一种炼油企业全厂低温热资源快速判断的方法.doc

应用低温热潜力系数快速评价炼油低温热利用潜力摘要：快速炼油企业的低温热资源情况，减少低温热标定的工作量，提出了低温热潜力系数算法，通过对循环水系统、全厂装置复杂系数等简单参数的核算，可以实现对不同炼油装置结构的企业进行低温热资源的评价。根据对中石化13家企业的对比分析，该方法可以满足快速评价的要求，具有一定的指导意义。关键词：节能 低温热 评价 1. 引言近年来，炼油企业应用了多种措施降低能耗，在工艺优化减少输入能的基础上，炼油企业还开展了应用低温热降低炼油能耗的改造，通过回收炼油装置中80150废弃热量，用可以替代气分装置重沸器蒸汽、原油罐区维温蒸汽、工艺管线伴热等处的蒸汽，使炼油能耗得到有效降低。在炼油企业开展低温热利用的过程中，需要判断企业是否有低温热的节能潜力，需要与其他企业就低温热利用情况进行对比评价。目前，炼油企业对低温热资源的评判方法是通过对全厂各装置80150物流进行标定，通过流量、温差、性质等参数计算出低温热量，然后汇总得到全厂的低温热资源总量，这种方法工作量大，耗时较长，实际应用中存在一定的难度。简单地通过是否实施低温热利用项目、或通过炼油能耗的高低难以满足上述要求。通过20052007年对中国石化20家主要企业的节能情况分析，可以看出济南、安庆等企业虽然实施了低温热利用改造项目，但实际仍有大量的低温热没有得到利用，因此不能通过是否实施了低温热节能项目予以判断企业低温热资源情况；天津、扬子等企业虽炼油能耗较低，但未利用用低温热资源比部分高能耗企业（如海南）还要大，因此也不能通过炼油能耗的高低进行判断。综上所述，如何快速判断炼油厂低温热潜力的大小，如何在装置结构不同的各炼油企业之间开展低温热利用的快速评价，已经成为低温热节能应用中的一个难点。本文通过对中国石化主要炼油企业低温热资源的调研，提出了全厂低温热潜力系数的概念，通过循环水工况数据、加热炉烟气的工艺数据，快速核算炼油厂低温热潜力，并可以对不同装置结构的炼油企业作低温热利用情况的对比评价。2. 炼油企业低温热的来源及排弃途径2.1 低温热资源的影响因素根据20052007年的炼油企业低温热资源调研数据，炼油企业80150的低温热资源主要分布在常减压、催化裂化、延迟焦化、临氢装置上（参见表1）。表1 部分企业主要低温热资源汇总统计表 单位：万kcal/h单位常减压催化焦化加氢精制全厂低温热潜力天津835 850 844 554 3953 石家庄176 1500 585 194 3600齐鲁398 3376 1366 890 10353 高桥2062 2119 403 1370 7494 镇海2888 623 436 645 6921 茂名3956 2669 1103 853 9108 广州750 4800 552 1088 7704 海南186 2775 0 1060 5206 金陵934 800 507 861 5574 扬子1446 1752 1633 1090 8269 九江111 2220 764 922 4693 武汉1171 3565 1164 1385 8963 通过对上述装置的详细分析，可以发现，各装置低温热的大小与处理量，与装置的结构特点、主要设备类型的选择密切相关。由于上述装置的低温热量占全厂比例较大，因此，全厂的低温热资源也与各装置的处理量、全厂装置构成、装置复杂程度等因素有关。2.2 不同途径排弃的低温热量炼油生产中没有得到利用的低温热量最终都会被排弃到环境中，成为废弃热能。在炼油企业中，这些没有得到利用的低温热主要通过以下四方面途径排入环境：循环水冷却系统，空冷冷却，中间产品罐区、烟气系统。这也就是低温热资源的潜力所在。2.2.1 空冷排弃的低温热炼油装置中有一定数量的空冷，用来冷却工艺物流，因此会有一部分低温热通过空冷向环境排弃。这部分低温热的具体数量，可以通过计算空冷的冷却负荷得到。为简化工作量，也可以采用对装置平面进行热辐射测量的计算方法，得出总散热量。