作為石油煉制企業(yè)和化工生產(chǎn)企業(yè)，其能源消耗非常巨大，節(jié)能降耗的壓力也非常大，如何進(jìn)行有效的能源管理和監(jiān)控、為節(jié)能降耗提供依據(jù)和支持，是擺在煉化企業(yè)面前的一個(gè)問(wèn)題。按照美國(guó)索羅門(mén)公司(Solomon)的能量密度指數(shù)(EII)和KBC的最佳技術(shù)指數(shù)(BTI)來(lái)衡量，多年以來(lái)煉油廠作為一個(gè)整體能源利用效率并不高，煉油廠的平均能耗約為“最佳技術(shù)”煉廠水平的兩倍。因此，煉油廠能量消耗系統(tǒng)存在很大的節(jié)能潛力，即使在能源利用效率較高的煉油廠也同樣如此。
煉油是微利型企業(yè)，競(jìng)爭(zhēng)很激烈，企業(yè)之間使用的是相似生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)相似產(chǎn)品，除了規(guī)模、管理、產(chǎn)品有所差別以外，相互之間的主要差異就在于能源利用效率。近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越清晰的認(rèn)識(shí)到節(jié)能工作對(duì)提高煉油競(jìng)爭(zhēng)力有很大幫助，特別是煉油企業(yè)的過(guò)程節(jié)能、裝置之間的熱聯(lián)合及熱進(jìn)料避免了大量的換熱損失，有利于提高能源利用效率。因此，最近幾年新建的多數(shù)煉油企業(yè)在設(shè)計(jì)模式上有了大的改進(jìn)，逐漸將單一加工裝置為獨(dú)立界區(qū)的設(shè)計(jì)模式改為建設(shè)大型聯(lián)合裝置，大力推廣節(jié)能技術(shù)與設(shè)備，能源利用效率有了很大提高。目前，世界煉油廠的平均能耗約為“最佳技術(shù)”煉廠水平的兩倍，這充分證明企業(yè)建設(shè)初期就重視節(jié)能是最為關(guān)鍵的，裝置一旦建成，要解決能效不高的問(wèn)題成本相當(dāng)昂貴。
另外，對(duì)于已存在的煉油企業(yè)，雖然降低能量成本的動(dòng)力是存在的，工藝裝置采用節(jié)能措施和節(jié)能技術(shù)以后，如不進(jìn)行大的改進(jìn)而只單純進(jìn)行深度節(jié)能，投資的代價(jià)很大，往往造成節(jié)能不節(jié)錢(qián)的狀態(tài)。
一般來(lái)說(shuō)，煉油廠的能效提高主要與以下三個(gè)領(lǐng)域的效率有關(guān)：裝置和系統(tǒng)熱聯(lián)合與效率;發(fā)電與電力輸入;加熱爐效率。
1、煉油廠節(jié)能技術(shù)的發(fā)展
1)熱聯(lián)合
第一次石油危機(jī)后，能源價(jià)格陡漲以及分析和改造預(yù)熱流程方法的出現(xiàn)，使得許多煉油廠在20世紀(jì)80年代初期和中期大幅度改進(jìn)了熱聯(lián)合流程。
熱聯(lián)合不僅是一種節(jié)能手段，也是一種降低新建裝置基建投資的手段。熱聯(lián)合通過(guò)熱量回收代替了單獨(dú)的加熱或冷卻傳熱。使用適當(dāng)?shù)膮?shù)(如窄點(diǎn)溫度)來(lái)確立回收程度，從而最大限度地降低傳熱設(shè)備(包括加熱爐和冷卻器)的基建總投資。這同樣也適用于脫“瓶頸”改造。
以前的熱量回收流程較為簡(jiǎn)單，熱量回收程度低，損失到空氣和水冷器中的熱量較高。在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)最少數(shù)量的換熱器可簡(jiǎn)化配管和平面布置，然而通過(guò)降低溫度推動(dòng)力而不改變?cè)O(shè)計(jì)來(lái)提高系統(tǒng)熱量回收量的方法會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器因子變差，因而錯(cuò)過(guò)了后來(lái)窄點(diǎn)技術(shù)所提供的提高熱量回收量并同時(shí)降低基建總成本的機(jī)遇。
裝置規(guī)模也對(duì)換熱流程有影響。對(duì)于能力達(dá)1000萬(wàn)噸/年的原油蒸餾裝置而言，采用三段回流的方式比單段回流+塔頂冷凝系統(tǒng)的能效高，因?yàn)榍罢呖商峁└邷匚粺崃俊?/span>
