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正文內(nèi)容

年產(chǎn)300萬噸原油常壓塔工藝設(shè)計與計算(編輯修改稿)

2024-09-30 15:16 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 用方面,主要有太陽能熱水器、太陽灶、被動式太陽房和太陽能干燥器、太陽能光伏發(fā)電。 風能資源總量為 16108kW,約 10%可供開發(fā)利用;我國風力發(fā)電總裝機容量達到 104kW;風能綜合利用基礎(chǔ)理論研究、實用工藝技術(shù)等方面均取得進展。 遼寧石油化工 大學 繼續(xù)教育學院 畢業(yè)設(shè)計 5 地熱資源尚待繼續(xù)勘探,我國目前已探明的地熱儲量約為 116861012MJ,現(xiàn)已利用的相當于 1010108MJ,不足十萬分之一。已建成的西藏羊八井地熱電站現(xiàn)裝機總?cè)萘?104kW,年發(fā)電量達 9700104kWh,為拉薩電網(wǎng)供電的 50%,是我國目前最大的地熱電站。 我國海洋能源資源亦十分豐富,其中可開發(fā)的潮汐能就有 2020104kW以上。海洋能開發(fā)利用方面,目前已建有潮汐發(fā)電站總裝機容量 5930kW,年發(fā)電量1021104kWh;波浪發(fā)電試驗電站也在建設(shè)之中。氫能等有應(yīng)用前景的新能源技術(shù)開發(fā)尚處于實驗室試驗研究階段。 可以看出我國在新能源和可再生能源方面已經(jīng)取得可喜的成績,但總的來說,無論是科研水平、開發(fā)利用規(guī)模、還是產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面都同國際水平有很大差距。其根本問題在于:一是尚未納入國家能源建設(shè)計劃;二是對 新能源和可再生能源的研究與開發(fā)投入太少,如對太陽能研究與開發(fā)經(jīng)費投入不及美國的 1%,甚至不及印度等國家;三是商品化程度低,產(chǎn)業(yè)化薄弱。我國新能源和可再生能源的大發(fā)展還有待于國家制定相關(guān)政策大力扶持。 新能源和可再生能源發(fā)展展望,今后 15年,新能源和可再生能源發(fā)展的總目標是:提高轉(zhuǎn)換效率,降低生產(chǎn)成本,增大在能源結(jié)構(gòu)中所占比例;新技術(shù)、新工藝有大的突破,國內(nèi)外已成熟的技術(shù)要實現(xiàn)大規(guī)模、現(xiàn)代化生產(chǎn),形成比較完善的生產(chǎn)體系和服務(wù)體系;實際使用數(shù)量要達到 1012MJ以上,為保護環(huán)境和國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展做出貢 獻。 煉油行業(yè)的對策 煉油廠常減壓裝置節(jié)能新措施 常減壓裝置是煉油廠最大的耗能裝置之一,約占煉油總耗能的 25%~ 30%,因此降低該裝置的能耗對煉油廠的節(jié)能降耗具有極其重要的意義。據(jù)統(tǒng)計,國內(nèi)常減壓裝置的最低能耗約為 41013MJ/t,而平均能耗則為 51813MJ/t[1],差距高達 108MJ/t,可見該裝置的節(jié)能尚有較大的挖掘潛力。本文分析了常減壓裝置的用能特點和存在的問題,并根據(jù)實際應(yīng)用和科研成果,總結(jié)了近年來國內(nèi)應(yīng)用的一些富有成效的節(jié)能措施,分析了其節(jié)能效果,供各煉油廠在常減壓裝置 改造時借鑒,從而提高裝置整體用能效率,降低能耗。 