核算表明（见表2），与全厂低温热资源的总量相比，通过空冷向环境排弃的低温热只占？%左右，对总低温热资源影响较小。由于该部分热量较少，对全厂的影响较小，为简化考虑，核算中将不考虑该部分低温热量。2.2.2 中间产品罐排弃的低温热进入油品罐区的中间产品也会携带一部分低温热，然后通过中间罐区的散热向环境排弃。这一部分的低温热可以通过中间产品的流量与温差进行核算，也可以通过油罐的表面散热量进行核算。核算表明（见表2），与全厂低温热资源的总量相比，中间罐区排弃的热量比例也较少，如果炼油企业实施了装置热联合，那么这部分低温热资源就会更少。表2 金陵分公司低温热量排弃途径汇总表项目设计负荷实际热负荷可回收低温热量比例 循环水空冷中间罐区加热炉、催化烟气全厂统计80以上低温热潜力为6570万kcal/h由于中间产品携带低温热量占对全厂比重小，在快速核算中可忽略这部分热量。2.2.3 烟气排弃低温热加热炉烟气、催化裂化烟气中也含有一定量的低温热资源。根据2007年股份分公司的能耗数据、加热炉平均热效率等工艺数据，核算发现（见表3），加热炉烟气、再生烟气可回收的低温热与全厂低温热资源总量相比，其比例较小，约占1020%左右。表3 部分企业烟气可回收低温热资源情况单位全厂低温热潜力炉烟气潜力催化烟气潜力总烟气潜力的比例万kcal/h万kcal/h万kcal/h天津3953 30020412.7石家庄360020030013.8高桥7494 53040012.4镇海6921 60030013.0茂名9108 60030010.0广州7704 70040014.3金陵5574 80035020.0扬子8269 4501507.3炉烟气与催化烟气中可回收低温热资源，具有如下特点：一是来源限于加热炉与催化裂化再生器，不涉及工艺物流所携带的低温热；二是其热量的大小不仅与设备运行负荷、排烟温度等有关，也与设备材质、安全生产等因素有关；三是总热量占工艺物流携带低温热比例较小。由于该热量有上述特点，因而在本文中暂不予以考虑。2.2.4 循环水系统排弃低温热从表2中可以看出，循环水系统是主要的低温热排弃途径，全厂低温热系统有近？的低温热经循环水系统排弃进入环境。因此可以通过循环水系统的运行工况来表征全厂低温热的总资源情况。3. 计算方法及应用由于循环水系统所冷却的热量并不都是可以回收的低温热量，因而不能直接使用循环水的总热负荷作为全厂低温热资源量。为此，本文提出了低温热潜力系数的指标，以此来评价全厂低温热资源。由于全厂低温热资源与全厂装置结构有关、与全厂加工量有关，因而低温热潜力系数可以表征为全厂加工量、装置结构、循环水量、循环水温差的函数。 r ： 低温热潜力系数 fw ： 全厂循环水总流量 吨/时 tw ：全厂循环水场平均进出口温差 fc ： 全厂平均原油加工量 吨/时 c ： 全厂装置复杂系数根据上述计算公式，对表1中的中国石化13家主要炼油企业进行了核算，得到如下结果：表4 2007年部分企业低温热潜力系数核算表序号单位加工量 万吨/年循环水量 万吨/年循环水平均温差 装置复杂系数全厂低温热潜力系数1天津530112887.0 8.73 17.08 2石家庄344133666.0 12.92 18.04 3齐鲁1056280007.5 11.00 18.08 5高桥803283536.0 11.78 17.98 6镇海1857456066.5 10.99 14.53 7茂名1311360006.0 11.20 14.71 8广州1034338045.58.79 20.46 9海南790260707.0 13.35 17.30 10金陵11561346310.0 9.72 11.98 11扬子793240006.0 7.18 25.29 12九江381156218.0 9.86 33.27 13武汉423257787.0 10.99 38.82 将上述计算结果与2007年中国石化低温热资源调研的情况进行对比，可以得到如下结果，见表5及图1。