底重沸炉燃料气流量从大修前470Nm3／h，降至现在的360Nm3／h。在达到同样热量的情况下，节约110Nm3／h左右燃料。
产生的经济效益可按下式计算：
节约的燃料气用量×空气密度×燃料气相对密度×燃料气单价×全年工作小时
=110×1.25×0.82×2000×8000×10-7
=180.4(万元／年)
(4)采用阻垢剂减缓高压换热器的结垢速率
加氢裂化装置在运转末期的时候，由于原料中胶质沥青质的作用，使高压换热器内部结垢严重，降低了换热效果，导致循环氢加热炉燃料气量上升。因此，加氢裂化装置于2002年1月下旬在原料油中开始加注TFH-3加氢阻垢剂，以减缓高压换热器的结垢速率。
从2003年大修中对原料油高压换热器打开观察，结垢很少，说明THF-3阻垢剂使用情况较为理想。
(5)消除循环氢压缩机放空阀门内漏而造成的氢气泄漏
对循环氢管线和阀门采取用手摸、用耳听等方法经常进行检查，在2004年发现循环氢压缩机的放空阀门存在内漏现象，据估算每小时泄漏氢气400Nm3。
将放空阀门前的截止阀关闭，并在截止阀上加装气动操作装置后，管线发热现象消失，说明泄漏被消除。
氢气以1万元／t计，浓度为95%，每小时泄漏氢气400Nm3，全年按8000h计，经济效益计算如下：
400×95%×8000=3040000(Nm3)
因为氢气每8000Nm3／h相当于1t重量，所以：
304000÷8000=380(t)
通过计算，全年共减少氢气损失380t，则：380×10000=380(万元)，全年可创经济效益380万元。
(6)将脱气罐闪蒸出的气相脱硫处理后加以回收利用
加氢裂化装置高压分离器、低压分离器、脱戊烷塔顶回流罐、脱丁烷塔顶回流罐、C3／C4分离塔顶回流罐内的酸性水进入酸性水脱气罐进行降压脱气后送至酸性水汽提系统进行处理，而闪蒸出的气相直接排放至主火炬系统。由于该股气相夹带有较多的H2S(49.41%)和SO2((5.71%)，直接进入主火炬系统会造成火炬气回收装置不能正常运行，对环境造成污染，烃类直接进入主火炬烧掉，也是对能源的浪费。因此对加氢裂化气相排放情况进行排摸以后，提出将脱气罐闪蒸出的气相增接管线送至气相吸收塔进行脱硫处理，然后再送至燃料气系统加以回收利用。这样酸性水脱气罐闪蒸出来的气相进行脱硫并利用，不仅保护了环境，而且使火炬气回收装置能够正常运行，经2006年3月18日增接管线后于2006年3月27日一次投用成功。
脱气罐闪蒸出约80Nm3／h含37.29%的烃类的气相，该股气相经脱硫后送至燃料气系统。每小时可多生产0.064t燃料气，全年可多生产512t燃料气，燃料气按2000元／t计算，经济效益为512×2000=102.4万元，扣除全年消耗8.5t脱硫剂(19610元／t)，全年增加经济效益：102.4-(1.961×8.5)=85.73(万元)。
(7)增接管线将酸性水汽提以后的净化水作为液力透平的喷淋冷却水，以代替原来使用的循环水
高压加氢裂化装置高压分离器的操作压力为14.1MPa，低压分离器的操作压力为1.86MPa，两者之间存在着很大的压力差。为此，在高压分离器和低压分离器之间设置了液力透平来驱动原料泵。液力透平投用能够节约原料油泵35%的电能。因此，确保液力透平的正常运转是降低能耗的一条有效途径。
从2004年初开始，由于液力透平在运转过程中密封油冷却器故障，造成换热效果下降，致使液力透平外密封经常发生泄漏，影响了液力透平正常运转和装置的安全生产。在液力透平密封油冷却器故障不能修复的情况下，2006年9月采取了增接管线用水对液力透平外密封进行冷却，利用酸性水汽提装置处理后所生产的多余的净化水作为液力透平密封部分的喷淋冷却水，同样达到了对液力透平GAT-101外密封的冷却效果。节约循环水资源，循环水按5元／t计算，共产生经济效益20万元。
(8)针对烟道气回收系统的热管传热效果下降的现状，开展调研活动，寻找解决的途径
自从2003年10月烟道气回收系统投用以来，由于热管表面结垢，使排烟温度从165
逐渐上升至目前的215℃，因此，急需寻找一个解决的办法。在赴石化扬子石化股份有限公司芳烃厂加氢裂化装置调研后，了解到该公司是在余热回收系统的热管外部增接氮气管线，每天对热管内部管束表面进行吹扫，效果较好。该公司的做法给了我们启示，因此下一阶段准备在采取增设吹灰器等措施方面开展工作，提高热管的传热效果，降低燃料气的消耗。
4 结束语
对老装置存在的一些高能耗设备和现象，实行工艺优化、用能优化和节能生产，这些方面还远没有达到极限，还有很多工作可做。关键是要关注细节，认真地开展节能降耗的现场排摸工作，注重同类装置节能信息的收集和交流，常抓不懈，齐心协力，把各项节能措施落实到位，发挥到最佳状态，以达到节约资源、节约能源和提高装置运行水平的目的。
