石油化工企业储运系统节能分析和研究

石油化工企业储运系统节能分析和研究
何钦全
【摘要】石油化工企业油品储运系统正常生产运行时需要消耗大量的能源和公用工程资源.能源主要是指电能,公用工程资源主要是指蒸汽、生产水、低温热水、净化压缩空气、氮气等,其中蒸汽的消耗量比较大.随着国家节能减排的规划要求及石化企业效益的最大化,石油化工企业储运系统的节能优化显得尤为重要.本文就石油化工企业储运系统能源消耗进行分析和研究,并就节能做进一步的阐述和说明.【期刊名称】《广州化工》【年(,期】2014(042008【总页数】5(P167-171
【关键词】石油化工企业;储运系统;能源消耗;节能;优化【作者】何钦全
【作者单位】中石化洛阳工程有限公司,河南洛阳471003【正文语种】【中图分类】TE85

石油化工企业油品储运系统正常生产运行时需要消耗大量的能源和公用工程资源。能源主要是指电能,电能消耗主要用于储运系统向装置输送原料及成品油的外运等机泵的运转;石油化工企业储运系统电能消耗是无法避免的,但可以通过优化生产操作参数,提高机泵效率,选用高效泵等措施以降低电能消耗。公用工程资源主要
是指蒸汽、生产水、低温热水、净化压缩空气、氮气等,其中蒸汽的消耗量比较大。低压蒸汽消耗主要用于物料的维温和升温、储罐和管道的伴热[1]以及火炬系统的消烟等。储运系统部分蒸汽消耗可通过热值低的低温热水替代的方式减少蒸汽消耗。低温热水是指工艺装置换热回收热能后温度在70~120℃的剩余能量热水,石油化工企业低温热水的热量源头是企业所烧的燃料,其热能是燃料热能的转化形式。而回收利用的低温热水又可用于储运系统部分管道或设备的热媒用于维持介质温度,可以达到节约蒸汽消耗的目的。低温热水的再利用措施是利用低品位热能,而节省高品质的热能(低压蒸汽,同时也减少了冷却负荷,进而减少了冷却器的投资和运行所需要的电能消耗。由此可见充分利用低温热的经济效益十分显著,一举多得。石油化工企业储运系统的节能技术分析和研究主要涉及如下几方面:(1优化中间原料储运设备的设置,加强装置与储运系统的统一管理;(2改造储运系统机泵、提高运行效率[2];(3使用低温热水代替蒸汽可用于储存温度较低的原油、轻蜡油、润滑油等油品储罐的升温、维温及管道伴热[3];(4采用油罐清洗新技术、减少污水排放;(5采用节能设备,如节能型长明灯等;(6更换或选用保温性能良好的保温材料[4];(7储运系统尾气的优化处理方案。
为了对石油化工企业储运系统节能减排技术分析和研究更加深入彻底,为了更加和实际生产操作的数据保持一致。特对国内某石油化工企业(以下简称A炼厂储运系统生产操作进行了深入和详细的调研,本论文结合此石油化工企业储运系统的生产现状,并制定了具体的节能减排措施。1A炼厂储运系统现状与存在问题分析
A炼厂储运系统包括:成品车间、中转车间(含润滑油系统、油品装运公司及各装置
间的工艺及热力管网。其中成品车间包括:原油罐区、轻油及航煤罐区,是A炼厂原油的接收、储存及转输中心及汽、煤、柴油的集散地;中转车间包括:中间原料罐(即一区、二区、三区、掺渣罐区、重油罐区、新球罐区、老球罐区、化学药剂罐区、泵房、火炬及放空油气回收设施、润滑油原料罐区,主要承担中间产品的接收储存与输送,润滑油原料罐区储存并中转常减压、丙烷、糠醛、酮苯、润滑油加氢及加氢改质装置的原料或产品;油品装运公司包括:铁路装卸栈台、洗槽站和公路装卸栈台,是原油进厂及产品出厂的中枢。1.1储运系统罐区蒸汽消耗分析
目前A炼厂油品储运系统低压蒸汽消耗约占全厂低压蒸汽耗量的20%,而储运系统的储罐加热和维温用汽量占储运系统总用汽量的50%60%,主要用于重质油品储罐的维持温度或加热,储运系统罐区消耗蒸汽的储罐见表1
