PRO_Ⅱ和HEXTRAN软件在延迟焦化装置节能改造中的应用.doc

PRO和HEXTRAN软件 在延迟焦化装置节能改造中的应用夏凤艳李建功(大庆石化总厂计算机开发公司，大庆163714)摘要在对大庆石化总厂延迟焦化装置进行节能改造中，通过采用流程模拟及过程整合 技术并应用PROII和HEXTRAN等软件而制定的优化改造方案，收到了投资90万元，节省公用 工程400 8万元的经济效益，装置能耗降低17 6，提出的改造方案在技措改造中得到实施。关键词流程模拟，过程整合，夹点温度，组合曲线1引言大庆石化总厂炼油厂延迟焦化装置是1964年lO月建成的一套年处理量为60万吨的装 置。装置投产以来，几经技术改造和改扩建，目前装置年处理量达100万吨，1994年平均能 耗为1015砌r，加热炉热效率平均为88 6。在国内同类装置中，该装置能耗较低，处于 国内领先水平。尽管如此，鉴于生产发展和技术进步及挖潜增效的需要，总厂决定对该装置 进行进一步改造。为达到更好的全局效益，总厂决定在改造中运用能量综合技术进行流程优 化，以大幅度降低能耗，节省操作费用。为此，总厂成立了夹点技术小组，运用能量综合技 术，制定优化的改造方案。工作中我们应用了PRO1拟软件和HEXTRAN软件，所采用的技术路线是： (1)对装置进行现场标定，应用标定的数据进行模拟计算，得到各工艺物流数据(应用PRO软件)；(2)确定装置运行实际所需的最小能量和冷、热物流交换的夹点温度(应用HEXTRAN软件)； (3)根据夹点目标分析结果，结合实际确定现有流程热交换，热量利用不合理的部位； (4)综合利用热力学原理、夹点技术原理和工艺生产经验，提出更合理的改造措施： (5)确认符合设计和运行标准的最小投资方案，做到最大程度地节省费用； (6)对改造方案进行模拟计算，确定改造投资和成本回收期。2流程简介延迟焦化装置的原料是减压渣油和热裂化渣油，热原料直接进入原料缓冲罐容一l，冷 原料经换一3与蜡油换热后进入容一l，容一1抽出进加热炉对流段，加热至320370：C进入 分馏塔一2底部，原料油和循环油在塔一2底预热到380395，送入加热炉辐射段加热至5000C，进入焦炭底部。 在焦炭塔内，发生分解和缩合反应，最终转化为气体、汽油、柴油、蜡油，循环油和石作者简介夏风艳女36岁，助理工程师，电话：6768434EnBil：删163姗n。258油焦炭。焦炭聚集在焦炭塔内，其余气体和液体产品以气相进入分馏塔下部。 对流室来的原料油与焦炭塔来的油气在分馏塔的提升段进行热交换，发生10MPa蒸汽，一路在换一3与冷渣油换热，另一路去换32与除氧水换热发生10MPa蒸汽后至换33与除氧水换热发生03MPa蒸汽，然后与换7和采暖水换热，出来至冷5冷却，然后出装置。 柴油从塔一2，15层抽出，至塔一3至换1，11与除氧水换热产生10MPa蒸汽，然后一路进换一2，加热除氧水后，去冷一4冷却后做塔20层回流，一路去换一9与空气换热后到冷一3冷却，出装置。分馏塔顶出来的汽油蒸气和瓦斯到空冷1，冷却后去容一2进行油水分离。汽油从容一2底抽出装置，流程图见图1。图l延迟焦化装置工艺流程简图3模拟计算，优化分馏塔回流取热负荷，得出工艺物流数据应用PRO软件，对装置流程进行模拟计算。计算过程中，发现分馏塔底部回流温度 控制有些偏低，其原因在于换热流程上。从集油箱抽出温度为351，负荷为1967103MJ h，这部分热用废热锅炉和预热原料冷渣油来回收，其中冷渣油是从85预热到165，而 冷渣油的进料量不定，如量大，则换3热侧出口温度120左右，这股物流与用来发生10 蒸气MPa的换31出口物流混合后，温度达到172以上。这样一股物流反复冷却、加热， 造成能量的双重损失。这点从夹点技术原理讲，也是不合理的，正是我们进行整合的对象， 关于如何整合，后面再详细介绍。经模拟计算，回流温度控制在190195之间为佳，回流取热负荷：塔顶22 74103Uh，塔中19 8431矿MJh，塔底17631103 M】讹。通过模拟计算，我们得出换热器数据和工艺物流数据见表1、表2。在过程整合术语中， “物流”指物质的运动或工艺过程所必须的热，包括热回收设备回收的热。表2给出了这些物 流的始温、终温和热容流率即物流温度升高或降低1的流率。