李佳琳(海工英派尔工程有限公司， 山东 青岛 266101)

改造塔顶气回收和抽真空系统实现节能增效的研究

李佳琳(海工英派尔工程有限公司， 山东 青岛 266101)

减压塔的抽真空系统多采用蒸汽喷射法，但是具有消耗大量的蒸汽和冷却水、能源利用效率低等缺点。对胜利石化总厂的抽真空系统进行改造，更换为高效环保的水环式真空泵。通过增加螺杆压缩机回收塔顶气，每年可回收液化气2000t以上，增加收入1000余万元，具有较好的经济效益和社会效益。

减压塔；抽真空；蒸汽喷射法；水环式真空泵

减压塔的抽真空系统，目前普遍采用低效率的蒸汽喷射法抽真空系统。这种方法虽然具有设备简单，便于操作，蒸汽来源方便等优点，但是也具有蒸汽消耗较多，需要消耗大量冷却水，C3和C4组分不能回收利用，能源利用效率较低，生产成本较高，噪音较大的缺点。

随着建设可持续发展社会的进程不断加快，节约利用资源的要求也越来越迫切，如何充分利用资源、降低生产过程的能源消耗就成了一个紧要的问题。因此，有必要对抽真空系统进行改造，以充分利用资源，降低能耗，增加产品收入，实现经济社会的可持续发展。

1 改造背景

1.1 生产现状

胜利油田石化总厂的常减压装置自建成投产以来，历经多次改造。目前的处理量为200×104t/a，常减压装置加工原油为纯梁－胜利混合原油。

目前，石化总厂的减压塔抽真空系统采用三级蒸汽喷射器，减顶油气先经过减顶一级抽真空器进入一级抽空湿空冷冷凝冷却到33℃，未凝油气及水蒸汽由二级抽空器抽出，经二级抽空湿空冷冷凝冷却到45℃，未凝油气及水蒸汽再由三级抽空器抽出，经三级抽空湿空冷冷凝冷却到50℃。不凝气体引到F-01作为燃料气。自一、二、三级抽空湿空冷冷凝下来的油和水自流入减压塔顶分水罐。油、水分离后，减顶油经减顶油泵送出装置，减顶含油污水送出装置处理。

减压塔的塔顶压力约为4kPa(a)，减压塔顶温度为70℃，减顶回流温度为50℃。一、二、三级抽真空装置的蒸汽消耗量分别为676、561和513kg/h，抽真空装置共消耗蒸汽约1.7t/h，消耗能源较多，生产成本较高。

实际生产中，常压塔顶气、减压塔顶气和重整稳定塔顶、汽提塔顶气分别进入以下不同的流程。

常顶油气经常顶空冷器冷凝冷却到60℃后进入常顶回流罐，常压塔顶回流由此经过常顶回流泵打回常压塔顶。未能冷凝部分由常顶回流罐顶部进入常顶后冷器，继续冷凝冷却到40℃后进入常顶产品罐，再由常顶产品泵将常顶油送出装置。不凝气从常顶产品罐顶部进入常压瓦斯分液罐，在这里进一步分液后，去常压炉作为燃料气。减压塔顶的不凝气进入减顶瓦斯分液罐，经过分液后去常压炉作为燃料气。

重整的汽提塔顶气从汽提塔回流罐分出，作为燃料气进入干气脱硫部分，压力为0.75MPa(g)，质量流率约为599kg/h。干气经过净化后作为净化干气进入燃料气管网。重整稳定塔顶气经过稳定塔回流罐后，直接作为燃料气进入燃料气系统，稳定塔回流罐控制压力0.75MPa(g)，质量流率约180kg/h。

1.2 存在问题

减压塔抽真空系统采用三级蒸汽喷射器。抽真空系统目前存在的主要问题有：

蒸汽消耗量大，三级抽真空系统共需要蒸汽1.7t/h；需要大量冷却水；能源利用率低；性能易受流量波动影响。

通过对四股不同的顶气组成进行分析，顶气中均含有较多的C3和C4组分，按照目前的工艺流程只能作为燃料气白白烧掉，不能加以利用，阻碍进一步提高加工过程的附加值。

由于压力过低，常顶气和减顶气无法按照现有工艺流程直接进入吸收稳定装置，需要通过增压后才能进入吸收稳定装置进一步处理。

目前，常压塔顶气和减压塔顶气都是直接进低压瓦斯系统，去常压炉作为燃料。重整稳定塔顶气去燃料气系统，重整的汽提塔顶气去干气脱硫装置。这就造成了较多的C3和C4组分不能得到回收和利用，造成资源浪费。

考虑到减压塔顶抽真空系统和塔顶气回收系统存在的种种问题，为提高能源利用的效率，同时最大限度地降低油气损耗，增加产品收入，必须对抽真空和塔顶气回收系统进行改造。

2 改造工艺

根据减压塔抽真空系统目前的生产现状及存在问题，提出了以下改造方案。

2.1 工艺过程

在减压塔抽真空系统设置1台水环式真空泵，对应已建的三级蒸汽抽空器，同时保留已建蒸汽抽空器作为备用。原有的一级、二级蒸汽抽空器与新建的水环式真空泵构成复合抽真空系统。操作时，使用水环式真空泵替代对应的三级蒸汽抽空器，同时将已建蒸汽抽空器作为备用。

