張運虎 蘇贊澎 閆虹 李長東

（1.遼陽石化公司煉油廠；2.中國昆侖工程有限公司；3.遼陽石化公司研究院）

1 裝置概況

遼陽石化公司加氫裂化裝置是第二套國產化裝置，串聯式中間餾分油循環(huán)流程，裝置自建造以來經過多次改造，目前為130×104t/a 串聯式一次通過流程。原料主要是俄羅斯原油直餾蠟油，可以摻煉部分焦化蠟油抽余油和催化柴油[1-5]。裝置共有6臺高壓換熱器，分別為反應流出物與原料油、循環(huán)氫、低分油換熱，換熱流程示意圖如圖1所示。

圖1 換熱器流程示意圖

高壓換熱器E1101、E1102、E1104是反應流出物與原料油換熱，但是分別是兩種不同換熱流程。其中E1101、E1104 是一組換熱流程，原料油經泵P1101進入E1101、E1104換熱，然后和循環(huán)氫混合進入精制反應器；E1102 是另一組換熱流程，原料油經泵P1114 進入E1102 換熱，然后并入E1101、E1104 原料油出口管線，和循環(huán)氫混合進入精制反應器。

加氫裂化一共有4臺進料泵，分別是P1101A/B、P1114A/B，正常生產時候僅P1101A/B 運行，P1114A/B 停，導致換熱器E1102 處于未投用狀態(tài)，浪費換熱器取熱面積，造成原料油換熱后溫度較低，只能用循環(huán)氫加熱爐提溫，能耗較高。同時，反應流出物有部分熱量沒有取出，造成高壓空冷冷卻后溫度較高，每到夏季成為制約裝置高負荷運行瓶頸問題。通過設計兩個改造方案，將E1102利用上，提高了原料油換熱溫度，同時解決了影響裝置高負荷運行瓶頸問題。

一是E1102 并聯方案：通過在P1101A/B、P1114A/B泵出口處加跨線和閥門，將P1101A/B出口流量分流到P1114A/B出口，將E1102換熱器利用上。

二是E1102 串聯方案：將E1102 和原料油換熱器E1101、E1104串聯起來進行換熱。

2 E1102并聯方案

2.1 改造方案

通過在P1101A/B、P1114A/B 泵出口處加跨線和閥門，將P1101A/B 出口流量分流到P1114A/B 出口，原料泵P1101、P1114 現場及加入跨線位置，改造后換熱流程示意圖如圖2所示。

圖2 改造后換熱流程示意圖

現場兩泵出口管線增加跨線和手閥，通過手閥調節(jié)去P1114出口流量，完全關閉閥門可以恢復到初始操作狀態(tài)，操作靈活。

2.2 建立模型

首先根據處理量為150 t/h時DCS（分布式控制系統(tǒng)）數據，用Aspen Plus 建立高壓換熱器流程，Aspen Plus模擬換熱器數據見表1。

表1 Aspen Plus模擬換熱器數據

將模擬的原料油換熱后和循環(huán)氫換熱后溫度列，見表2。

表2 Aspen Plus模擬值和實際值對比

從表2 中可以看出，誤差最大為2.5 ℃，這主要是由于模型中物料性質和實際有一定偏差，但整體誤差較小，能夠為高壓換熱流程改變提供依據。

2.3 利用模型計算

1）前面已經模擬出部分換熱器UA值，由于換熱器E1102 沒有投用，無法模擬出UA 值，但是E1101、E1102 換熱器類型相同，認為兩換熱器UA值相同。知道換熱器的UA 值，然后建立E1102 投用的換熱流程，E1102并聯后模擬換熱器流程圖3。

首先模擬總進料量為150 t/h，E1102 流量從0 t/h 增加至150 t/h、E1104/E1101 流量從150 t/h 降至0 t/h，原料油換熱后總溫度變化，E1102 流量變化對原料油換熱后溫度影響見圖4。

從圖4 中可以看出，隨著分流到E1102 流量從0 t/h增加至150 t/h，原料油換熱后總溫度先提高后降低，是一個變化過程，當流量為70 t/h 時，原料油換熱后溫度最高。

2）現在將E1102 進料量設置為70 t/h，E1104/E1101流量為80 t/h，模擬投用E1102后原料油換熱溫度的變化，E1102投用后模擬換熱器數據見表3。

圖3 E1102并聯后模擬換熱器流程

圖4 E1102流量變化對原料油換熱后溫度影響

表3 E1102投用后模擬換熱器數據

從表5 中可以看出，E1102 投用前消耗燃料0.505 t/h，投用后消耗燃料0.341 t/h，即經過改造后可預期節(jié)約燃料消耗0.164 t/h。每年按8 400 h 計算，可節(jié)約燃料氣1 377 t，創(chuàng)效370萬元。

2.4 解決夏季高負荷生產瓶頸

目前由于E1102未充分利用，反應生成油熱量取出不足，導致夏季高負荷生產空冷冷后溫度高，成為制約裝置夏季高負荷運行瓶頸。經過模擬得到E1102 投用前后反應流出物換熱器溫度，反應流出物換熱器前后溫度對比見表6。

從表6 可以看出，E1102 換熱器投用后，反應流出物經各換熱器后，相互對應的溫度都有所降低?？绽淅浜鬁囟扔?5 ℃降低至50.9 ℃，降低了4.1 ℃，解決了夏季影響裝置高負荷生產瓶頸問題。

