延迟焦化装置冷焦系统工艺优化和节能措施

张生

(中海沥青股份有限公司,山东 滨州 256600)

1 延迟焦化装置冷焦水目前状况分析

1.1 焦化装置冷焦水工艺流程介绍

延迟焦化装置的冷焦水系统作用为在焦炭塔内生焦结束后,对焦炭塔内的焦炭进行冷却降温,在焦炭温度降温至规定温度以下时,进行除焦作业。其工艺流程为:在焦炭塔生焦结束后,对老塔用1.0 MPa蒸汽进行小吹汽,小吹汽结束后对老塔进行大吹汽,之后再开启冷焦水给水泵P501对焦炭塔进行给水操作,冷焦水从焦炭塔底部注入,冷焦水进入焦炭塔内瞬间汽化,带走大量的热量,达到冷焦的目的。随着冷焦水的逐渐注入,焦炭塔内焦炭的温度逐渐降低,冷焦水逐渐覆盖焦炭,充满焦炭塔,通过溢流管线进入热水罐V501。在焦炭塔内上、中、下三点温度下降至规定温度后,打开焦炭塔顶、底盖进行放水操作,再进行除焦作业。

1.2 冷焦水系统现运行状况分析

焦炭塔T101老塔处理过程中,通常小吹汽1.0 MPa蒸汽用量为3 t/h,小吹汽时间为1 h。大吹汽1.0 MPa蒸汽用量为15 t/h,时间为2～2.5 h。小吹汽作用为保持生焦孔畅通、延续老塔反应过程及保障分馏塔T102在焦炭塔T101切塔过程中的气相负荷,故不能做调整。而在大吹汽过程可以通过逐渐线性提高吹汽量及缩短大吹汽时间至1.5 h以减少蒸汽用量,同时通过逐渐提高大吹的蒸汽量来减缓大吹汽对冷却接触塔T104的冲击,防止蒸汽负荷突然大幅波动,降低接触冷却塔T104顶空冷器A104、接触冷却塔顶水冷器WC104等冷换设备负荷,并通过重蜡油蒸汽发生器SG102有效回收自焦炭塔T101带来的热量。

根据工艺操作规程,焦炭塔在冷焦开始给水过程初期,设计给水量为60 t/h,在冷焦过程中根据焦炭塔T101顶压力不大于0.2 MPa来逐渐加大给水量来,随着焦炭温度的逐渐降低,用给水调节阀和给水泵P501变频来控制给水量,冷焦水充满焦炭塔后溢流进热水罐,直至冷焦水降至放水规定温度。

根据现在的操作工艺分析其弊端有以下几点:

1)在对焦炭塔进行大吹汽初期和冷焦水给水初期,易造成接触冷却塔T104气相负荷过大,气相负荷携带大量接触冷却塔内蜡油组分进入后面冷却设备,经过接触冷却塔顶空冷和水冷后进入放空塔顶回流罐,造成T104循环蜡油雾沫夹带跑损及塔顶回流罐冷凝水乳化严重。

2)接触冷却塔T104顶冷却负荷过大,造成接触冷塔顶空冷和接触冷却塔顶水冷负荷过大,气相冷后温度过高,未被冷却的水蒸气经过接触冷却塔顶回流罐平衡线进入分馏塔顶回流罐V-102,导致后续单元压缩机和稳定系统波动较大。

3)冷焦水进入焦炭塔T101后迅速汽化,体积大幅膨胀,焦炭塔T101内气速过快将焦炭塔顶泡沫层大量焦粉带入接触冷却塔T104,并通过接触冷却塔底部蜡油循环至分馏塔T102。焦粉进入分馏塔内后,被焦炭塔顶部过来的油气逐渐携带至分馏塔内上层塔盘,通过分馏塔内各个流程循环进行各个循环系统,在焦粉进入柴油系统后,会导致柴油反冲洗过滤器SR105频繁反冲甚至崩溃。

4)焦炭塔T101顶溢出的大量蒸汽进入接触冷却塔后,通过接触冷却塔底部的循环将大量热量带至蜡油重沸器SG102,热量通过SG102与除氧水换热发汽取出,产生的蒸汽用于进行硫磺回收系统,但发汽量超过硫磺回收系统用量,超出硫磺用量部分只能放空,从而造成资源浪费。