還有一個(gè)需要考慮的因素是與其它裝置的一體化程度。過(guò)去，一套裝置按獨(dú)立系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)，通常采用獨(dú)立的控制室。這不僅增加了基建成本(增設(shè)傳熱設(shè)備)，而且導(dǎo)致能量損失。相反，直接將高溫常壓重油作為減壓塔進(jìn)料可提高總能效。現(xiàn)在，原油加熱流程回收減壓塔回流和產(chǎn)品的熱量，而這部分熱量以前用于預(yù)熱減壓塔進(jìn)料。
以前獨(dú)立的原油蒸餾裝置原油預(yù)熱溫度很少能達(dá)到250°C，通常僅略高于200°C。它一般要求整個(gè)系統(tǒng)的溫度總推動(dòng)力為60°C。窄點(diǎn)設(shè)計(jì)技術(shù)僅要求窄點(diǎn)換熱器采用最低溫度推動(dòng)力，而不要求所有的換熱器度采用最低溫度推動(dòng)力。
為達(dá)到相同的能量性能目標(biāo)，窄點(diǎn)技術(shù)的特點(diǎn)是最低溫度推動(dòng)力高于60°C。與以前的獨(dú)立裝置設(shè)計(jì)相比，采用窄點(diǎn)技術(shù)的設(shè)計(jì)能效更高，加熱爐負(fù)荷可降低18%，但換熱器總面積為前者的150%。
2)熱電聯(lián)產(chǎn)
煉油廠能效的高低強(qiáng)烈依賴于其電能的供應(yīng)方式。與熱能相比，電能由于質(zhì)優(yōu)價(jià)高，因而在能耗中所占的“份量”較重。煉油廠特別適合熱電聯(lián)產(chǎn)。循環(huán)發(fā)電需要一種受熱體以吸收熱力學(xué)上不能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)剩熱量。而煉油廠可以提供這種“有用的”受熱體(即蒸汽)，蒸汽吸熱后可用于煉油廠工藝，而不必扔掉。這使得整個(gè)系統(tǒng)潛在效率很高。在一種組合燃?xì)廨啓C(jī)、高壓鍋爐和背壓蒸汽輪機(jī)的方案中，發(fā)出滿足全廠所需電能的效率可達(dá)約80%。即單位能量的內(nèi)部發(fā)電成本僅比燃料成本稍高，而另一方面，外購(gòu)電力的成本總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃料成本，通常是燃料成本的4～5倍。為什么仍然有許多煉油廠不在內(nèi)部發(fā)電而外購(gòu)電力呢?這主要與燃料和電力的相對(duì)價(jià)格PEE(輸入電力的當(dāng)量?jī)r(jià)格效率，是指相同單位燃料和電力的價(jià)格比)有關(guān)。
在第一次石油危機(jī)之前，煉油廠毛利高，能量成本低，電力價(jià)格所占絕對(duì)份額相對(duì)較低。而且，當(dāng)時(shí)可以用于熱電聯(lián)產(chǎn)的唯一技術(shù)是蒸汽輪機(jī)，而其潛力有限(背壓發(fā)電數(shù)量有限，凝氣輪機(jī)發(fā)電效率低)。在第一次石油危機(jī)期間，盡管燃料和電力價(jià)格都在上漲，但電力成本上漲速度慢于燃料，因而相對(duì)于燃料成本來(lái)說(shuō)，電力成本降低了。許多煉油廠采取了改造預(yù)熱流程和熱量回收流程、升級(jí)加熱爐和節(jié)省蒸汽等措施，而投資基建成本高的熱電聯(lián)產(chǎn)流程煉廠并不多。
在20世紀(jì)90年代，形勢(shì)對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)有利(燃料價(jià)格下降，電力價(jià)格仍較高)，工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟(其聯(lián)合發(fā)電裝置的熱效率可達(dá)到50%左右)，然而此時(shí)煉油廠又面臨諸如煉油能力過(guò)剩、毛利微薄、清潔燃料和環(huán)保等問(wèn)題，使得它們不能對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)和節(jié)能投入更多的資金。