1储运系统罐区消耗蒸汽的储罐一览表Table1ListfortanksthatconsumesteaminOilstorageandtransportationsystem介质名称位号罐型罐容积/m3保温材料加热介质储存温度/℃备注原料油品车间储罐原油1#拱顶10000红砖1.0MPa蒸汽45原油245#内浮顶10000红砖1.0MPa蒸汽45原油3#内浮顶10000岩棉1.0MPa蒸汽45原油6#外浮顶20000水泥石棉绒1.0MPa蒸汽45原油91011#拱顶20000红砖1.0MPa蒸汽45原油12#浮顶20000泡沫石棉1.0MPa蒸汽45原油1316#外浮顶30000水泥石棉绒1.0MPa蒸汽45脱水原油15/1#拱顶2000珍珠岩1.0MPa蒸汽45中转车间储罐蜡油中间原料000102#拱顶5000红砖70蜡油中间原料1003#拱顶5000泡沫石棉70蜡油中间原料040708#拱顶5000红砖70蜡油010203#内浮顶500070半沥青300拱顶5000红砖95渣油060708#拱顶5000红砖95半沥青310#拱顶5000红砖95渣油、半沥青311#拱顶500095渣油312315#拱顶5000红砖95渣油603606#拱顶100095润滑
油系统车间储罐轻脱油010203#拱顶3000砖墙80减三线油040607#拱顶5000砖墙70减三线油4005#拱顶3000砖墙70减四线油4008#拱顶5000砖墙70改质产品50065010#拱顶1000石棉板60改质原料50145017#拱顶2000石棉板80石蜡6001#6004#拱顶2000石棉板70地蜡60026004#拱顶2000石棉板90改质产品80018003#拱顶2000石棉板80改质产品8004#8006#拱顶1000石棉板80酮苯原料8008#8012#2000石棉板60从表1中可以看出,储罐保温大多采用砖墙结构,保温效果差,并且现场勘查和调研发现,开洞、破损情况很多,势必造成热损失增大。另外,有些原油罐(13#14#外的水泥石棉绒保温层,未加防雨铁皮,南方雨季较长,棉绒吸水后隔热效果明显下降。保温层[3]保温效果差是造成热损失大,蒸汽消耗量大的重要原因。特别对于渣油、减三线油储存温度较高等储罐,采用保温效果不好的砖墙保温,势必造成热损失增大,造成蒸汽耗量增加。目前A炼厂原油系统的现状是:原油进罐前经热水换热器升温至储存温度,a原油、b原油油经换热器由35℃升温至4550℃、c管输原油经换热器由30℃升温至40℃左右,进罐后维持该温度,目前罐内采用1.0MPa蒸汽维持温度,对于40~50℃的储存温度采用1.0MPa蒸汽加热储罐内的原油有些浪费。
润滑油系统车间内石蜡由装置进罐区储存后进入成型车间成型,石蜡储存温度只要能满足其输送要求即可,适当降低石蜡罐内储存温度,减小热量损失,可以降低蒸汽的消耗量。另外目前A炼厂润滑油系统车间内润滑油储罐数量较多,均使用1.0MPa0.3MPa蒸汽对润滑油储罐[1]进行维温、加热和管道伴热[3],并且由于润滑油罐区已投用30年,管道及加热管等腐蚀严重,保温层破损严重,蒸汽疏水器也存在漏损情况,据A炼厂储运车间技术员统计:润滑油罐区2007年消耗1.0MPa蒸汽2.1×104t/a、0.3MPa蒸汽2.5×104t/a,可见蒸汽消耗量比较大。

1.2储运系统中间原料系统流程耗能分析
1中的蜡油储罐(1000#1004#1007#1008#A炼厂的工艺装置的中间原料罐,自两套蒸馏装置来的蜡油均进蜡油罐储存,再经罐区供料泵输送至催化和焦化装置,上下游装置之间未实现直接热供料。蜡油在出蒸馏装置前经过一次换热降温后进罐区储存,在进催化和焦化装置还需经换热器升温后送至工艺装置加工,降温和升温的两次换热过程必然会造成能量损失。1.3储运系统全厂工艺及热力管网耗能分析
