中国石油四川石化有限责任公司 四川 成都 611930
摘要:加热炉是石化企业重要的供能设备,也是节能环保重点关注对象。某公司渣油加氢装置根据环保要求,在加热炉烟气排放系统安装了烟气在线监测仪表,主要是监测三台加热炉烟气排放指标,很大程度上保护了环境,有利于社会的持续发展。该装置原始安装的烟气环保表为EL3020,采用红外检测原理,当烟气中含有多种被测气体和烟尘时,烟气成分对两个波段处的吸收具有叠加效应,检测精度就会受到影响,影响了装置的正常运行,为解决这一问题,该装置通过技术攻关、设计变更等手段,做出了相应改变。
关键词:烟气环保;加热炉;检测;运行
1.简介
某公司300×104t/a渣油加氢脱硫装置采用CLG公司的上流式+固定床渣油加氢脱硫工艺技术,以哈萨克斯坦、南疆及北疆原油的减压重蜡油和减压渣油为原料,原料进入装置后,通过反应加热炉加热至一定温度,经过加氢反应,脱除硫、氮、金属等杂质,降低残碳含量,为催化裂化装置提供原料。给装置提供热能的设备主要为两台反应加热炉和一台分馏加热炉,三台加热炉共用一个烟道,烟道总管处安装烟气监测设施,主要是为了减少二氧化硫、氮氧化物、粉尘的排放,管控污染,能够在环保的前提下实现企业又好又快发展。
2.存在的问题
2.1 在日常的操作中,当燃料气组分波动或者加热炉负荷较高时,烟气环保表会出现超标现象,尤其是催化剂末期,受到烟气环保标指标的限制,不能有效的利用第一反应器、第二反应器的热量,导致第一反应器、第二反应器催化剂性能剩余,后面三台反应器热量不足,催化剂使用提前超性能,造成产品不合格,甚至影响装置长周期运行。
2.2 装置在2020年、2021年开停工阶段,烟气环保表出现了大幅度的超标现象,按照公司相关规定,超标第一时间,联系相关人员进行校表、采样,实际采样后,烟气排放指标是完全合格的,因此判断烟气环保表有一定的误差或有一些干扰因素的存在。然而,装置的操作必须要依据烟气环保表的测量数据,保证测量数据在指标范围内,这样就给装置开停工阶段的操作造成了一定影响,甚至影响了装置开停工进度。
2.3 2020年,渣油加氢装置催化剂运行至末期,按照工艺需求,对反应加热炉出口进行提温,在提温过程中,DCS画面烟气环保表突然上涨,并且很快超出指标,主操发现后,立即汇报相关人员,联系专业人员进行校表、采样,实际采样后,烟气排放指标是完全合格的;同时,主操停止了提温操作,恢复工艺至提温前状态。
3.原因分析
3.1 操作速度过快,造成烟气环保表超指标。渣油加氢装置在开工阶段引柴油时,所需直馏柴油来自罐区,温度较低,为确保反应系统温度不变,在直馏柴油进入加热炉后,要保证炉出口温度稳定,就需要快速增加加热炉燃料气量,在操作过程中,造成烟气环保表超标。
3.2 烟气在线监测系统故障。原因一,烟气采样系统堵塞,采样探头、采样管或过滤滤芯出现堵塞现象;原因二,采样系统泄漏,根据氧气浓度偏高,判断可能采样系统漏气,稀释了空气中的氮氧化物、二氧化硫,造成一定的数据偏差。
3.3 红外检测烟气分析仪表有一定的误差或有一些干扰因素的存在。为克服随机干扰,采用数字滤波处理的方法,对烟气成分检测信号 A/D转换结果进行处理,通过一定的计算和判别程序,减少输入信号中的干扰成分。
系统采用红外气体分析仪进行模拟信号采集,采集过程发现,当烟气中含有多种被测气体和烟尘时,烟气成分对两个波段处的吸收具有叠加效应,检测精度就会受到影响,尤其容易受到甲烷的影响,仍然会造成检测数据的误差。
4.解决方法