然而，近年來(lái)隨著各國(guó)電力行業(yè)逐步解除管制，熱電聯(lián)產(chǎn)又引起了人們的關(guān)注。一些國(guó)家甚至鼓勵(lì)煉油廠輸出電力。盡管安裝熱電聯(lián)產(chǎn)裝置會(huì)使當(dāng)?shù)氐呐欧旁黾樱颦h(huán)境所獲得的好處卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這些缺陷。
3)全廠一體化
近幾年，窄點(diǎn)技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)展應(yīng)用于整個(gè)煉油廠的工藝和公用工程設(shè)施，這使得考察所有工藝與公用工程設(shè)施之間的聯(lián)系和能量一體化成為可能。同時(shí)應(yīng)注意工藝和公用工程設(shè)施之間的協(xié)同效應(yīng)，尤其是蒸汽與電力和工藝熱源之間的協(xié)同效應(yīng)。最近大量的能量研究結(jié)果表明，多數(shù)回報(bào)率較高的機(jī)遇通常是通過(guò)優(yōu)化這些系統(tǒng)獲得的。
對(duì)于多個(gè)工藝裝置的情況而言，對(duì)單個(gè)裝置進(jìn)行窄點(diǎn)分析以確定最優(yōu)方案是不必要的，在這種情況下，工藝之間可通過(guò)換熱直接關(guān)聯(lián)，也可通過(guò)蒸汽系統(tǒng)間接聯(lián)系。全廠優(yōu)化需要考慮許多不同、有時(shí)甚至是相互矛盾的參數(shù)，例如公用工程的選擇、工藝一體化路線的選擇以及裝置是否開(kāi)工等。
4)能量合作
一些公用工程公司意識(shí)到如果過(guò)剩的熱量可輸出給工業(yè)消費(fèi)者，則可以降低發(fā)電成本，并正在尋求這方面的合作。而對(duì)于工業(yè)消費(fèi)者而言，這也是一個(gè)很有吸引力的業(yè)務(wù)機(jī)遇。公用工程公司不僅愿意提供長(zhǎng)期的電力價(jià)格優(yōu)惠，而且也為節(jié)能項(xiàng)目提供資金，尤其是以煉油廠和石化廠附近的熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)施的形式，從而降低消費(fèi)者的操作費(fèi)用。
二者之間工藝和業(yè)務(wù)一體化的程度很關(guān)鍵。KBC認(rèn)為：能量合作方案的雙方均將得益于一個(gè)一開(kāi)始就高度一體化的方案，在這個(gè)方案中，公用工程公司應(yīng)完全參與煉油廠的能量?jī)?yōu)化工作。最有效的合作策略遠(yuǎn)不止簡(jiǎn)單地建立一座公用工程建筑，在煉油廠旁邊建一座聯(lián)產(chǎn)裝置并向其供應(yīng)電力和蒸汽。最佳的合作要求每天都對(duì)合作運(yùn)營(yíng)及雙方設(shè)施的長(zhǎng)期擴(kuò)建和能效規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化。KBC公司最近研究的一種方法是“資源共享”方案，由一位“中立專家”牽頭成立由煉油廠和投資伙伴組成的能量合資公司。投資伙伴可以公開(kāi)選擇，一般是公用工程公司，也不排除信用機(jī)構(gòu)或風(fēng)險(xiǎn)投資集團(tuán)。
2、高能效煉油廠采取的一些通用措施
設(shè)計(jì)實(shí)踐隨著建設(shè)高能效設(shè)施的推動(dòng)力和可獲得的技術(shù)而變化。就目前最佳設(shè)計(jì)而言，要求設(shè)計(jì)的煉油廠內(nèi)部發(fā)電完全滿足自身所需，發(fā)電效率應(yīng)達(dá)到80%，加熱爐的效率在92%左右，預(yù)熱流程采用窄點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，工藝和公用工程設(shè)施按照全廠優(yōu)化方案進(jìn)行一體化。同時(shí)應(yīng)采用其它節(jié)能工藝措施，如催化裂化(FCC)裝置能量回收、加氫處理和加氫裂化裝置高溫分離器、優(yōu)化急冷、高效塔器內(nèi)構(gòu)件、優(yōu)化回流量、最佳絕緣、冷凝液回收等。
