润滑油加氢装置节能降耗途径探讨
陈相宁
（中海沥青股份有限公司，山东滨州，256600）
摘要：30万吨/年润滑油加氢装置开工以来，通过优化工艺参数、改变进料方式、电机增设变频、优化换热网络和精细化管理等方式开展了一系列节能降耗工作，取得了明显的效果，使装置的平均能耗下降2.98KgEo/t。
关键词：优化 管理 节能 降耗
Discussion on energy saving and consumption reduction of lubricating oil hydrogenation unit
Abstract：Since the start of the 300,000-ton/a lube oil hydrogenation unit, a series of energy-saving and consumption-reducing works have been carried out by optimizing process parameters, changing feed mode, adding frequency conversion to motor, optimizing heat exchange network and fine management, and obvious results have been achieved, which has reduced the average energy consumption of the unit by 2.98 kgeo/t.
Keywords: optimize manage conserve energy reduce consumption
某炼厂建有一套30万吨/年的润滑油加氢装置，该装置以柴油为原料，通过高压加氢和精密分馏生产符合国家标准的轻质白油和40#变压器油基础油。运行半年以后，该厂委托专业公司对该装置进行了标定，标定期间，该装置设备性能良好，工艺运行平稳，产品质量达标，平均能耗27.63KgEo/t。
2022年以来，该装置技术人员对装置的能耗组成进行了分析，依据分析结果，先后优化运行参数，改变装置进料方式，增设空冷风机和产品泵变频器，优化换热网络，以上措施的实施大大降低了装置电耗和天然气消耗，有效地降低了装置的能耗。
1. 装置能耗分析
表1 装置设计能耗与标定能耗对比
序号 | 项目 | 设计能耗 | 设计能耗 | 2020年 | 标定期间 | 标定期间 | 备注 |
kG标油/t | 百分比/% | kG标油/t | kG标油/t | 百分比/% |
| ||
1 | 电 | 9.18 | 28.8 | 11.43 | 11.18 | 36.5 |
|
2 | 燃料气 | 19.79 | 62.3 | 14.74 | 16.61 | 54.17 |
|
3 | 循环水 | 0.36 | 1.13 | 1.25 | 2.06 | 6.7 |
|
4 | 除氧水 | 0.52 | 1.63 | 0.53 | 0.63 | 2.05 |
|
5 | 净化压缩空气 | 0.13 | 0.41 | 0.22 | 0.214 | 0.6 |
|
6 | 氮气 | 0.06 | 0.18 | 0.03 | 0.00005 | 0.00001 |
|
7 | 凝结水 | -0.02 |
| -0.05 | -0.037 |
|
|
8 | 发生低温热水 | -1.13 |
| -3.14 | -3.03 |
| 有调节功能 |
9 | 使用低温热水 | 1.75 | 5.5 | 0.86 | 0 | 0 |
|
10 | 能耗合计 | 30.63 |
| 25.87 | 27.63 |
|
|
备注：能耗百分比计算时不考虑发生低温热水
根据装置能耗数据分析，该润滑油装置耗能主要包括燃料气和电两种，设计中两种能耗占比达91.1%，实际生产中两种能耗占比达87.6%。
对比设计数据和实际能耗数据，燃气、电、除氧水基本吻合，循环水消耗由设计值1.13%增加至5.5%，净化风由0.41%增加至1.3%，发生低温热水的两明显增大，使用低温热水的量明显减小。
循环水增加一方面是由于备用机泵尤其是备用压缩机的冷却系统同时投用，一方面是由于各水冷器冷后温度控制偏低，流速偏大。净化风增大主要是由于装置增设了炉膛监控系统，用风负荷增大，另外，净化风管线和各用户存在不同程度的漏风。
以上数据说明，该装置节能的方向主要在燃气和电，其次在循环水。
2. 运行参数优化
1）反应系统优化
该加氢装置临氢降凝、补充精制两种催化剂装在同一反应器内，但两种反应反应机理不同，所需条件亦不同。临氢降凝反应需要较高反应温度，且反应温升较大；补充精制反应主要用于脱除芳烃，需要适当低温、高压环境。
