浅谈低温余热利用工艺

  1 概述

 

  中国石油兰州石化分公司是中石油天然气股份有限公司的下属地区分公司。公司前身———兰练、兰化均是国家“一五”期间156项重点工程项目。公司集炼油、化工、化肥生产为一体。现有固定资产146亿元。 兰州石化公司有3套常减压蒸馏装置,其中第二套常减压装置于1990年建成投产,设计能力为250×104 t/a。经1994年和1997年两次改造达到了300×104t/a的加工能力。以往的装置改造侧重扩 能改造,对于能量优化特别是低温热利用并没有进行相应的完善。低温热将直接关系到装置的平稳运行及装置达标。

 

  夏季生产中,第二套常减压蒸馏装置有多股工艺物流,如初顶油气、常顶油气、减顶循环、常三线、常四线减五线混蜡等,进空冷器(或水冷器)的温度过高,大量低温热未经利用就被空冷(或水冷)带走,导致了装置公用工程的消耗偏高,原油加工成本居高不下。而在冬季生产中,装置只利用初顶油气的本分热源作为采暖水的热源,冬季由于受到采热总量和回水温度的限制(70℃),初顶油气的主要冷凝任务仍由空冷器承担,冬季采暖不能从根本上解决初馏塔平稳操作的要求。从以上分析,装置节能降耗有很大的潜力。目前,兰州石化公司42/7-9原油罐区有6个3万m3 原油罐。该罐区冬季用110MPa蒸汽加热维温,夏季用乏汽或1.0MPa蒸汽 加热维温。这样就形成了一方低温余热未经利用就被冷却系统带走;另一方耗用了大量的蒸汽,这种操 作造成了装置和罐区的重复浪费。如果采用热水作为进罐原油加热的热源,不但可以节省蒸汽,还可以提高热的利用率,同时还使得初馏塔返塔回流温度 偏高的问题得到解决。目前在第二套常减压蒸馏装 置低温热系统运行良好,节能效果明显。

 

  2 工艺概况

 

  根据计算,确定低温余热回收的热量为冬季1023×104 kcal/h、夏季为643×104 kcal/h。循环热 水设计流量为300t/h。低温热利用主要是利用热水传递热量,除补充部分水及加药外,没有其他的原料。热水采用软化水,补充水为凝结水以保证热水的长周期运行。设计冬季原油罐区给水温度为67℃(采暖水给水温度86℃,回水65℃),原油罐区回水温度为40℃;夏季给水温度73℃,回水温度50℃。冬季热水主要用于原油加热和采暖,夏季热水主要用于原油加热和罐区维温。原油停止加热时,加热用热水全部用于罐区维温。由于低温热利用随着环境温度变化而变化,其特点是调节适应性强,流程可随变工况、变季节而调整,具有较大的操作弹性。

 

  3 工艺流程简述

 

  目前能提供低温热源的工艺物流有初顶油气、常顶油气、减顶循环、常三线、常四线减五线混蜡。除了常顶油气受到常压塔后脱前原油换热器与空冷器高差的限制而低温热不好回收外,其他低温热均回收。本项目流程涉及广泛,包括42/7-9原油罐区、第二套常减压蒸馏装置、采暖系统,下面按照热源、热阱分别说明。

 

  3.1 热源部分

 

  3.1.1 低温热水系统

 

  本次改造是在保留原有水冷流程的基础上新增或优化低温热取热流程。对新增或者优化的低温热水流程作说明。

 

  冬季方案:装置进水(40℃)首先经过E-151与减顶循环油换热,然后分两路:第一路通过E-56与初顶油气进行换热;第二路依次通过E-150、E-149与常三线、混蜡(常四线和减五线)换热。第一路热水(68℃)再分两路:一路和前面的第二路混合 直接送150m3 的热水罐V-01;另一路作为采暖水经过E-154与减顶循环换热升温至86℃后送采暖用户,采暖回水回到同一热水罐与前两股热水混合(67℃),热后用泵送至罐区加热原油。装置内低温热水流程新增两组换热器:热水-减顶循环换热器E-154、回水冷却器E-02;更新一组换热器:将E-56ABC更换为一台板壳式换热器,其他设备利旧。

 

  夏季方案:装置进水(50℃)不经过E-151而到E-56与初顶油进行换热,然后经过E-154与 减顶油换热后不经过采暖用户,直接送至150m3 的热水罐V-01,热水(73℃)用泵送至罐区加热原油。

 

  3.1.2 工艺物流

 

  (1)初馏塔油气流程不变,油气从初馏塔顶抽出后依次通过E-56、E-47(空冷)后进入回流罐。现场拆除E-56ABC,更新一台板壳式换热器。未拆除前的E-56ABC热水采暖只在冬季使用,热水回水温度为70℃左右,供水温度90℃以上,水量为100t/h,受回水温度和采暖量的限制取热不充分,不能从根本上解决塔顶冷却能力不足的问题。夏季热水采暖系统停用,初顶油气的冷却全部由空冷器承担,返塔回流温度高,限制了塔的生产能力。新的热水流程在两个方面有优势,一从设备上,更换一台新型板桥式换热器可以提高换热系数,增加塔顶油气的取热量,同时3台换热器变为1台,不增加框架负荷;二从工艺上,新流程与现有流程相比,不仅降低了换热器E-56水侧的入口温度(70℃到45℃,夏季50℃),而且增大了水侧的流量(100～300t/h),更重要的是热水系统可以全年运行,从根本上解决了初馏塔顶冷却负荷的瓶颈问题。

