科技进步优化运行科学管理降低装置综合能耗

2011-04-21中国石化上海石油化工股份有限公司周玲娟

上海节能 2011年7期

中国石化上海石油化工股份有限公司周玲娟

1 前言

近年来，随着我国经济的快速发展，我国对能源的需求呈现快速增大趋势，如何节约能源和合理利用能源对我国经济的可持续发展至关重要。就行业而言，乙烯行业是石化企业能耗大户，一个百万吨级乙烯装置的能耗基本等同于一个千万吨级规模的炼油企业，尤其是在目前高油价背景下，节能降耗已日益成为国内企业降低生产成本，提高市场竞争力的重要手段，同时也鞭策着企业由粗放型管理方式向集约型方向发展。

上海石化2#乙烯装置于1989年12月建成投产，设计乙烯生产能力为300kt/a，1997年进行扩能改造至400kt/a，2002年进行第二轮扩能改造，并于2002年4月投产，总乙烯设计能力为700kt/a，2005年2#乙烯综合能耗为683.7kg标油/t乙烯，1#乙烯和2#乙烯合计综合能耗为710.6kg标油/t乙烯。

上海石化是中国石化的控股公司，为了确保“十一五”节能目标的顺利完成,中石化下达了乙烯综合能耗660kg标油/t乙烯的技术经济指标，两套乙烯装置的节能改造也因此拉开了序幕。本文对2#乙烯装置的节能改造进行介绍。

2 依靠科技进步，降低装置能耗

2.1 应用先进的裂解炉技术

上海石化2＃乙烯装置经两轮改造后乙烯生产能力为70万t/a。第二轮扩能改造是并联一套30万t乙烯生产线（称为新区），裂解炉技术较先进，设计热效率达93.5%。本次改造是对老区7台SRT-III型裂解炉进行节能改造，主要措施是在裂解炉对流段增设蒸汽过热模块，从而停用原有的蒸汽过热炉，降低装置能耗，提高装置安全运行系数。

2007年对上述老区7台SRT-III型裂解炉进行节能改造，其中3台裂解炉在节能节能改造同时还进行了扩能改造，由SRT-III型改造为GK-VI型炉，能力由4.5万t扩至6.2万t；一台改造辐射段和对流段，能力不变；3台只改造对流段，能力不变，保留原来的辐射段和废热锅炉。裂解炉改造前后运行数据对比见表1。

表1 扩容裂解炉热效率设计数据与实际数据比较

从表1的数据可以看出，裂解炉进行节能改造后，平均炉子热效率提高1.8%左右，节能效果非常明显。

2.2 应用空气预热器技术

乙烯装置是耗能大户，从裂解到分离，热端物料最高温度达1100℃左右，冷端物料最低温度为-167℃左右。装置内部建有4个等级的蒸汽管网，蒸汽基本能实现梯级利用，但蒸汽凝液的余热除部分被回收利用外，大部分余热由循环冷却水带走，既浪费了能量又增加了动力消耗。

改造分两次进行，新区4台裂解炉于2007年进行，老区9台裂解炉于2009年进行。裂解炉采用北京航天动力研究所提供的专利技术“乙烯裂解炉底部燃烧器空气预热系统及方法”，即利用乙烯装置内过剩的低温热，如低压放空蒸汽、中压凝液和自身循环的急冷水作为加热介质[1]，加热增设在裂解炉底部烧嘴的空气预热器，使进入炉膛的空气获得温升，从而降低了裂解炉的燃料消耗。新区空气预热器的热源是中压蒸汽凝液和低压蒸汽凝液，老区采用的是急冷水。裂解炉空气预热器使用前后的运行数据见表2。

表2 裂解炉空气预热器使用前后的运行数据

从表2可以看出，裂解炉增设空气预热器后，新区燃料气用量平均节约618Nm3/h，老区燃料气用量平均节约401Nm3/h，全年共节约燃料气8152000Nm3左右。不仅回收了装置内的低温余热，而且也改善了低压闪蒸罐区域的操作环境。老区裂解炉自安装空气预热器，用86℃急冷水作热源后，改善了老区急冷水系统的操作，整个装置也不再因夏季气温偏高导致循环水系统出水温度偏高，不能满足工艺要求，使装置不得不降负荷操作的困忧。

2.3 扭曲片管强化传热技术[2]

扭曲片管是一种管内带有扭曲片的精密整铸管件，炉管内的流体通过扭曲片管时，流体由原来的柱塞流转成旋转流，对管内壁形成强烈的横向冲刷作用，从而减薄边界层厚度，增大炉管的总传热系数，减缓管内壁的结焦速度，延长裂解炉运行周期。

上海石化2007年首先在2#乙烯新区2号裂解炉上安装了扭曲片管，裂解炉运行周期从40天延长到78天，而且加扭曲片管后裂解炉的投料量增加了7%。由于裂解炉运转周期的大大延长，减少了裂解炉清焦次数，降低了裂解炉的能耗。在后来的几年里，更换炉管的裂解炉上都安装了扭曲片管。

2.4 先进控制技术（APC）

先进控制技术采用科学、先进的控制理论和控制方法，以工艺控制方案分析和数学模型计算为核心，以工厂控制网络和管理网络为信息载体，充分发挥DCS和常规控制系统的潜力，保证生产装置始终运转在最佳状态，以获取最大的经济效益。