根据现场调查和A炼厂储运车间技术员核实,由于A炼厂建厂比较早,管网老化。每年有500600处管道保温层破坏,另外很多保温层[4]经过长时间使用保温效果已经很差。另外许多蒸汽疏水器不同程度的漏气情况,造成了蒸汽的浪费。1.4储运系统电能消耗分析
储运系统电能消耗主要是机泵[2]运行消耗用电,由于A炼厂建于20世纪70代,机泵运行时间较长,部分机泵已超过其规定的使用寿命,导致机泵运行效率低下。另外A炼厂年加工量不断变化导致机泵的实际工作点远偏离于额定点(高效区机泵经常在低效区运行。根据A炼厂技术部门提供的标定报告,实际运行流量与额定流量相差较大,大多数机泵有效负载率大部分在50%以下。问题主要集中在以下几方面:1.4.1原料系统机泵的配置问题分析
储运系统原油输送泵为常减压工艺装置提供原料,连续不间断运行。其配置的合理性与否对电能消耗影响很大,目前A炼厂原油系统主要机泵配置情况详见表22原油系统主要机泵配置表Table2Listforimportantpumpsincrudeoilsystem工艺编号介质额定参数排量/(m3/h扬程/m轴功率/kW配用电机型号功率/kW原油1#原油450300525JK500500kW500原油2#原油500303522YB560M2630原油3#原油500300593YB560M12w
630原油4#原油289270289YB450S22355原油5#原油287270289JBO630S12315原油6#原油2008062.2BJO292275原油7#原油793811.9YB2200L12302中的原油1#3#泵主要给南区蒸馏装置供料,原油4#5#泵给北区蒸馏装置供料。根据A炼厂目前加工量,南区蒸馏装置供料泵(原油1#3#流量富裕15%,北区蒸馏装置供料泵(原油4#5#流量富裕32%。当A炼厂加工量达到550×104t/a时,南区蒸馏装置供料泵流量可满负荷运行,北区蒸馏装置供料泵流量富裕32%,流量的富裕造成了一定的电能的浪费。
南区蒸馏装置的边界压力为1.6MPa,北区蒸馏装置的边界压力为1.2MPa。以A炼厂目前加工量运行,南区蒸馏装置供料泵(原油1#3#扬程富裕126m占总扬程39%;北区蒸馏装置供料泵(原油4#5#扬程富裕142m,占总扬程49%;A炼厂加工量为550×104t/a时,南区蒸馏装置供料泵(原油1#3#扬程富裕116m,占总扬程31%;北区蒸馏装置供料泵(原油4#5#扬程富裕142m,占49%。泵扬程的过量富裕也造成了电能消耗的浪费。1.4.2中间原料系统机泵配置问题分析
目前A炼厂大部分工艺装置之间没有实现热联合,下游装置的原料需要由罐区内的泵连续供给,增加了电能的消耗,并且中转车间的机泵也存在效率低的问题。例如在对厂内液化气罐区的运行机泵的运行数据进行分析,发现大部分泵的效率运行低下,效率大都低于30%,具体数据详见表3
3液化气罐区用泵一览表Table3ListforpumpsinLPGtank输送介质设备名称流量/(m3/h扬程/m轴功率/kW电机功率/kW运行效率/%液态烃(2离心油泵25205365521液态烃离心油泵12.5210172223液态烃离心油泵6.25804.557.516液态烃离心油泵50200517529液态烃离心油泵10024010813233正己烷离心油泵50601418.535
续表3液态烃(2离心油泵10024013227液态烃(2离心油泵25110162226液态烃离心油泵2525032.74028液态烃离心油泵10024010813233液态烃离心油泵50200517532戊烷(4离心油泵12.5228172227(2离心油泵25300454523丙烷离心油泵50200517513C4离心油泵50200517531丙烯(2离心油泵502007575181.5储运系统可燃气体排放及回收分析