5)在进行吹汽和给水操作时,由于接触冷却塔T104气相带水多,造成接触冷却塔顶油气分离罐V104油水分离罐分离时间不足,含硫污水乳化带油严重。

通过以上分析所述,可以通过减小焦炭塔初期给水量解决以上问题:

1)在焦炭塔给水初期给水量若能控制在20 t/h,将能与焦炭塔大吹汽量15 t/h形成良好衔接,减小原来突然给水量60 t/h后,生成大量蒸汽造成的大幅气相波动,可以形成焦炭塔T101内热量缓慢的向接触冷却塔T104及后面设备接触冷却塔顶空冷和水冷及蜡油重沸器等的转移。根据蜡油重沸器SG102发汽量及接触冷却塔T104顶冷却负荷逐渐提高给水量。

2)焦炭塔给水量减小为20 t/h后,如果不采取有效措施,易造成生焦孔内物料回流,堵塞生焦孔。为保证给水流量稳定可控,给水调节阀前后需保持较大的压差,避免因T101压力变化造成给水不畅堵塞生焦孔。因此给水泵P501泵要保持的80%变频开度以保持出口压力在0.7 MPa。

3)由于现有给水管线直径较大(DN250),给水调节阀在长年的使用过程中造成闸板磨损,在给水调节阀开度为1%时给水量为0 t/h,给水调节阀开度为1.5%时给水量为60 t/h,由于给水管线直径较大和调节阀无法小流量控制流量问题,造成无法控制小给水流量20 t/h。

4)焦炭塔在大吹汽、给水过程中对WC-104冷后温度影响很大,在进行大吹汽之前需要操作人员到现场操作接触冷却塔顶空冷和接触冷却塔顶水冷,由于焦炭塔大吹汽和给水初期产生蒸汽量大,需要将接触冷塔顶空冷和水冷开大,但随着焦炭塔内焦炭温度的逐渐降低,接触冷却塔顶空冷和水冷也会随着焦炭温度的降低而变小,这时为了节约资源和能耗需要人员到现场对接触冷却塔顶空冷和水冷 频繁操作,如果调节不及时易造成资源和能耗的浪费。而且在冷焦的过程中如果给水量控制不好,给水过程中给水量增加过大,会造成热量过多,操作人员需要到现场再次操作,如果给水过程中给水速度过慢,会造成冷焦时间过长,影响后续操作时间[1]。

其次，识字教学模式不够创新。根据部编新教材的识字教学安排，课本主要是由看图识字和课文识字相结合。但是，在我们的教学过程中，很多老师主要是依靠课文学习识字，把所有的生字总结到一起统一讲解，而忽视了图画的实际意义，也未深究新的学习方法，这样单一的落后于时代的学习方法，终究不利于学生的兴趣培养，也就不能提升学生的识字能力。

2 冷焦水系统存在的问题

100万t/a延迟焦化装置,采用一炉两塔、连续性运行冷却接触塔工艺,重蜡油由分馏塔T102重蜡油集液箱抽出,经重蜡油泵P109加压后,一部分返回T102洗涤段以控制T102底液位,另一部分经原料油/重蜡油换热器E111换热后至接触冷却塔T104底,由接触塔底泵P112抽出加压后一路至低低压蒸汽发生器SG102后返回接触式冷却塔T104顶部用于控制T104底部温度,另一路则返回T102洗涤段,以控制T102洗涤段温度(注:SG102为0.4 MPa蒸汽发生器,所发蒸汽供应硫磺装置再生塔使用,最大用量为7 t/h)。图1为焦炭塔给水冷焦简易流程图。

图1 焦炭塔给水冷焦简易流程图

1)在一个生焦周期内需要用到蒸汽的操作为小吹汽和大吹汽,焦炭塔小吹汽量为3 t/h,小吹汽时间为1 h,小吹汽过程蒸汽用量为3 t。大吹汽量为15 t/h,大吹汽时间为2.5 h,大吹汽过程蒸汽用量为37.5 t。所以一个周期内焦炭塔冷焦过程1.0 MPa蒸汽消耗量约40 t/塔。

