延迟焦化装置的节能分析与优化策略

延迟焦化装置的节能分析与优化策略

高志涛

中国石化股份公司天津分公司炼油部联合四车间  天津市  300270

摘要：介绍了延迟焦化装置节能分析的方法，重点对焦化装置能耗现状、能耗结构和原因进行了分析，并从工艺改造、换热系统、设备维修等方面提出了相应的优化策略。石油炼制过程中，常压渣油首先需要在加热炉内进行热裂化处理，以获取高质量的轻质油，然后通过蒸馏分离，使渣油的含油率降低至1%以下，从而获取合格的轻质油。焦化过程是渣油在加热炉炉管内进行的，一般采用延迟焦化工艺进行加工。延迟焦化装置是炼油化工企业重要的能耗设备，是炼油化工企业生产中重要的耗能环节，也是炼油化工企业能源消耗中最大的环节。因此如何降低延迟焦化装置能耗效率、降低其能耗对炼油企业节能降耗具有十分重要的意义。

关键词：延迟焦化装置;能源消耗;节能措施

引言

延迟焦化装置用能构成的成分中，以燃料气、蒸汽、电能和水为主，为了减少这些资源的损耗，从而提升能量的利用率，达到节约和保护环境的目的，可以采用采用新型双面辐射炉、改进空气预热器、优化装置循环比、热媒水伴热改造、加装疏水器、优化冷焦水流程、减少焦炭塔冷焦大小吹汽量等方法，来减少装置的综合功耗。

一、延迟焦化装置能耗现状

由于延迟焦化装置设计、施工、操作、管理等方面原因，工艺设计不够合理，换热面积达不到要求，换热器效率低，工艺过程中的能量损失较大，且能耗水平高，直接导致装置能耗高。同时，由于受工艺条件的影响，换热系统运行效率低和设备故障率高，影响了装置的平稳生产。

根据有关统计数据显示：焦炉炉管在运行过程中每小时需要消耗20~80t燃气（约占总耗量的14%~18%）；加热炉的热效率为60%~65%左右；燃气系统热损失占总热损失的20%~30%；机械设备的热损失占总热损失的15%~20%。由此可以看出，焦炉炉管和加热炉都是主要能耗设备。延迟焦化装置能量损失主要包括：加热炉、分馏塔、瓦斯系统、换热器等。其中加热炉和瓦斯系统能耗较大。同时由于工艺设计不合理，换热面积达不到要求，造成能耗高。焦化装置能耗高低是由原料油性质和操作条件决定的，因此加强对原料油性质和操作条件的优化是降低装置能耗的有效途径之一。

二、装置能耗结构和原因分析

目前，中国炼油厂所用的延迟焦化装置主要由加热炉和换热器两大部分构成。其中，加热炉为热功率最大的装置，约占总能耗的65%左右，换热设备的能耗约占总能耗的40%~50%。由于加热炉、换热器两大部分对能源消耗贡献较大，因此可以采用能量梯级利用来减少总能耗。

2018年中国炼油厂延迟焦化装置用能总量为5187.1万t标油，其中加热炉、换热器两大部分用能总量为734.6万t标油，占装置用能总量的79.5%。其他耗能设备包括汽轮机、动设备电机、风机等其他部分用能较少，仅占装置总能耗的18.2%。

装置能耗总量中加热炉用能占比最大，2018年为36.8%。其中主要原因是装置设备老化，导致加热炉热效率较低；换热器换热性能差导致换热温差不合格。

三、延迟焦化装置节能降耗措施

1.工艺技术改造

影响焦化装置能耗的因素有很多，如装置加工能力、产品质量、操作调整、设备维修等。为了降低焦化装置的能耗，需要在保证生产质量的前提下，尽可能降低装置的加工能力，减少产品损失；优化操作，降低操作人员的劳动强度；优化设备运行条件，提高设备运行效率；加强维修管理，提高设备维修效率；加强技术改造，不断优化装置技术状况等。