259表1冷换设备一览表冷 流热 流公用工程消耗温度负荷温度0c负荷介质 介质 (th)人口 出口 x 1护(r,Oh)入口 出口 los(MJh)换I按11 软化永 145 1蚰 13 536 柴油 M1 193 13 536 6 717 换2 软化水 94 147 l 372 柴油 193 182 1 372 7 282 换3 冷渣 83 165 16446 蜡油 34l 115 16446换311 软化永 140 180 9288 蜡诎 341 226 9 289 4 608 换3，2 软化水 140 180 8969 蜡油 341 198 8 969 4 450 换33 软化水 94 150 l 971 蜡油 198 162 1 971 0 910 换9 空气 凹 150 5 233 柴油 193 152 5 233 42672 换6 循环水 2 34l 塔顶回流 1储 156 2341 55 918 换7 循环水 3124 蜡油 162 100 3124 74 620 冷1 水空气 塔顶抽出 122 40 21 508冷3 循环水 27 56 11906 柴油 152 46 11906 98 057 冷4 循环水 27 66 i0190 柴油 18l 40 i0 190 64 046 冷5 循环水 27 63 2357 蜡油 100 48 2 357 15 636表2物流数据温度始值 温度终值负荷热容流率序号 类型 代号 物流说明 备注 x ion(sith) x 1。】(缸7hl热流 H11 蜡油产品物流351 4816925 0056 H32133 H7 N52热流 H12蜡油回流 351 115 2574 0141 1431t314热流 142l 柴油抽出至换11出口248 193 13562 0 246H5 热流 H22 换11出口至柴油产品193 4617、139 0116 H3 N36热流 衄柴油回流 193 103 11562 0128 H2 m7热流 143l 汽油回流156 41 2l 9510 190N2 H68 热流 H41 塔2顶至容212240 2l，950263 Nl9冷流 C11冷渣油 83 15019押80 301H310 拎流 Ct2 经换31产生1 0MPa蒸汽 179、9 1809 2舛 0232 H3I11冷流 C13 经换32产生1 0MPa蒸汽179 9 180 8 9730224 D212 冷流 C14 经换33产生0 3MPa蒸汽1339 134 I97I0197 fB313 冷流 C21 经换2产生0 3MPa蒸汽13391341 3720030 m14 冷流 C22 经换1产生10MPa蒸汽179 9 18013蚍0339 H14现有换热网络能耗目标计算41目标计算装置运行需要加热和冷却的最小量是可以计算的。我们应用HEXTRAN软件，做目标计 算。计算结果如图2所示。(1)“组合”曲线 图2为“组合”曲线图，物流数据以两条“组合”曲线的方式在图中表示出来。一条曲线代表所有需要冷却的物流的组合(热组合曲线)。另一条代表所有需要加热的物流组合(冷组合 曲线)，在两曲线重叠区，冷、热物流的热量是可以交换的。在两端加热和冷却必须由装置 的公用工程系统实现。其中，“夹点”是一个关键点。它是冷、热组合曲线在垂直方向上最接 近的点。两组合曲线在夹点处的温差是整个换热网络的最小温差(HRAT)。降低这个最小温 差就可以减少能量指标。但热回收网络的费用将会增加，在能量和基本投资中有个折中点。(2)冷、热物流综合热量利用分析26DTEMPERATURE VS DUTY FOR RUN NO 1360Generated steam 32034mmkJh280啬H童HH；H HH H120 H HHHHH80H_LHH“40H59 79 99 119DUTY图2延迟焦化装置换热网络组合曲线由图2可以看到，目前装置换热网络的最小接近温度为32，从对装置实际物流及炼 油装置换热网络经验分析来看，这个温度比较高，所以说节能是很有潜力的。这里有两个途 径降低HRAT值，一是利用夹点以下能量；二是利用夹点以上能量。结合装置实际，我们应 用夹点以上物流发生10MPa蒸汽，利用夹点以下物流加热冷渣油。调整后，装置换热网络 组合曲线如图3所示。5应用夹点技术优化换热网络由于我们面对的是对旧装置的改造，所以不可能将现有网络设计成符合最小能量指标的理 想换热网络。有时需要尽量重复利用原有设备，使现有系统改造最少，投资最小。所以，夹点 技术节能改造，其主要途径之一是改造跨夹点换热匹配情况。