遼寧石油化工 大學 繼續(xù)教育學院 畢業(yè)設(shè)計 6 在傳輸和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),能量的利用率為 %。在直接損失的能量中,加熱爐的排煙熱損失占總供入能量的 %。 在工藝利用環(huán)節(jié),裝置工藝總用能較高,大于 1000MJ/t,且系統(tǒng)回收循環(huán)能較低,僅占 %,其它用能需要由裝置外界燃料、蒸汽和電力等進行補充。 能量回收利用環(huán)節(jié)的回收率為 %,有近 %的待回收能量被冷卻水帶走,另有 %的能量以散熱形式排入大氣中。 由此可以看出;在能量的傳輸轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)中,直接熱損失特別是排煙熱損失占的比例較 大,因此應(yīng)重點考慮加熱爐高溫煙氣能量的再利用問題;在工藝利用環(huán)節(jié)應(yīng)改進系統(tǒng)換熱流程,合理利用不同溫位的熱源,加強循環(huán)能的回收,同時優(yōu)化操作,借用其它裝置的能量降低本裝置總用能;在能量回收環(huán)節(jié)應(yīng)減少冷卻負荷,著重加強低溫熱的回收。 降低常減壓裝置能耗的新措施 ( 1) 采用系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法,統(tǒng)籌考慮節(jié)能方案 系統(tǒng)優(yōu)化匹配就是打破單套裝置界限,根據(jù)不同溫位熱源的特點,合理地實行裝置間的聯(lián)合,在較大范圍內(nèi)進行冷、熱物流的優(yōu)化匹配的方法,其根本目的是避免 “ 高熱低用 ” ,實現(xiàn)能量利用的最優(yōu)化。以某廠 50萬 t/a常減壓裝置和氧化瀝青裝置的聯(lián)合優(yōu)化方案為例 [2];該方案將氧化塔底抽出的瀝青由 260℃與常減壓裝置的脫后原油換熱至 180℃ 后再出裝置,可使原油升溫 35℃ ,常壓爐節(jié)省燃料 135kg/h。同時,通過將常壓換熱后原油送至瀝青裝置的焚燒爐對流段與高溫煙氣 (約 900℃ )進行換熱,又可使其溫度升高 16℃ 。裝置進行優(yōu)化后,極大地提高了常壓爐的進料溫度,降低了爐子熱負荷,使常減壓裝置的能耗由原來的 [3],節(jié)能效果相當明顯。 此外,將常減壓裝置的中間產(chǎn)品直接供入下游加工裝置,進行 “ 接口進料 ” ,也可以較好地達到節(jié)能目的。如常減壓蠟油和渣油熱供料到催化裂化、加氫裂化、焦化、瀝青等裝置,組成物流聯(lián)合系統(tǒng),既可以減少下游裝置進料升溫加熱的負荷,降低其能耗,又可以減少常減壓裝置的產(chǎn)品冷卻負荷, 降低冷卻水用量,從而達到綜合節(jié)能效果。 優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò),合理匹配冷熱物流常減壓裝置的剩余熱量主要是蒸餾塔塔頂回流和各中段回流取出的,熱流的溫位從上而下逐漸升高,因此為提高原油遼寧石油化工 大學 繼續(xù)教育學院 畢業(yè)設(shè)計 7 的最終換熱溫度,應(yīng)合理分配取熱,增加高溫位熱源熱量,而進行換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化是重中之重。根據(jù)對換熱過程有效能損失的分析 [4],在設(shè)計換 熱網(wǎng)絡(luò)時,應(yīng)安排一個高溫熱源進行多次換熱,即根據(jù)冷源溫度的高低依次進行換熱,使每次的傳熱溫差較小,而不宜使之直接與溫度很低的冷流進行換熱并產(chǎn)生較大的溫差。 目前,對于換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化合成應(yīng)用比較廣泛的是夾點技術(shù) [5]。 “ 夾點 ” 的概念最初是由英國教授 B,Linnhoff提出的。他認為在換熱網(wǎng)絡(luò)中存在著一個最小的允許傳熱溫差 ΔTmin—— 這一點即為 “ 夾點 ” ,它限制了網(wǎng)絡(luò)最大熱量的回收。無論多么復(fù)雜的熱傳遞網(wǎng)都可以在溫 — 焓圖上按一定的規(guī)則作出能量組合曲線,而熱流曲線與冷流曲線之間的最小垂直溫差就是網(wǎng)絡(luò)的夾點。冷熱流曲 線將整個溫 — 焓圖分為傳遞系統(tǒng)換熱負荷、公用工程冷卻負荷和公用工程加熱負荷三部分,通過選取適當?shù)膴A點溫差就可以達到最小的公用工程負荷,從而實現(xiàn)熱量最經(jīng)濟的匹配。近年來利用夾點技術(shù)對原有裝置換熱網(wǎng)絡(luò)進行改造取得了一些明顯的效果。如大慶石化總廠 [6]應(yīng)用基于夾點設(shè)計原則的 PDMI軟件對其第三常減壓裝置的原有換熱網(wǎng)絡(luò)進行了優(yōu)化,在增加 3臺換熱器和 1臺蒸汽發(fā)生器后,使該裝置的總能耗降低約 4%,年節(jié)約燃料油 1438t。克拉瑪依煉油廠 [7]也曾根據(jù)該技術(shù)對其常減壓裝置換熱系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造,僅增加了 7臺冷換設(shè)備就使原油換 熱總溫由 250℃ 提高到 295℃ ,節(jié)能效果相當可觀。 此外,針對常減壓的換熱優(yōu)化節(jié)能過程,高維平等開發(fā)了 “ 換熱網(wǎng)絡(luò)的合成 ” 、 “ 換熱網(wǎng)絡(luò)的分析 ” 、 “ 換熱器優(yōu)化設(shè)計 ” 和 “ 換熱網(wǎng)絡(luò)的流程模擬 ”等技術(shù),并利用 “ 換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化節(jié)能軟件包 ” 對吉化煉油廠原有常減壓換熱流程進行了改造 [8],使初底油換熱終溫由 272℃ 升高到 308℃ ,年可節(jié)省燃料 7800t,也取得較好的節(jié)能效果。 ( 2) 采用新工藝新設(shè)備,提高能量轉(zhuǎn)換利用水平 提高加熱爐效率 , 加熱爐是重要的升溫設(shè)備,煉廠綜合能耗的 1/3是由其進行轉(zhuǎn)換和消耗的,節(jié)能潛力巨大。針對加 熱爐效率的提高主要有如下幾種新的措施; 將常規(guī)的煙氣余熱加熱自用燃燒空氣、原油獨立換熱流程改為加熱爐對流室冷流原油與煙氣直接換熱流程 [9]。該流程的優(yōu)點是:既加強了煙氣余熱回收系統(tǒng)和裝置換熱系統(tǒng)冷熱流的匹配優(yōu)化,又將原來的氣 — 氣換熱改為氣 — 液換熱,遼寧石油化工 大學 繼續(xù)教育學院 畢業(yè)設(shè)計 8 極大地提高了換熱效率。某廠裝置進行流程改造后,使加熱爐的平均效率由 65%提高到 85%。 采用熱管式空氣預(yù)熱器進一步強化加熱爐煙氣能量的回收,減少排煙熱損失。由熱管組成的熱管式空氣預(yù)熱器是一種高效氣 — 氣換熱設(shè)備。熱管內(nèi)外封閉,管外帶有翅片,管內(nèi)充有儲熱介質(zhì)。借助于介 質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝可以高效地實現(xiàn)煙氣和空氣之間的換熱,其最大負荷可達 5MW[10]。 采用新型燃燒器火嘴,提高加熱爐燃料的燃燒效率。燃燒器火嘴的結(jié)構(gòu)決定了燃料的霧化性能和燃燒效果,這一點對重油燃料更為重要。