目前A炼厂现有3台高架火炬,2台地面火炬,设干式气柜110000m3,湿式气柜25000m3,用于可燃气体回收。2台地面火炬的长明灯消耗高压燃料气量较大,每台长明灯耗量为15m3n/h。另外汽油火车装车设施均设有液下密闭装车鹤管,但未采取油气回收措施。航煤火车装车设施选用喷溅式装车鹤管型式,不但增加了安全隐患,加重了环境污染,而且加剧了油品装车油品损耗量。2A炼厂储运系统节能分析及主要措施2.1蒸汽消耗
2.1.1渣油、原油等重油罐蒸汽消耗节能解决方案
储罐保温材料保温效果差是导致了蒸汽耗量增大的直接原因,因此可选择导热系数低的品质好的保温材料[4],以降低蒸汽耗量。对于由砖墙保温的蜡油中间罐、渣油、减三线油等高温储罐更换保温层,如果按采用岩棉或复合硅酸盐保温材料计,可节省热能82.5×108kcal/a,节约1.0MPa蒸汽约为3.0×104t/a。需更换的保温层总量约为1250m3,更换保温层投资约为150万元。
目前自原油输送管线来的原油进罐前先经热水换热器升温至储存温度后再进罐,用1.0MPa蒸汽维持储罐储存温度。a原油、b原油经换热器由35℃升温至4550℃、c管输原油经换热器由30℃升温至40℃左右。目前A炼厂使用的7台换热器使用年限较长,换热效果较差,可对现有的换热器进行部分清洗和更换,将会提高换热终温,可从而提高热能利用效率。另可将原油进罐储存以维温为主,并考
虑采用低温热水取代原有蒸汽维温[4]。厂内储运系统可以利用的低温热水温度为70~90℃,总量约300t/h,充分利用低温热水是原油系统降低蒸汽消耗的关键。厂内共有原油罐16(1#16#,罐容有10000m320000m330000m3三种,储罐保温层有红砖、岩棉等,罐内均设有加热盘管。可根据各储罐的具体情况,并结合A炼厂热水管网现状,综合考虑各种影响因素,以一次性投资少,投资回收期短为目标,确定各原油罐的维温方案。1#2#4#5#原油罐的单罐容积为10000m3,罐外保温层为砖墙结构,罐内设置有347m2的加热盘管。如果按照低温热水维温方案,砖墙结构必须更换为岩棉等导热系数小于0.041W/(℃·m的保温材料。表4~表6分别给出了不同保温层厚度、不同热水流量下所需的加热面积,并给出了相应得投资估算。
4保温层100mm不同热水流量下所需加热器面积对比Table4Comparisonfornecessaryheaterareaindifferenthotwaterflowwhenthermalinsulationis100mm热水流量/(m3/hQ=7Q=9Q=12Q=15加热器面积/m2148140132129热水终温/℃61.462.364.965.99压降(盘管/m2.63.94.810.5更换保温层投资/万元17171717更换加热器投资(盘管/万元4.3000换加热器投资(排管/万元5.4000热水系统管网改造投资0000热水循环泵0000调节阀等/万元3333节能总投资(盘管方案/万元24.3202020节能总投(排管方案/万元25.42020205保温层80mm不同热水流量下所需加热器面积对比Table5Comparisonfornecessaryheaterareaindifferenthotwaterflowwhenthermalinsulationis80mm热水流量/(m3/hQ=7Q=9Q=12Q=15加热器面积/m2164155145141热水终温/℃60.6562.73464.5565.64压降(盘管/m3.34.98.513更换保温层投资/万元14141414更换加热器投资(盘管/万元4.74.54.20更换加热器投资(排管/万元65.75.30热水系统管网改造投资0000热水循