2)焦炭塔T101老塔处理大吹汽及冷焦给水过程中,接触冷却塔底蜡油循环流程为取热流程,接触冷却塔底油从接触冷却塔底抽出,经过接触冷却塔底过滤器过滤焦粉后,通过接触冷却塔底泵P112一路经过接触冷却塔底下返线返回至接触冷却塔,一路通过管线送至分馏塔,另一路经过蜡油重沸器SG102取走冷焦过程中产生的热量用除氧水产生0.4 MPa蒸汽,0.4 MPa蒸汽通过管线输送至硫磺装置用于生产使用。但在大吹汽和给水初期接触冷却塔取热0.4 MPa蒸汽发生器SG102发气量过大,超过下游硫磺装置最大使用量。生产出过剩的0.4 MPa蒸汽只能进行大量放空,不然会造成蒸汽发生器超压,造成焦炭塔内的热量得不到有效回收利用,以及除氧水的资源浪费。

3)延迟焦化装置柴油反冲洗过滤器SR105过滤精度为50 μm,但由于下游装置需要,本装置分馏塔T102产品柴油反冲洗过滤器SR105,由原设计国产过滤精度50 μm更换为进口滤精度25 μm滤芯。过滤精度大大提高,但过滤器过滤面积却没有改变。在焦炭塔进行大吹汽和给水操作时,初期大给汽量和给水量过大,会使焦炭塔内产生大量蒸汽,蒸汽携带焦粉通过焦炭塔顶进入接触冷却塔,对接触冷却塔操作产生波动,焦粉通过接触冷却塔与分馏系统的循环线进入分馏系统,分馏系统通过各侧线的回流及焦炭塔顶油气的携带,进而焦粉进入柴油系统,导致操作稍有波动柴油反冲洗过滤器SR105便频繁反冲。

4)在焦炭塔进行冷焦操作过程中,大吹汽量按15 t/h,给水量按60 t/h操作时,焦炭塔顶产生的大量蒸汽进入接触冷却塔后,接触冷却塔T104顶空冷器A104、接触冷却塔顶水冷器WC104冷焦时负荷较大,在接触冷却塔空冷A104和水冷WC104全部投用后,冷后温度依然较高。

5)在焦炭塔进行冷焦操作过程中,大吹汽量按15 t/h,给水量按60 t/h操作时,焦炭塔顶产生的大量蒸汽进入接触冷却塔后,造成接触冷却塔顶气相负荷过大,气相携带部分油气组分进入接触冷却塔顶部流程,通过接触冷却塔顶空冷A104和接触冷却塔顶水冷WC104后进入接触冷却塔顶油气分离罐V104,含油污水短时间内流量较大,蒸汽冷却的水和携带的油组分没有充足的时间进行分离,易造成污水乳化带油严重,影响后续操作[2]。

3 采取的技术措施

1)由于原来给水线管线为DN250,调节阀管径过大不易小流量调节,根所现有情况在原给水调节阀旁边增设小给水DN80的管线及调节阀FV-10603A与现有的调节阀FV-10603并联,在给水初期投用调节阀FV-10603A,初期给水量控制20 t/h,通过调节阀FV-10603A给水量逐渐提升至100 t/h左右时,再投用调节阀FV-10603,这时给水量可满足给水后期的大给水量需求,通过增设小给水DN80的管线及调节阀FV-10603A实现分程控制以满足给水初期精确小流量的要求[3]。

(1)小吹汽操作:焦炭塔冷焦时小吹汽蒸汽量3 t/h,小吹气时间1 h;

(2)大吹汽操作:大吹汽蒸汽量由3 t/h逐渐提至15 t/h,大吹气时间1.5 h;

(3)给水操作:给水初期投用调节阀FV-10603A,给水初期时间为1 h,初期控制给水量20 t/h。给水初期冷焦水进入400 ℃高温的焦炭塔内会迅速汽化变成高温水蒸气,以代替之前大吹汽的过程,在保证焦炭质量的前提下,大吹汽时间可缩短到1.5 h;