目前,針對重油燃料的高粘特性,北京航空航天大學成功開發(fā)了內(nèi)混合多孔互擊式音速空氣霧化火嘴,可使重油霧化粒度小于 20μm,具有霧化性能好、燃燒充分、不易結(jié)焦堵塞的特點,與其它重油燃燒器相比可節(jié)約燃料 10%左右。這種新型火嘴已實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用,取得較好效果。 采用內(nèi)波外螺紋換熱器,強化換熱效果從傳熱方程 Q=KAΔt看 , 在傳熱面積 A和溫差 Δt一定時 , 提高傳熱系數(shù) K可以提高傳熱速率 Q。根據(jù)對換熱器管壁流體流動狀態(tài)的分析 [11],由于兩側(cè)的冷、熱流體在緊靠壁處處于熱阻較大的層流狀態(tài),因此為提高 K必須改變管壁處流體的流動狀態(tài),增大其紊流程度,改變總傳熱系數(shù)由管內(nèi)膜層流傳熱系數(shù)控制的狀況。內(nèi)波外螺紋換熱器就是基于這樣的原理來強化換熱器傳熱效果的 [12]。該換熱器管管壁呈內(nèi)凸外凹的波紋形,當流體流經(jīng)管壁的凹、凸槽時,會產(chǎn)生一個方向始終垂直于層流流動方向的縱向渦流。該渦流使層流層受到?jīng)_擊干擾,轉(zhuǎn)變成紊流狀態(tài),從而提高了總傳熱速 率。由于此型換熱器的特殊設(shè)計同時強化了管束兩側(cè)的傳熱,近年來它正逐步取代常用的浮頭換熱器,在煉油廠得到廣泛應(yīng)用。 應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù),降低電耗目前常減壓裝置都是利用離心泵進行原油的傳送,機泵電機的設(shè)計功率也較大。在需要降量生產(chǎn)時通常采用關(guān)小出口閥門的方法進行控制。實踐證明這種 “ 大馬拉小車 ” 的操作極大地浪費了能源。采用變頻調(diào)速技術(shù)為徹底解決這一問題提供了可能。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是:對同一機泵進行轉(zhuǎn)速控制時,其流量與轉(zhuǎn)速成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,于是可根據(jù)泵流量的變化調(diào)節(jié)電機功率,在流量降低時適時降低 電機輸出功率而達到節(jié)能的目的。變頻調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng)的控制如圖 1所示,其控制信號為 4~20mA電流。該系統(tǒng)具有反應(yīng)快、精度高、安全可靠、節(jié)能效果明顯的特點。呼遼寧石油化工 大學 繼續(xù)教育學院 畢業(yè)設(shè)計 9 和浩特煉油廠常減壓裝置原油泵采用變頻調(diào)速技術(shù)后,在試運期間取得了節(jié)能率高達 50%的良好效果 [13]。 調(diào)節(jié)減壓塔急冷油回注量,提高減渣溫度減渣是熱容最大的高溫位換熱熱源。減壓塔在設(shè)計時為減少渣油的高溫裂解,提高塔頂真空度,常要求向塔內(nèi)回注一定量的急冷油,使渣油溫度低于 350℃ 。根據(jù)研究 [14],原油換熱終溫隨減渣溫度的變化而變化,較高的減渣溫度 (342℃ )對原油終溫的提高影響更加明顯,同時減渣即使在 355℃ 裂解量也很小,基本不降低塔的真空度,因此可以改變現(xiàn)有操作的局限,減少冷油回注,提高減渣抽出溫度以提高原油換熱終溫,降低加熱爐能耗。 采用新工藝新設(shè)備,提高能量轉(zhuǎn)換利用水平 ( 1) 提高加熱爐效率 加熱爐是重要的升溫設(shè)備,煉廠綜合能耗的 1/3是由其進行轉(zhuǎn)換和消耗的,節(jié)能潛力巨大。