按照工艺包要求，二、三床层需要注入大量冷氢来维持二、三床层的反应条件，同时造成了热量的浪费。
为了充分利用反应热，装置技术人员计划在不影响催化剂寿命的前提下，适当提高反应器二、三床层出入口温度，进而提高混氢油换后温度。
2）分馏系统优化
该加氢装置采用冷高分流程，50℃左右的低分油依次经低分油与中段回流换热器（E-1206）、低分油与轻质白油WI-110换热器（E-1210）、低分油与变压器油换热器（E-1211）、低分油与反应产物换热器（E-1104）换热升温，然后进入汽提塔。汽提塔底油经换热器E-1202与变压器油换热，然后进入常压塔。汽提塔和常压塔塔底分别设有导热油重沸器，提供塔底物料再沸所需热量。
经过分析，汽提塔底油-变压器油换热器（E-1202）壳程设计温度230℃，制约汽提塔进料温度，进而影响常压塔进料温度，导致产品热量和反应产物热量不能充分利用。
装置技术人员联系设计院和换热器厂家，对汽提塔底油和变压器油换热器E-1202的设计参数进行重新核算，最终厂家和设计院同意把E-1202的壳程设计温度由230℃改为250℃。
调整前，汽提塔进料温度控制指标为180±5℃；调整后，汽提塔进料温度控制指标提高至200±5℃。汽提塔塔底热负荷不变的情况下，汽提塔进料温度与常压塔进料温度对应数据如下：
表2 汽提塔进料温度与常压塔进料温度对应数据
| 7月1日0:00 | 8月1日0:00 | 9月1日0:00 | 10月1日0:00 |
汽提塔进料温度/℃ | 185.0 | 184.5 | 203.5 | 204.3 |
汽提塔塔底再沸器热负荷KW | 36601 | 36540 | 36401 | 36420 |
常压塔进料温度/℃ | 224.5 | 226.2 | 235.6 | 235.6 |
减压塔塔底温度/℃ | 250 | 252 | 248 | 251 |
通过以上数据可以看出，装置汽提塔塔底重沸器热负荷基本不变的情况下，汽提塔进料温度每提高20℃，常压塔进料平均提高10℃。
表3 运行参数优化前后数据对比表
| 7月 | 8月 | 9月 | 备注 |
总燃气消耗Nm3 | 490378 | 437367 | 417069 | 月末累计-月初累计 |
导热油炉燃气消耗Nm3 | 399154 | 378624 | 355639 | 月末累计-月初累计 |
加热炉消耗Nm3 | 100743 | 70225 | 73054 | 月末累计-月初累计 |
电耗kw·h | 998680 | 985040 | 943120 | 月末累计-月初累计 |
加工量t | 22504 | 23090 | 22356 | 月末累计-月初累计 |
反应单耗Nm3/t | 4.47 | 3.04 | 3.26 | 加热炉燃气/加工量 |
分馏单耗Nm3/t | 17.73 | 16.39 | 15.90 | 导热油炉燃气/加工量 |
燃气单耗Nm3/t | 21.79 | 18.9 | 18.6 | 总燃气/加工量 |
电单耗kw·h/t | 44.37 | 42.66 | 42.32 | 总电量/加工量 |
通过表3的数据对比，说明优化调整后，装置燃气消耗明显下降，电消耗略有下降，其余水、气、汽等公共工程介质无明显变化，总体节能效果显著。
根据装置实际消耗数据和近几个月的平均价格，电单价以0.5778元/度，天然气单价以2.5844元/标方计，按每月平均加工22500吨加氢改质精制油计算，优化后该装置平均每月至少节约加工成本27.15万元。
3. 改变进料方式
该润滑油装置加工加氢改质柴油，上游装置柴油经空冷器冷却至45℃以下送至罐区储存，经罐区增压泵升压后送至装置界区，依次经过变压器油-原料油换热器（E-1101）、减二线-原料油换热器（E-1102）换热升温后进入原料油缓冲罐。
表4 装置原料油界区设计和运行参数表表
类别 | 介质 | 上/下游装置 | 界区温度℃ | 换后温度℃ | 流量t/h、Nm3/h | 管径DN |
设计 | 柴油 | 新厂罐区 | 25 | 80 | 30/35.7 | 150 |
夏季 | 柴油 | 新厂罐区 | 35 | 85 | 30/35.7 | 150 |
冬季 | 柴油 | 新厂罐区 | 10 | 60 | 30/35.7 | 150 |
通过表4数据分析，夏季装置自罐区来原料油温度35℃左右，经换热后进原料油缓冲罐温度达到85~90℃，满足设计要求。冬季自罐区来原料油温度10~15℃左右，换热后达到60~65℃左右，低于设计值。针对以上情况，作业区实施了上游装置柴油直接送至装置界区的改造，实现55℃冷料直进，一方面可以停掉罐区外送柴油泵，节约电耗，减少罐区油品挥发损失，一方面冷料直进可以提高冬季、夏季进装置原料温度，节能效果明显。