给水2～4 h,根据接触冷却塔T104顶冷后温度控制小于40 ℃,0.4 MPa蒸汽发生器汽包V103压力控制小于0.48 MPa,给水量由20 t/h逐渐提至80 t/h。

给水5～7 h,投用调节阀FV-10603,给水量由80 t/h逐渐提至500 t/h。

3)在接触冷却塔顶水冷器WC104后增加调节阀,原流程WC104后无调节阀,需要操作人员根据WC104冷后温度及时调节,增加了操作人员的工作量。在WC-104的循环水管线增加调节阀(TIC-10401)与WC-104后气相温度构成调节回路,通过调节调节阀(TIC-10401)及时调节循环水流量控制WC-104后气相温度,减少操作人员的工作量[4]。

4 实际生产应用

1)焦炭塔大、小吹汽1.0 MPa蒸汽消耗量从33 t/塔降至23 t/塔,一个操作周期节约蒸汽10 t/塔。

2)接触冷却塔取热流程,通过接触冷却塔底循环流程通过SG102给除氧水加热,产生0.4 MPa蒸汽,通过现在流程与原来操作相比,生产蒸汽的时间比原来增加2 h左右,增加0.4 MPa蒸汽产量7 t/塔。

3)焦炭塔老塔处理过程中产品柴油反冲洗过滤器SR105反冲频次从原来的小于5 min/次,到现在最频繁时30 min/次。

4)接触冷却塔顶水冷温度由原来的给水初期,接触冷却塔顶水冷器后温度最高接近55 ℃,现在通过优化后接触冷却塔顶冷后温度基本小于40 ℃。

5)原来小给水期间含硫污水泵P-114出口流量为36 t/h,降低到现在的小给水期间含硫污水泵P-114出口流量为27 t/h,油水分离时间延长至之前的1.3倍,大大缓解了之前因含硫污水流量过大油水分离时间过短而造成含硫污水带油的问题[5]。

5 改造后的效益情况

1)改造前大吹汽时间是2.5 h,通过采用本方案后,大吹汽时间可缩短到1.5 h,以每塔节约蒸汽10 t/塔,按24 h的生焦周期,1.0 MPa价格201.83元/t计算:

每塔节约蒸汽:10 t/塔×365 d/a×201.83元/t=73.67万元/a。

2)采用本方案后小给水时间延长,在相同热量的情况下,蒸汽发生器的有效发汽时间可延长2 h,产生的蒸汽得到了有效利用;以增加至硫磺装置0.4 MPa蒸汽量3.5 t/h,按24 h生焦周期,0.4 MPa价格169元/t计算:

2 h×3.5 t/h×365 d/a×169元/t=43.18万元/a;

3)改造前,初期给水量较大,塔顶空冷、水冷负荷均较大,加之WC-104为手阀调节,一般在给水开始将循环水量开到300 t左右直至给水后期,持续时间4 h左右,采用本方案后,大多数情况下只由空冷即可将冷后温度降低到规定值,即便出现负荷过高的情况,也可由调节阀(TIC-10401)相应调节循环水量。从目前运行情况来看,循环水使用量最大达到200 t/h,持续时间一般不超过2 h,单次节约的循环水量可以达到800 t。

综上所述,每年可节约生产成本:73.67万元/a+43.18万元/a=116.85万元/a。

6 结语

本方案通过对吹汽流程及时间的优化,而减少大吹汽时间节约蒸汽用量,给水流程增加小给水调节阀FV-10603A,给水初期通过投用小给水调节阀来控制小给水量控制在20 t/h,减小原来的给水量60 t/h时对接触冷却系统及分馏系统的影响,接触冷却塔顶水冷器WC104后增加调节阀,大大减少了操作人员的工作量,并且能够通过调节阀及时调节WC104后冷却温度,减少了循环水的使用,进而节约了循环水资源、降低了能耗,解决原装置生产中焦炭塔T101老塔处理、冷焦过程中大、小吹汽1.0 MPa蒸汽消耗量大、循环水消耗量大、操作人员工作量大、塔内的热量得不到有效回收利用及焦粉携带等问题,降低焦化装置的运行成本。