在塔顶气回收系统新建1台螺杆式压缩机及配套的缓冲罐。常顶气和减顶气集中到新建的瓦斯气缓冲罐，对其进行混合和分液。在缓冲罐底部设置2台机泵，将分出的液体送去污水处理系统。瓦斯气通过压缩机增压到0.2MPa(g)后，与调压后的重整稳定塔顶气和汽提塔顶气一同进入重催气压机入口分液罐，进吸收稳定回收其中的液化气组分。螺杆式压缩机采用变频控制，以适应不同操作气量。同时保留原塔顶气流程，在新建压缩机发生故障时切换到原流程。当吸收稳定装置发生故障时，加压后的瓦斯气至加热炉作为燃料。

该方案流程较为成熟可靠，因此很多炼厂的抽真空系统改造都采用该流程。工艺较为顺畅、灵活，紧凑，可根据实际情况调节，且具有生产管理方便等特点。缺点是只能替代第三级蒸汽抽空器，节约的蒸汽量较为有限。

2.2 主要设备

(1)水环式真空泵。水环式真空泵为成套设备，包括1台真空泵、1台电机、1个公用底座、1台卧式气液分离罐、1台密封水冷却器、1套系统内的管路阀门及相关仪器仪表等。

①操作条件

减压塔顶抽真空流量 690kg/h

减压塔顶压力 4kPa(a)

排气压力 110kPa(a)

冷却水温度 32/41℃

安装运行环境 室外

②真空泵性能技术参数

吸气压力 20kPa(a)

吸气温度 40℃

吸气流量 1700m3/h

排气压力 110kPa(a)

排气温度 约52℃

工作液 水

工作液循环流量 约5.86m3/h，37℃

冷却水 循环水，32℃

冷却水流量 约10m3/h

③主要的控制点及自控水平

分离器液位：分离器内水侧和油侧液位分别现场显示。分离器水侧液位变送器送4-20mA信号到DCS实现显示、报警或联锁停车(高、低液位报警，高高或低低液位联锁停车)，低液位时补液电磁阀自动打开补液。分离器内油侧液位变送器送4-20mA信号到DCS实现显示并控制排液调节阀开度。

进口压力：进口压力现场显示，并由压力变送器送至DCS显示或高、低报警。

出口压力：出口压力现场显示，并由压力变送器送至DCS显示或高压报警。

出口温度：出口温度现场显示。

抽气量：抽气量通过旁路控制，循环流量通过气动调节阀和入口压力变送器实现自动控制。

机组控制由用户DCS完成。

(2)压缩机组。螺杆式压缩机为成套设备，每套设备包括1台压缩机、1台电机、1个公用底座、1套润滑油系统、1套喷液冷却系统、1台气液分离器、1台气液冷却器、1套系统内的管路阀门及相关仪器仪表等。

①由于气量较小且出口压力不太高，因此选用可靠性较高的螺杆式压缩机。螺杆式压缩机具有以下特点。

a.可靠性高。螺杆压缩机零部件少，没有易损件，运转可靠，寿命长，大修间隔达4～8万小时；b.高压比。由于无油螺杆易损件在压缩过程中通过喷液来控制温度并且密封转子间隙，因而能够达到较高的压比；c.操作维护方便；d.可实现无人值守运转；e.动力平衡性好；f.适应性强；g.螺杆压缩机没有不平衡性力，机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转，体积小，重量轻，振动小，占地面积小。h.螺杆压缩机具有强制输气的特点，在宽广的范围内能保证较高的效率。

②螺杆压缩机主要的操作条件

进气温度 40 ℃

进气流量 常顶气585 kg/h ；减顶气70 kg/h

吸气压力 0.01MPa(g)

排气压力 0.2MPa(g)

冷却水温度 32/40℃

安装运行环境 室外

③设备参数

吸气量(入口状态) 10m3/min

吸入压力/吸入温度 0.01MPa(g)/常温

排气压力/排气温度 0.2MPa(g)/≤85 ℃

④主要的控制点及自控水平

对压缩机的进气、排气、供油压力分别显示，对润滑油过滤器压差、喷液过滤器压差、入口过滤器压差、油泵出口压力等分别设置显示和报警，并对压缩机排气压力和润滑油供油压力设置联锁停车。

对压缩机的进气、排气、润滑油供油和油箱、喷液温度进行显示和报警，并对压缩机排气温度设置联锁停车。

对润滑油油箱液位和气液分离器液位进行显示，并设置报警值。

(3)缓冲罐。进入缓冲罐的气量为常顶气585kg/h，减顶气70kg/h。该罐起到混合常顶气和减顶气的作用，同时兼具分液作用。选用Φ1000×3431，有效容积为2.5m3，设计压力0.6MPa(g)的缓冲罐1座。底部分出的液体通过新建的2台离心泵送至污水处理系统，同时设置罐内液位与泵的联锁启停。

3 实施效果

通过安装水环式真空泵和螺杆式压缩机，可以回收塔顶气中的C3和C4组分，每年增产液化气2000～2500t，每年增加收入1000余万元。

项目改造后，减少了蒸汽消耗量约4300t/a，但同时增加电和循环水的消耗，两项相抵，每年约增加燃料动力费用9.4万元。

通过改造，不仅实现了资源利用的最大化，而且可以降低现有抽真空系统的巨大噪音，改善工人的工作环境。因此，通过对塔顶气回收和抽真空系统的改造，有利于实现经济和社会的可持续发展。

李佳琳(1987- )，女，山东金乡人，助理工程师，大学本科，主要从事炼油化工、油气储运工艺设计工作。