作业区技术人员经过现场考察，委托设计院设计，在储运罐区界区实施改造，把上游装置产品付罐区产品线跨接至罐区付该装置润滑油装置原料线上。
改造后，装置实现直进料，罐区停开一台原料泵，实现低库存运行，进料温度平均提高20℃左右，上游柴油加氢装置停开一台柴油产品外送空冷器，详细效益如下：
罐区原料泵：75KW×8400h×0.78元=630000KW·h×0.78元=491400元
加热炉燃气：80Nm3/h×8400h×4元=672000Nm3/h×4元=2688000元
改质空冷器：42KW×8400h×0.78元=352800KW·h×0.78元=275184元
经粗略计算，直进料投用后，装置平均每年节约电982800KW·h，节约燃料气672000Nm3/h，平均每年节约加工成本345万元。
4. 空冷风机和产品泵增设变频
装置高压空冷器A-1101A/B/C/D、汽提塔顶空冷器A-1201A/B、常压塔顶空冷器A-1202A/B、减顶循空冷器A-1204A/B等空冷设备冷后温度受气温和季节影响较大，进而影响塔平衡。变压器油产品泵P-1207A/B外送量受减压塔C-1204塔底液位和外送量串级控制，该泵出口压力和外送量波动较大，影响后路换热器热平衡。
作业区通过评审，一致同意高压空冷器A-1101C、汽提塔顶空冷器A-1201A、常压塔顶空冷器A-1202A、减顶循空冷器A-1204A、变压器油产品泵P-1207A/B风机增设变频控制。改造后，高压空冷器A-1101A/C变频器与出口温度TE-0601单回路控制、汽提塔顶空冷器A-1201A变频器与出口温度TE-1106单回路控制、常压塔顶空冷器A-1202A变频器与出口温度TE-1504单回路控制、减顶循空冷器A-1204A变频器与出口温度TE-1901单回路控制、变压器油产品泵P-1207A/B变频器与减压塔塔底液位LT-1601单回路控制。
另外，为了降低操作人员的工作量，装置汽提塔顶空冷器A-1201A/B、常压塔顶空冷器A-1202A/B、减顶循空冷器A-1204A/B、WI-40产品空冷器A-1203、WI-110产品空冷器A-1206、变压器油产品空冷器A-1207A/B分别在DCS画面上设置远程停机软按钮。
A-1101反应产品空冷器夏天节电：30KW*0.34变频*24h*90天*0.8元=17625.6元；
A-1101反应产品空冷器其它时间节电：30KW*0.6变频*24h*275天*0.8元=95040元；
A-1201A空冷器夏天节电：22KW*0.65*24*90*0.8=24710.4元；
A-1201A空冷器其它时间节电：22KW*0.7*24*275*0.8=81312元；
A-1202A空冷器夏天节电：22KW*0.39*24*90*0.8=14826.24元；
A-1202A空冷器其它时间节电：22KW*0.6*24*275*0.8=69696元；
A-1204A空冷器夏天节电：22KW*0.2*24*90*0.8=9603.2元；
A-1204A空冷器其它时间节电：22KW*0.5*24*275*0.8=58080元；
P-1207A/B产品泵节电：45*0.44*24*365*0.8=138758.4
改造后，各塔顶回流温度波动减小，各产品质量趋于平稳，经过初步核算，装置全年节约电费507651.84元
5. 精细管理
1）上下游协同优化
装置所产变压器油经减底泵升压，依次经过汽提塔底油-变压器油换热器（E-1202）、低分油-变压器油换热器（E-1206）、原料油-变压器油（E-1101）、产品空冷器（A-1207）降温至45℃左右送至罐区。变压器油出厂前，需要进行调和、添加助剂、超精过滤等一系列处理。
调和阶段需要先把基础油升温至65-70℃，再加入抗氧剂，搅拌均匀，配置成母液。配置好的母液通过输油泵注入变压器油基础油储罐，同时开启储罐搅拌器，使之与基础油混合均匀。调和完成后，通过滤油机将其中的杂质和水分进行处理，化验合格后，做为成品待销。
依据以上流程，装置技术人员与储运技术人员共同商讨，把装置变压器油外送温度设定为65℃，省去罐区调和升温的过程。通过以上优化，装置停掉两台变压器油外送空冷器，罐区停用蒸汽加热器。经粗略估算，优化后装置每年节约用电42万KW·h，罐区年节约蒸汽500t。
2）操作方法优化
装置加热炉为卧管式方箱炉，设置鼓风机和引风机等强制通风设施，炉膛设有氧含量、负压等控制回路，烟道和风道上均设置节流阀。氧含量与鼓风机变频设为单回路控制，炉膛负压与引风机设为单回路控制，烟道和风道节流阀均不参与控制。实际生产过程中，节流阀经常处于半开状态，烟、风道压损大，鼓引风机电耗偏高。通过优化操作方法，要求烟风道节流阀一直保持100%开度，减小流程压损。
表5 调整前后鼓、引风机变频变化表