4.1 对于烟气检测系统的故障,在第一时间安排专业在线分析人员进行现场检查,对过滤滤芯、采样探头以及反吹系统进行详细检查,分析烟气流速前后的差异,观察泵前与泵后采样系统是否畅通,如有漏气,排查漏气的原因,结合烟气流量变化,泵前后压力,修复烟气在线监测系统的泄漏,确保测量的准确性。
4.2 操作方面,结合之前的操作经验,总结关键时段的操作要点,严格执行。让原料油进反应器前,在滤后原料罐循环升温一定时间,给反应加热炉一个缓冲时间,尽量降低炉子提温速度,确保烟气环保表在指标范围。在增加燃料气的同时要及时调整加热炉配风,操作过程微调、精调,重点监控,保证合理的燃气比,使加热炉高效运行,从而在满足提温所求时,不影响环保指标。
4.3 采集近期的采样数据,进行对比,屏蔽操作方面的影响。通过在烟气总管开活动小采样孔(每次采样结束后,封闭小孔),采用通用射流引射取样装置,将射流区域的管径和长度增大,加大喷射气体的流速,提高气体喷射产生的负压(大于取样点处烟气的负压),保证了烟气的取出。同时在射流气体气源处增加了稳压装置,使气流稳定,样品准确。
定期采样,分析工艺操作、加热炉效率、同类型装置的测量设备等,提取出不同的数据。
采样时间 | 燃料气量 | 加热炉效率 | 二氧化硫 | 氮氧化物 | 粉尘 |
2022.6.15 | 406 | 92.68 | 9 | 21 | 3 |
2022.6.20 | 415 | 92.71 | 13 | 19 | 6 |
2022.6.25 | 408 | 92.91 | 11 | 20 | 5 |
2022.6.30 | 411 | 92.88 | 11 | 23 | 3 |
2022.7.5 | 421 | 92.81 | 8 | 18 | 4 |
2022.7.10 | 419 | 92.99 | 14 | 23 | 6 |
2022.7.15 | 409 | 92.83 | 11 | 22 | 4 |
表一:烟气检测数据(紫外线状态)
渣油加氢装置优化了原有的流程后,发现烟气环保表的超指标问题仍然存在,技术人员汇总红外线状态和线下实测状态下的烟气检测数据,对比实际采样数据,统计分析,判定为测量原理的问题,提出对测量仪表进行更换,把烟气检测仪表更换为紫外线测量模式,消除其他污染物浓度的影响,同时,紫外线烟气分析仪采用自适应算法,不但光强度对检测不受影响,还可以延长光源的使用寿命,减少维护工作量,彻底解决问题。
5.结语
当前石化行业加热炉在线监测系统,设置在线烟气分析设备、检测元件等实时检测排放烟气信息,通过OPC技术直接提取到DCS控制系统,构建了集成加热炉运行状况分析、故障诊断、优化操作、炉膛温度场模拟等内容,尤其烟气环保指标的监控直接接入政府的检测系统,起到共同监督,共同保护环境的目的。
加热炉烟气检测系统在环保应用中,工艺操作是一方面,如何选择一套适合装置的检测系统更是非常必要的方面,该装置通过操作分析,数据统计,选型对比,设计研究等,最后选用了PS7400系统测量仪,利用紫外线测量原理,消除其他污染物浓度的影响,提高测量精度,并且可同时监控污染物浓度,解决装置加热炉提温问题,确保第一反应器、第二反应器的取热问题,减轻后面三台反应器的负荷,保装置的长周期运行。
该系统已成功应用到渣油加氢加热炉上,从运行效果看,该系统实现了企业对加热炉在线、网络化监管,提高了生产管理水平,在节能、环保、安全等方面具有显著的经济、社会效益。
参考文献:
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[2] 易 江.我国二氧化硫和烟尘测试技术的进展[J].现代科学仪器 ,1998,(6):6—15.