环泵0000调节阀等其它改造投资/万元3333节能总投资(盘管方案/万元21.721.521.217节能总投资(排管方案/万元2322.722.3176保温层60mm不同热水流量下所需加热器面积对比Table6Comparisonfornecessaryheaterareaindifferenthotwaterflowwhenthermalinsulationis60mm热水流量/(m3/hQ=7Q=9Q=12Q=15加热器面积/m2193181168162热水终温/℃59.461.763.865.1更换保温层投资/万元11111111更换加热器投资(盘管/万元5.65.24.854.7更换加热器投资(排管/7.06.66.25.9热水系统管网改造投资0000热水循环泵0000罐前管道改造等/万元3333节能总投资(盘管方案/万元19.619.218.8518.7节能总投资(排管方案/万元2120.620.219.9从表4~表6中的总投资估算得出,对于1#2#4#5#原油罐罐外保温层采80mm、加热热水流量按15m3/h时,罐内现有加热器面积可满足使用要求,无需更换。只需在储罐前增加热水管道、热水调节阀等,投资较少,是较为可行的方案。若采用该方案,1#2#4#5#原油罐所需低温热水总量为60m3/h同时可以节约蒸汽总量为1.5t/h
经核算比对,全厂16台原油罐罐内加热盘管面积可以满足热水加热工况下的加热要求。因此,储罐加热用低温热水取代蒸汽是可行的。但在实施过程中,建议罐外原有蒸汽加热系统仍保留,以便在出现极端气候等条件时,及时更换伴热热媒,保证原油罐储存的安全性。此项整改措施约节省1.0MPa蒸汽3.5×104t/a。根据石蜡的物性条件,适当降低其储存温度,在输送过程和储存过程中可用0.3MPa低压蒸汽伴热及维持介质温度,不采用1.0MPa蒸汽,按9×104t/a的石蜡储存量计算,即可节省1.0MPa蒸汽7610t/a。润滑油储罐除了需更换砖墙保温储罐的保温层外,可以考虑使用90℃低温热水代替目前使用的蒸汽,但需要更换已腐蚀严重的罐内加热器,更换的加热器面积根据90℃热水加热工况进行核算。
该方案可以节约消耗1.0MPa蒸汽2.0×104t/a、0.3MPa蒸汽2.5×104t/a,但需要投资约150万元用于更换加热器。
2.1.2优化中间原料系统流程蒸汽消耗节能解决方案
工艺装置上下游之间能采用热联合的操作流程,这样就可以减少罐区储量和储存时间,同时降低蒸汽耗量。但是该问题的解决需要对全厂总流程做相应调整。2.1.3全厂工艺及热力管网节能解决方案
7储运系统节约蒸汽消耗汇总表Table7Totalsteamconsumptionsavinginoilstorageandtransportationsystem项目方法1.0MPa蒸汽计节约量/(t/a整改投资/万元原油罐采用热水维温3.5×104更换储罐保温层1.5×104400更换换热器50石蜡罐采用0.3MPa蒸汽维温7610100润滑油罐采用热水维温2.0×104150管网系统0.1375×104500小计7.8985×1041200
建议对管网系统进行适当改造,采用导热系数较低的保温材料和疏水性能较好的疏水器;同时对目前蒸汽伴热的管道可利用低温热水伴热的改为低温热水伴热,节约蒸汽量为:0.25kg/t×550×104t/a=137.5×104kg/a=0.1375×104t/a。综合以上各项措施,储运系统节约蒸汽消耗情况见表72.2电能消耗