同時考慮溫度變化對高換銨鹽結晶的影響，反應流出物有三個注水點，分別位于E1105、E1106、A1101 前，NH4Cl 結晶溫度是180～200 ℃，NH4HS 結晶溫度150℃[6]，投用E1102 后，E1105 前溫度為234.9 ℃，大于NH4Cl 結晶溫度，能夠保證銨鹽不結晶。

3 E1102串聯方案

E1102 投用前后原料油和循環(huán)氫換熱后溫度對比見表4。

表4 E1102投用前后原料油和循環(huán)氫換熱后溫度對比

3.1 改造及模型建立

前面方案將原料油分流，將139 ℃原料油與350 ℃反應流出物在E1102 換熱，溫差較大，跨夾點[7-8]，造成熱量損失。此方案是將換熱器E1102串聯起來，溫差較小，熱量能更好利用，但是現場改動相對較大，換熱器改造后流程示意圖見圖5所示。

從表4 中可以看出，E1102 投用前后，原料油溫度提高了23.3 ℃，循環(huán)氫溫度降低了26。循環(huán)氫經過加熱爐加熱后，和原料油爐后混氫，保持總混合溫度360 ℃進入精制反應器R1101，現在將E1102 投用，E1102 投用前后加熱爐負荷及消耗燃料氣量對比見表5。

表5 E1102投用前后加熱爐負荷及消耗燃料氣量對比

圖5 換熱器改造后流程示意圖

表6 反應流出物換熱器前后溫度對比 單位：℃

圖6 E1102串聯后模擬換熱器流程

利用Aspen Plus 建立E1102 串聯后模擬換熱器流程如圖6所示。E1102投用前后換熱溫度見表7。

表7 E1102投用前后換熱對比 單位：℃

從表7 中可以看出，E1102 投用前后，原料油溫度提高了27.9 ℃，循環(huán)氫溫度降低了21.3 ℃。循環(huán)氫經過加熱爐加熱后，和原料油爐后混氫，保持總溫度360 ℃進入精制反應器R1101，現在將E1102 投用，E1102 投用前后加熱爐負荷對比見表8。

表8 E1102投用前后加熱爐負荷對比

從表8 中可以看出，E1102 投用前消耗燃料0.505 t/h，投用后消耗燃料0.264 t/h，即經過改造后可預期節(jié)約燃料消耗0.241 t/h。每年按8 400 h 計算，可節(jié)約燃料氣2 024 t，創(chuàng)效544萬元。

3.2 解決夏季高負荷生產瓶頸

將其中反應流出物換熱器前后溫度對比見表9。從表9中可以看出，E1102換熱器投用后，反應流出物經各換熱器后，相互對應的溫度都有所降低?？绽淅浜鬁囟扔?5 ℃降低至49 ℃，降低了6 ℃，解決了夏季影響裝置高負荷生產瓶頸問題。同時投用E1102后，E1105前溫度為231.5 ℃，大于銨鹽結晶溫度，能夠保證銨鹽不結晶。

表9 反應流出物換熱器前后溫度對比 單位：℃

4 方案對比

兩種方案改造后，原料油換熱終溫均有較大幅度的提升，將E1102串聯后，原料油換熱后最終溫度提高了23.3 ℃，并聯后原料油提溫27.9 ℃。相應加熱爐負荷分別降低1.84 MW和2.7 MW，每年節(jié)約燃料氣1 378 t 和2 024 t，年效益分別為370 萬元和544萬元，同時兩種方案空冷冷后溫度分別降低4.1 ℃、6 ℃，可有效解決夏季高負荷生產空冷溫度超溫這一瓶頸問題。兩種方案對比見表10。

表10 兩種方案對比

從表10可以看出，將E1102串聯比并聯節(jié)約更多燃料氣，效益更好，同時由于并聯改造換熱器管程原料油流量會減少至改造前的一半，甚至可能出現偏流現象，因此增加了換熱器管束結焦速率[9-10]，影響換熱效率增加能耗，同時影響設備使用壽命，增加安全風險，因此建議將E1102串聯到換熱網絡。

5 結論

1）通過流程模擬軟件Aspen Plus 設計兩種E1102 利用方案，分別是并聯與串聯，模擬計算能夠降低加熱爐負荷，節(jié)約燃料氣。

2）模擬計算將E1102 并聯時，原料油換熱后溫度提高了23.3 ℃，加熱爐負荷降低1.84 MW，高壓空冷冷卻溫度降低4.1 ℃，一年可節(jié)約370 萬元；將E1102 串聯時，原料油換熱后溫度提高了27.9 ℃，加熱爐負荷降低2.7 MW，高壓空冷冷卻溫度降低6 ℃，一年共節(jié)約544 萬元。兩種方案都降低了高壓空冷冷卻后的溫度，同時解決了裝置夏季高負荷生產高壓空冷后溫度過高的瓶頸問題。

3）通過數據對比，將E1102 串聯比并聯節(jié)約更多燃料氣，效益更好，同時由于并聯改造換熱器管程原料油流量會減少至改造前的一半，甚至可能出現偏流現象，因此增加了換熱器管束結焦速率，影響換熱效率增加能耗，同時影響設備使用壽命，增加安全風險，因此建議將E1102 串聯到換熱網絡。

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