应遵守的夹点技术规则是：(1)不能穿越夹点从高温到低温换热；261TEMPERATURE VS DUTY FOR RUN NO l360HH320 莓280J岂 HHl240臣HH善卜 200HH“C1H160HHH H120H H HH HHHMinimm cooling80l州HH784mmkVh。40HO597999119DUTY图3调整后装置换热网络组合曲线(2)夹点温度以下不能使用热公用工程； (3)夹点温度以上不能使用冷公用工程； (4)高温冷流与高温热流换热，低温冷流与低温热流换热。 延迟焦化装置工艺换热器有7台，其中跨夹点换热的只有1台，具体情况如下： H3冷侧831650C热坝4315，115整合结果，用中温热流(夹点以下物流)即塔2顶汽油回流将冷渣油预热到122(负荷874103MJh)，然后再用柴油将冷热混合渣油预热到150。C(负荷4462103删fh)。应用 高温物流(央点以上物流)即蜡油回流物流发生1OMPa蒸汽477th。6改造具体措施与结果比较61措施 (1)增加1台1OMPa的蒸汽发生器 (2)增加1台渣油预热器；2醣(3)换2夏季停，冬季用来生产采暖水； (4)去180泵的封油可以从换33后抽出 (5)塔2蜡油回流温度控制在190。195(3(6)本装置使用了耗能较大的汽动180泵 如果改用电动泵，可使装置能耗降低198kg标油t。62结果(1)改造后冷2负荷减少5047 x 103MJh 这对空冷操作很有利，解决了空冷超负荷生 产情况；(2)改造后，有利于蜡油回流温度的控制，对生产平稳操作及产品质量控制都很有利。改造后流程见图4：(3)在现有工艺中实施以上改造措施后，模拟计算，可得改造后换热器工艺数据见表3；(4)改造前后公用工程消耗结果比较，列于表4。图4延迟焦化装置改造后流程简图 表3改造后换热器数据表j冷 流 热流公用工程消耗温度 负荷温度 负荷介质 介质 (th)入口 103(h)入口 出口 x 1护(ML，h)出口换1换11 软化水 140 l蚰 13 320 柴油 241 193 13 320 661换3 冷渣 83 165 12165 柴油 193 115 12 165换31 软化承 140 】80 12760 蜡油 34】 222 16760 】O569 换32 软化水 140 180 11 543 蜡油 341 198 11543 5 728 换33 软化水 133 2 537 蜡油 198 162 2 537 1172 换9 空气 30 150 6 21l 柴油 222 172 6211 50 646 换6 循环水 2 513 塔顶回流 168 156 2 513续表；冷流热 流公用工程消耗温度负荷温度负荷介质 介质 (th)人口 出口 x l一(1垣lh)人口 出口 x 103(IVtlh)冷1 水空气 塔顶抽出 126 40 16461冷3 循环水 27 56 11 060 柴油 115 46 1I060 91093 冷4 循环水 ” 65 4 956 柴油 181 103 4 956 31151 挎5 循环永 27 63 2 357 蜡油 110 48 2357 18825表4改造前后公用工程消耗结果比较表热公用工程03MPa蒸汽 1 0hh蒸汽 耗循环水流量(仉)锫耗(MJt)赢量(饥)能耗(MJt)流量Oh)能耗(MJt) 改造前0 910 19 983 15 m 393昭2233657 7 774 改造后 1 46132憾322 097 55877 1配344 5403从上表可知，装置改造后多产了蒸汽，少用了循环水。改造后降耗：3208319983+558770393832+77745403=179559MJt=428t标油改造后能耗下降：17酊9559100=1767 经济效益分析(1)1OIVIPa蒸汽 多产1OMPa蒸汽：2209715577=625th 每年多产蒸汽6258000=52160ta1OMPa蒸汽单价：72元t经济效益：7252160=3755万元 (2)03MPa蒸汽多产蒸汽：1460910=0551h 每年多产蒸汽：0551 X 8000=4408th O3MPa蒸汽单价：55元t 经济效益：55x4408=242万元(3)循环水 少用循环水：233657162344=7131th 每年节约循环水：7131 X 8000=570456a 循环水单价：022元l 经济效益：022570456=126万元(4)多耗锅炉给水：652th 每年多耗：6258000=52160ta 给水单价：22元a 经济效益：22