 

  (2)常三线和混蜡(常四线、减五线)的工艺流程进行部分调整,其中E-150、E-149设备对调,以便低温热的充分采出。冬季生产时,E-150和E-149利用循环热水作为冷却介质,夏季生产时,E-150和E-149利用循环水作为冷却介质。

 

  (3)减顶循环现有流程保持不变,新增E-154一台。冬季、夏季运行中水侧流程不变,只是油侧流程稍有变动。

 

  3.2 热阱部分

 

  低温热水有三方面的利用,冬季采暖、原油加热、原油罐区维温。 冬季方案: 流程1:罐区回水(40℃)直接进回水水罐V-02(常压罐)。停止送原油时,部分热水送至42/7-9罐区维温,维温回水进入回水水罐V-02,V-02中的水用泵P-02送至第二套常减压装置作为进 水。V-02为1000m3 ,有三个作用:一是泵的入口缓冲;二是在停送油时,低温热水回水温度较平稳的变化,使回水冷却器E-02的调节平稳;三是达到装置的平稳生产。大部分热水通过布置在装置内的回水冷却器E-02冷却到要求的温度(40℃)。

 

  流程2:第二套常减压装置生产的热水一部分送至采暖用户,采暖回水和剩余部分的热水在装置 内的150m3 热水罐V-01混合后,用泵P-01送至罐区通过E-01ABC加热原油,回水(40℃)直接进第二套常减压装置。停止送原油时,部分热水送至42/7-9罐区维温,维温回水进入回水水罐V-02,大部分热水通过布置在装置内的回水冷却器E-02冷却到要求的温度(40℃)后也送至V-02,V-02中的冷水用泵P-02送至第二套常减压装置作为进水。

 

  流程1和流程2相比,前者是将回水冷却器放在V-02后。设备布置上,流程1的管线距离比流程2的管线短1km,这样可以节省泵的功耗管线投资。流程2的优点是:E-02的冷却水只在停止加热原油时投用,回水冷却器使用效率高。流程1的优点是:E-02的选型小,小时耗水量低。目前主要采用槽车运输原油,由于V-02的缓冲作用和输送原油的间歇性,流程2的冷却水可能处于常开状态,总耗水量较大。将来采用管道输送原油后,这部分水量会大幅度降低。综合比较后,选定流程1,这样更节省投资,且能耗小。 夏季方案: 第二套常减压装置生产的热水直接送至罐区,部分热水(约40t/h)送至42/7-9罐区维温,维温回水进入回水水罐V-02,大部分热水通过E-01ABC加热原油,回水(50℃)也送回V-02,V-02中的冷水用泵P-02送至第二套常减压装置作为进水。停止送原油时,该部分热水通过装置内的回水冷却器E-02冷却到要求的温度(50℃)。

 

  4 工艺特点

 

  根据节能原则,采取相应措施,使得此工艺具有以下特点:

 

  1)根据实际情况,优化各部分设计,合理选择工艺参数及新型高效率换热设备减少过程能耗;

 

  2)充分利用原油零位罐的低温热阱,优化换热流程参数,尽量降低回水温度,使得初馏塔顶热量回收增加;

 

  3)考虑到冬夏不同工况,在夏季工况下,巧妙的将原冬季采暖负荷通过几台负荷小的换热器摘除;最大限度的实现全年低温热尽可能利用;

 

  4)热水部分加强设备及管道保温,减少散热损失,冷水罐不保温,以保持较低的回水温度,多取低温热,节省循环冷却水消耗;

 

  5)设备及管道布置尽量紧凑合理,减少散热损失和压力损失。

 

  5 经济评价 本项目实施后,冬季可回收并外供低温热1023×104 kcal/h,夏季可回收并外供低温热643× 104 kcal/h。扣除本系统用能后,可降低装置能耗年均1.89kgEO/t原料(水)。扣除热损后,罐区夏季可节省1.0MPa蒸汽(180℃)9.86t/h,折合热量585 ×104 kcal/h;冬季可节省1.0MPa蒸汽(180℃)13158t/h,折合热量806×104 kcal/h。每年可节省1.0MPa蒸汽93700t。

 

  通过分析和估算对本工程得出如下结论:

 

  1)本工程约需新增建设投资831万元,新增总投资约835万元。

 

  2)本工程投产后正常年每年可节约费用731万元,实现利润418万元;内部收益率达到了59.48%(全部新增投资,所得税前);净现值为2110万元(全部新增投资,所得税前)。

 

  6 结束语

 

  通过对第二套常减压装置低温热余热利用项目的介绍,了解到了一些装置节能降耗的措施,通过建立完整的热水循环系统,达到热源取热及热阱用热的平衡,主要通过热水实现热源与热阱间热量传递,达到低温热的充分利用。本项目采用了国内成熟、可靠的工艺方案,工艺技术先进、生产安全可靠,经济合理,具有良好的经济和社会效益。为全厂低温热的利用树立了一个典范,值得我们学习。