2#乙烯装置先进控制技术于2007年6月开始启动，应用的范围包括：14台裂解炉（含新区的4台SL-II型裂解炉、老区的5台GK-VI型裂解炉、4台SRT-Ⅲ型裂解炉以及1台GK-V型炉），老区的乙烯精馏塔和丙烯精馏塔、新区的丙烯精馏塔。APC实施前后的数据是[3]：裂解炉各组炉管出口温度偏差由原来的±3℃～4℃下降到±1℃，裂解炉总进料量波动范围由原来的±1%下降到0.25%；乙烯精馏塔塔釜出料乙烯浓度月平均从原来的3.59%下降到0.57%；丙烯精馏塔塔釜出料丙烯浓度月平均从原来的11.86%下降到1.54%。乙烯装置先进控制的应用，年可增产乙丙烯15000t左右。

3 优化运行，降低装置能耗

自2007年开始2#乙烯装置开展了一系列的节能技术改造，达到了预期的目的，但与同行业兄弟单位比，乙烯综合能耗水平远远落后于他们。为此，我们先后到燕山、茂名等企业开展乙烯装置节能降耗等调研，在物耗、能耗等方面学习他们的先进经验，结合自身实际情况，采取了一系列节能降耗优化措施。

3.1 优化蒸汽系统平衡，减少蒸汽放空

乙烯装置内部有4个等级的蒸汽管网，分别为11.5MPa、42.0MPa 、1.6MPa和0.35MPa，主要为装置自产蒸汽，各等级蒸汽基本实现梯级利用，根据设计0.35MPa蒸汽夏季是富余的，富余的蒸汽向界外输送。由于公司没有0.35MPa等级蒸汽管网，除少部分蒸汽送罐区作伴热外，夏季剩余的蒸汽基本放空，约10t/h。2008年，装置开展优化蒸汽系统运行，通过修改蒸汽透平泵和电泵之间的联锁关系，实现互为备泵的作用，即根据季节调整蒸汽透平泵开启台数（原设计蒸汽透平泵用42.0MPa蒸汽作动力，抽出0.35MPa蒸汽，电泵均为备用），把多余的42.0MPa蒸汽直接送入公司中压蒸汽管网，从而彻底消灭了放空蒸汽。

3.2 优化工艺操作参数，降低装置蒸汽消耗

2#乙烯装置有2条乙烯生产线，老区淬冷器防焦蒸汽用1.6MPa（MS），而新区是用0.62MPa的稀释蒸汽（DS），DS是急冷油与工艺水换热产生的。一方面由于DS压力较低，淬冷器容易结焦，另一方面为了达到0.62MPa压力，不得不补入1.6MPa蒸汽来维持。为了改变这种不合理的用能方式，装置经研究决定新区也改用1.6MPa蒸汽作共用淬冷器防焦蒸汽，并大胆的提出DS系统压力由原来的0.62MPa降至0.50MPa，严格控制急冷油塔塔釜温度。采取以上措施后，减少MS蒸汽投用量14t/h。

4 加强科学管理，在满足合理消费的前提下，提高能源利用率

4.1 减少火炬排放，降低物料损失

火炬系统属安全环保设施，目的是为了及时处理装置非正常状态时，系统内排放的大量的气、液相烃类（通过火炬进行焚烧）。本世纪初，随着能源价格的不断攀升，能源管理也逐步重视，许多石化企业增设了火炬气回收系统（或增设气柜回收火炬气，或增设火炬气在线回收压缩机），近几年又提出了消灭火炬的设想，消灭火炬的前提是火炬自动点火系统的绝对安全和装置的源头排放控制。源头排放控制是节能减排最有效措施，从2009年起火炬气排放管理纳入日常监控重点项目。要求每班值班长记录火炬系统排放量，安排周一和周四对火炬气进行采样分析，发现异常变化，立即对系统进行排查。公司开展火炬气管理劳动竞赛，要求火炬气破水封次数和破水封累计时间同比下降10%。通过上述措施，装置向火炬系统排放量逐年下降，今年又提出了在2010年基础上减排10%的目标。

4.2 引进管理新机制，降低能源消耗

疏水器管理是公司的一大难点，主要体现在疏水器使用周期短、坏损率高、点多面广、更换频率高，能源浪费大。针对上述现象，2009年七月份烯烃部（2#乙烯装置属于烯烃部）推行疏水器区域承包管理模式，各装置对工艺及伴热疏水器进行了全面统计，并建立了疏水器台帐。由承包商每三个月对承包区域内疏水器进行一次全面检测，并将检测报告提供给装置，由装置对口人员对检测报告进行核实。今年公司设动部统一安排，从2011年一季度起实施疏水器第三方检测监督，这一管理新机制的实施，将大大降低装置蒸汽消耗。

4.3 优化裂解原料，提高产品收率

持续推进节能减排工作，最大限度减少资源消耗，坚持“宜烯则烯、宜芳则芳、宜油则油”原则，优化乙烯原料结构。2009年9月上海石化60万t/a对二甲苯装置建成投产，它的副产品干气碳二碳三含量高达50%左右，是优质的裂解原料，由于干气系统压力低，通常是用作燃料烧掉，优质资源没有得到综合利用。这次在芳烃装置设计过程中，增设了干气回收压缩机，使7t/h左右的干气送到乙烯装置作裂解原料，提高了乙烯产品收率。1600万t/a炼油改造工程将于2012年建成投产，为了回收催化干气中的C2+组分，在项目设计中也增设了炼厂干气回收乙烯成套技术，使资源得到充分的利用，提高产品的附加值。