表5 部分企业低温热潜力系数与实测低温热对比序号单位加工量 万吨/年2007年实测全厂低温热量 万kcal/h 2007年单位原油低温热量 万kcal/t全厂低温热潜力10金陵11565573.80 4.1 11.98 6镇海18576920.60 3.1 14.53 7茂名13119108.10 5.8 14.71 1天津5303952.60 6.3 17.08 9海南7905206.30 5.5 17.30 5高桥8037494.10 7.8 17.98 2石家庄3443600.00 8.8 18.04 3齐鲁105610353.40 8.2 18.08 8广州10347704.00 6.3 20.46 11扬子7938269.40 8.8 25.29 12九江3814692.90 10.3 33.27 13武汉4238963.11 17.8 38.82 图1 部分企业低温热潜力系数分布图从以上图表中，可以看出通过对各装置标定汇总得到的全厂低温热的表征量（吨原油低温热）与本文提出的低温热潜力系数具有一定的对应关系。在石家庄、齐鲁、广州等企业对应关系略差，分析认为是这些企业热联合、空冷、加热炉烟气的低温热比例较高，因而造成这种对应关系略差。从图1中，可以看出低温热潜力系数总体上可以反映出不同炼油企业的未利用低温热的多少。根据计算结果，结合对企业的实际低温热调研数据，可以得到如下分类：低温热潜力系数20：说明全厂低温热量利用较少，节能潜力相当大。为进一步验证上述判断，本文收集了2007年中国石化23家主要企业的循环水系统运行数据，核算了低温热潜力系数，见表6。表6 2007年部分500万吨级炼油企业低温热潜力序号企业名称加工量循环水复杂系数低温热潜力系数年循环水供水量 (万吨)吨油循环水量循环总管温差4金陵1156 1346311.6 10.0 9.72 11.98 8镇海1857 4560624.6 6.5 10.99 14.53 11茂名1311 3600027.5 6.0 11.20 14.71 25西安185 243313.1 7.0 5.90 15.60 2天津530 1128821.3 7.0 8.73 17.08 10长岭431 1700039.4 5.0 11.47 17.19 29海南790 2607033.0 7.0 13.35 17.30 6高桥803 2835335.3 6.0 11.78 17.98 19石家庄344 1336638.9 6.0 12.92 18.04 3齐鲁1056 2800026.5 7.5 11.00 18.08 16荆门469 2195446.8 6.0 13.87 20.25 12广州1034 3380432.7 5.5 8.79 20.46 18济南365 1600043.8 6.0 12.51 21.02 30青岛240 793833.1 6.0 9.39 21.13 14洛阳523 2201542.1 5.0 9.33 22.56 34湛江377 1004226.6 6.0 7.01 22.80 13安庆446 1418331.8 7.0 8.83 25.21 5扬子793 2400030.3 6.0 7.18 25.29 1燕山848 26962 31.8 6.0 7.18 26.57 17沧州264 1000037.9 7.0 9.08 29.20 15九江381 1562141.0 8.0 9.86 33.27 7上海892 4560851.1 5.0 6.67 38.33 20武汉423 2577860.9 7.0 10.99 38.82 通过表6，可以看出武汉、上海石化、九江、沧州、燕山、扬子等企业具有较大的低温热潜力；而金陵、镇海、茂名在低温热利用方面情况较好。4. 结论4.1 通过循环水参数及全厂装置复杂系数等参数，可以快速计算低温热潜力系数。该系数可以反映出炼油企业可回收的低温热资源情况。4.2 通过对全厂标定核算得到的低温热资源情况，与用低温热潜力系数评价的资源情况存在对应关系