針對加熱爐效率的提高主要有如下幾種新的措施 [15]; ① 將常規(guī)的煙氣余熱加熱自用燃燒空氣、原油獨立換熱流程改為加熱爐對流室冷流原油與煙氣直接換熱流程。該流程的優(yōu)點是;既加強 了煙氣余熱回收系統(tǒng)和裝置換熱系統(tǒng)冷熱流的匹配優(yōu)化,又將原來的氣 — 氣換熱改為氣 — 液換熱,極大地提高了換熱效率。某廠裝置進行流程改造后,使加熱爐的平均效率由 65%提高到 85%。 ② 采用熱管式空氣預(yù)熱器進一步強化加熱爐煙氣能量的回收,減少排煙熱損失。由熱管組成的熱管式空氣預(yù)熱器是一種高效氣 — 氣換熱設(shè)備。熱管內(nèi)外封閉,管外帶有翅片,管內(nèi)充有儲熱介質(zhì)。借助于介質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝可以高效地實現(xiàn)煙氣和空氣之間的換熱,其最大負荷可達 5MW。 ③ 采用新型燃燒器火嘴,提高加熱爐燃料的燃燒效率。燃燒器火嘴的結(jié)構(gòu)決定了燃料的霧化性能和 燃燒效果,這一點對重油燃料更為重要。目前,針對重油燃料的高粘特性,北京航空航天大學成功開發(fā)了內(nèi)混合多孔互擊式音速空氣霧化火嘴,可使重油霧化粒度小于 20μm,具有霧化性能好、燃燒充分、不易結(jié)焦堵塞的特點,與其它重油燃燒器相比可節(jié)約燃料 10%左右。這種新型火嘴已實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用,取得較好效果。 遼寧石油化工 大學 繼續(xù)教育學院 畢業(yè)設(shè)計 10 ( 2) 采用內(nèi)波外螺紋換熱器,強化換熱效果從傳熱方程 Q=KAΔt看 , 在傳熱面積 A和溫差 Δt一定時 , 提高傳熱系數(shù) K可以提高傳熱速率 Q。根據(jù)對換熱器管壁流體流動狀態(tài)的分析,由于兩側(cè)的冷、熱流體在緊靠壁處處于熱阻較大的層流狀態(tài) ,因此為提高 K必須改變管壁處流體的流動狀態(tài),增大其紊流程度,改變總傳熱系數(shù)由管內(nèi)膜層流傳熱系數(shù)控制的狀況。內(nèi)波外螺紋換熱器就是基于這樣的原理來強化換熱器傳熱效果的。該換熱器管管壁呈內(nèi)凸外凹的波紋形,當流體流經(jīng)管壁的凹、凸槽時,會產(chǎn)生一個方向始終垂直于層流流動方向的縱向渦流。該渦流使層流層受到?jīng)_擊干擾,轉(zhuǎn)變成紊流狀態(tài),從而提高了總傳熱速率。由于此型換熱器的特殊設(shè)計同時強化了管束兩側(cè)的傳熱,近年來它正逐步取代常用的浮頭換熱器,在煉油廠得到廣泛應(yīng)用。 ( 3) 應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù),降低電耗目 目前常減壓裝置都是利用離心 泵進行原油的傳送,機泵電機的設(shè)計功率也較大。在需要降量生產(chǎn)時通常采用關(guān)小出口閥門的方法進行控制。實踐證明這種 “ 大馬拉小車 ” 的操作極大地浪費了能源。采用變頻調(diào)速技術(shù)為徹底解決這一問題提供了可能。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是;對同一機泵進行轉(zhuǎn)速控制時,其流量與轉(zhuǎn)速成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,于是可根據(jù)泵流量的變化調(diào)節(jié)電機功率,流量降低時適時降低電機輸出功率而達到節(jié)能的目的。該系統(tǒng)具有反應(yīng)快、精度高、安全可靠、節(jié)能效果明顯的特點。呼和
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