时间（每日8点） | 鼓风机变频（hz） | 引风机变频（hz） |
9月13日 | 17.665 | 17.138 |
9月14日 | 19.250 | 18.08 |
9月15日 | 18.927 | 18.417 |
9月16日 | 19.2 | 18.147 |
9月17日 | 18.052 | 17.308 |
9月18日 | 18.88 | 17.76 |
9月19日 | 17.458 | 18.403 |
9月20日 | 16.885 | 17.948 |
9月21日 | 15.448 | 16.852 |
9月22日 | 12.612 | 15.405 |
9月23日 | 14.955 | 16.820 |
9月24日 | 15.905 | 17.255 |
通过表5可以看出，优化后，装置加热炉鼓风机变频负荷下降21%，加热炉引风机变频负荷下降7%，两台风机平均每年节约用电13990KW·h。
表6 优化后装置逐年能耗对比
序号 | 项目 | 设计能耗 | 设计能耗 | 标定期间 | 2021年 | 2022年 | 2023年 | 实际能耗 | 备注 |
kG标油/t | 百分比/% | kG标油/t | kG标油/t | kG标油/t | kG标油/t | 百分比/% |
| ||
1 | 电 | 9.18 | 28.8 | 11.18 | 9.88 | 9.05 | 8.6 | 29.4 |
|
2 | 燃料气 | 19.79 | 62.3 | 16.61 | 18.33 | 16.03 | 17.05 | 58.2 |
|
3 | 循环水 | 0.36 | 1.13 | 2.06 | 1.68 | 1.76 | 1.62 | 5.5 |
|
4 | 除氧水 | 0.52 | 1.63 | 0.63 | 0.6 | 0.64 | 0.59 | 2.0 |
|
5 | 净化压缩空气 | 0.13 | 0.41 | 0.214 | 0.24 | 0.33 | 0.39 | 1.3 |
|
6 | 氮气 | 0.06 | 0.18 | 0.00005 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.034 |
|
7 | 凝结水 | -0.02 |
| -0.037 | -0.06 | -0.05 | -0.02 |
|
|
8 | 发生低温热水 | -1.13 |
| -3.03 | -3.14 | -3.14 | -3.14 |
| 有调节功能 |
9 | 使用低温热水 | 1.75 | 5.5 | 0 | 1.26 | 0.78 | 0.52 | 1.7 |
|
10 | 能耗合计 | 30.63 |
| 27.63 | 28.6 | 25.41 | 25.62 |
|
|
通过表6可以看出，2022年以来，技术人员通过技术改进和管理提升，使润滑油装置的电单耗和燃料气单耗明显下降，装置平均单耗由2021年28.6KgEo/t下降至2023年的25.62KgEo/t，累计下降2.98KgEo/t。
结论
在双碳背景下，炼油行业做为能源消耗大户，持之以恒节能降碳是未来工作的方向和大势所趋。本文通过总结近几年开展的几项节能减碳工作，提炼了一些思考和工作的方法，希望对同行业的技术人员有所启发和帮助。
一是对比设计参数，从设计源头出发，深挖装置潜能；
二是认真分解装置能耗数据，有针对性地实施优化和改造；
三是工作过程中秉持全流程思维，上下游联动调整；
四是作为技术人员，需要深刻理解装置工艺原理和设备结构，使其发挥最大效益。
作者：陈相宁，1987.4.26，男，汉，山东聊城，研究生，高级工程师，润滑油加氢工艺，中海沥青股份有限公司，山东省滨州市滨城区黄河五路871号
订阅方式：
①在线订阅（推荐）：www.sdchem.net.cn
②邮局订阅：邮发代号24-109
投稿方式：
①在线投稿（推荐）：www.sdchem.net.cn
作者只需要简单注册获得用户名和密码后，就可随时进行投稿、查稿，全程跟踪稿件的发表过程，使您的论文发表更加方便、快捷、透明、高效。
②邮箱投稿：sdhgtg@163.com sdhg@sdchem.net
若“在线投稿”不成功，可使用邮箱投稿，投稿邮件主题：第一作者名字/稿件题目。
投稿时请注意以下事项：
①文前应有中英文“题目”、“作者姓名”、“单位”、“邮编”、“摘要”、“关键词”；
②作者简介包括：姓名、出生年、性别、民族、籍贯或出生地、工作单位、职务或职称、学位、研究方向；
③论文末应附“参考文献”，执行国标GB/T7714-2005标准，“参考文献”序号应与论文中出现的顺序相符；
④注明作者的联系方式，包括电话、E-mail、详细的通讯地址、邮编，以便联系并邮寄杂志。
欢迎投稿 答复快捷 发表迅速