例如某炼油化工企业焦化装置投产后，其加工能力为600t/h，装置加工原料主要是渣油。从能耗结构分析来看：该企业焦化装置每加工一吨渣油约消耗35 kg柴油、3 kg石脑油、5 kg焦炭、10 kg原油及4 kg电力，能耗约为435 kW·h/t。

该企业对延迟焦化装置进行了节能技术改造，主要有两个方面：一是将原采用的双加热炉改为单加热炉，实现了炉型的优化。二是在不影响产品质量的前提下优化了工艺操作条件，包括汽提温度、脱油段压力等。改造后焦化装置的能耗大幅降低，每加工一吨原油约节约10~20 kwh。

2.换热系统优化

延迟焦化装置的能量利用效率与换热系统的设计密切相关，同时与加工过程中的产品性质和加热炉运行状况有关，因此针对换热系统进行节能改造非常必要。通常情况下，加热炉设备的热效率可达90%~95%，而在实际操作中由于设备故障、设计缺陷等原因造成的设备运行效率低下，热效率一般低于70%。因此要想提高装置的热能利用率，首先要加强对加热炉的日常维护与检修工作，尤其是炉管、加热炉内构件等方面的检查。同时合理制定加热炉操作计划，做到稳定运行，保证装置在规定工况下长周期运行。

3.设备维修改造

焦化装置能耗的设备主要包括加热炉、压缩机、循环水泵、空冷器以及蒸汽系统等。加热炉是整个延迟焦化装置的心脏，其能效高低直接关系到整个装置的能耗高低。由于设备老旧，设计不合理，导致加热炉能耗居高不下，尤其是在冬季和低负荷工况下，燃料消耗过高。

2000年为了满足生产需要对加热炉进行了维修改造，更换了新型燃烧器，进一步提高加热炉热效率，改善炉膛内的热量分布。2008年新增焦化油品低温热项目。P115/3,P132/1改变频。2012年加热炉更换具备排烟功能的空气预热器。2018年通过增加启动隔膜泵和部分跨线实现气压机级间密封水进软化水罐回收利用。引中水至切焦水罐，减少P-133开启时间。空冷器是延迟焦化装置中的重要设备之一，空冷器的能耗约占整个装置总能耗的6%左右。由于空冷器设计选型不合理、设备老化以及材质不达标等原因导致空冷器频繁发生故障，严重影响了装置运行效率。

4.节约蒸汽措施

首先，要在保证焦碳挥发性的前提下，对大、小吹气率进行适当的调整，以达到降低大、小吹气率。其次，对于冬天的开采，在保证设备的正常运行和保证设备的抗冻性的前提下，减少跑冒滴漏，杜绝小白龙，减少蒸汽的排放，在蒸汽的排放部位设置一个疏水的设备，可以在冬天的时候减少蒸汽的损失，节省蒸汽。在其他季节随着温度的上升及时较少甚至停掉轻油伴热，增加低温热的循环利用。对于气压机操作应根据防喘振线实行卡边操作，可考虑增加高效的防喘振系统。

结语

通过对该装置的能源使用情况的简要分析，认为该装置在使用能源的同时，还存在着燃烧瓦斯、水蒸气等能源的大量消耗，以及大量的废气排放，以及废热回收效率低下等问题。为达到节能降耗，利用先进的技术和设备，对延迟焦化装置进行改造和优化，对节约燃料气、蒸汽、电能和水等资源具有明显的作用，但与同行业相比，能耗仍较大，需要对压缩机、加热炉等主要耗能设备进行进一步节能改造。

参考文献：

[1]杨万强，唐铭辰，唐媛媛. 延迟焦化装置用能分析及节能措施[J]. 能源化工，2018（2）：24-27.

[2]靳松. 提高延迟焦化装置加热炉热效率的技改措施[J]. 化工管理，2017（6）：257.