2.2.1原料系统机泵的配置解决方案
原料油系统机泵流量偏大、扬程偏高造成了电能浪费,是首先要解决的问题,需要对现有的机泵结构改造。采用切削或更换叶轮的方法可以降低扬程,按扬程降低10%计,可节约电耗约87×104kW·h/a。2.2.2中间原料系统优化方案
工艺装置上下游间采用热联合运行,罐区的中间原料罐区供料泵只在工艺装置发生事故小修时间断使用,则可以节约大量电能。2.2.3厂内机泵效率偏低问题解决方案

A炼厂现有液态烃泵共25台,效率均在13%35%之间,并且部分泵扬程选取偏大,经向机泵供货商咨询落实,针对A炼厂目前现有的液态烃泵的操作使用工况,可以将现有的液态烃泵更换为效率更高的选型更合适的泵,效率能达到50%以上,该项投资约90万元。更换后可节约电能40%以上。以上两项约可以节约电19.8×104kW·h/a。
2.2.4储运系统可燃气体排放及回收节能分析
如将目前使用的长明灯更换为节能型长明灯,每个地面火炬的长明灯燃料气消耗减少一半,每台地面火炬可节约158t/a燃料气,两台地面火炬节约316t/a。另外目前汽油装火车油气损耗约为0.9%A炼厂火车装汽油量约为45×104t/a,装车造成的汽油损失量约为396t/a,如果汽油火车装车设施增加一套油气回收设施,油气回收率按90%计,可回收汽油357t/a3A炼厂储运系统节能投资及收益分析3.1储运系统节能措施所需投资
8储运系统节能措施所需投资一览表Table8Investmentlistforoilstorageandtransportationsystemenergysavingmeasures项目投资/万元备注蒸汽系统1200机泵改造20更换或切削叶轮机泵更换90更换液化烃泵火炬设施3气回收700小计2013储运系统节能措施所需投资详见表8储运系统节能措施所需投资一览表。3.2储运系统节能措施回收收益
若采用以上节能措施,A炼厂预计节约的能耗详见表9储运系统节能收益一览表。9储运系统节能收益一览表Table9Benefitsfromoilstorageandtransportationsystemenergysavingmeasures项目节约耗量折合单量/(kg标油/a折合总量/kg(标油/万吨·年备注电能291.6×104kWh/a82.46×1040.16蒸汽(1.0MPa7.8×104t/a592.3×1041.07燃料气316t/a31.6×1040.05
357t/a36.8×1040.067合计1.3374结语
炼油化工企业节能降耗减排是企业需长抓不懈的工作,有着较大的经济效益和社会效益,目前中国经济高速发展,环境污染不可小觑。尤其近期空气污染严重,造成雾霾。因此炼油化工企业除了为社会创造经济效益的同时,也要重视节能及减少污染物排放。本论文以国内某炼油企业储运系统为例进行节能分析。其实石油化工企业节能减排是系统工程,需要从炼厂规划设计、生产操作各环节有机结合,共同为实现炼厂的节能减排目标做出贡献。参考文献
1]李正西,徐思文.油品储运设计手册上册[M].北京:石油工业出版社,1997:303509594829
2]李正西,徐思文.油品储运设计手册下册[M].北京:石油工业出版社,1997:352410486489
3]中华人民共和国工业和信息化部.SH/T30402012石油化工管道伴管及夹套管设计规范[S].北京:中国石化出版社,2012
4]国家石油和化学工业局.SH30102000石油化工设备和管道隔热技术规范S].北京:中国石化出版社,2000


《石油化工企业储运系统节能分析和研究.doc》
将本文的Word文档下载,方便收藏和打印
推荐:
下载文档
热门推荐
相关推荐