此外，同等重要的還有最佳操作實(shí)踐。盡管改進(jìn)原有低效設(shè)計(jì)成本昂貴，而且通常也不經(jīng)濟(jì)，但引入最佳實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)僅需要很少的投入(如儀表和監(jiān)測(cè)工具)及程序和組織的變化。盡管先進(jìn)煉油廠的組織結(jié)構(gòu)各有不同，但就能效而言，它們通常具有如下共同點(diǎn)：
1)組織結(jié)構(gòu)與所有權(quán)：有一位責(zé)任和權(quán)力明確的全職能量經(jīng)理，由他對(duì)影響能量成本的問(wèn)題進(jìn)行決策。由于運(yùn)作不良導(dǎo)致的能量性能下降和經(jīng)濟(jì)損失應(yīng)向管理層報(bào)告并采取行動(dòng)加以解決。操作人員了解現(xiàn)場(chǎng)能量目標(biāo)和改進(jìn)計(jì)劃，他們應(yīng)參與提高效率的工作。定期實(shí)施能量培訓(xùn)計(jì)劃，定期進(jìn)行能量研究以尋找提高能效的機(jī)遇并開(kāi)發(fā)實(shí)施計(jì)劃。
2)蒸汽和電力系統(tǒng)：采用實(shí)時(shí)蒸汽和電力價(jià)格計(jì)算來(lái)確定維持最佳蒸汽和電力平衡的操作目標(biāo)，包括發(fā)電機(jī)/輪機(jī)切換、降低負(fù)荷和無(wú)功功率控制等。由此生成一個(gè)包括冷凝液回收在內(nèi)的煉油廠實(shí)時(shí)蒸汽平衡，產(chǎn)生一個(gè)包含煉油廠輸出/輸入及消耗/產(chǎn)量細(xì)目的煉油廠實(shí)時(shí)電力平衡。鍋爐根據(jù)包括排污優(yōu)化、過(guò)剩空氣、煙灰吹掃頻率、火嘴配置和清潔等在內(nèi)的程序和目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)大型工藝輪機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的效率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。最佳負(fù)荷和清潔頻率部分根據(jù)該監(jiān)測(cè)活動(dòng)確定。對(duì)于維護(hù)，定期對(duì)全廠蒸汽泄漏、汽阱性能、冷凝液回收進(jìn)行檢查，制定維修計(jì)劃并區(qū)分維修的先后次序。為維持精確的蒸汽平衡，流量計(jì)應(yīng)置零，應(yīng)定期檢查。
3)燃料系統(tǒng)策略：采用實(shí)時(shí)邊際燃料價(jià)格計(jì)算結(jié)果作為蒸汽和電力價(jià)格計(jì)算和操作策略的輸入值。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)包括所有氣體和液體燃料在內(nèi)的燃料平衡(總值應(yīng)大于97%)。火炬損失作為煉油廠燃料平衡的一部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，按收入損失上報(bào)。蒸汽系統(tǒng)流量計(jì)置零，定期檢查，定期標(biāo)定分析儀。
4)明火加熱爐：將加熱爐出力和過(guò)剩空氣設(shè)定為目標(biāo)值。定期檢查火嘴配置，定期清潔。操作人員能熟練查找空氣泄漏處并進(jìn)行維修。加熱爐實(shí)時(shí)效率計(jì)算結(jié)果在現(xiàn)場(chǎng)顯示，按月上報(bào)，偏離目標(biāo)值按收入損失上報(bào)。分析儀定期標(biāo)定。
5)預(yù)熱流程：預(yù)熱流程模型化，并定期監(jiān)測(cè)，同時(shí)監(jiān)測(cè)換熱器結(jié)垢。該模型用于優(yōu)化清潔周期。在設(shè)定最佳回流負(fù)荷與流量時(shí)應(yīng)考慮對(duì)分餾的影響。
3、煉油廠節(jié)能工作的發(fā)展動(dòng)向
為滿足預(yù)期的產(chǎn)品規(guī)格要求，未來(lái)的煉廠流程將發(fā)生變化，并將導(dǎo)致煉廠的能耗(燃料和動(dòng)力)明顯增加。據(jù)估計(jì)，目前一座以催化裂化裝置為基礎(chǔ)的煉廠，其自用能耗約為原油加工量的10%左右。因此，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，優(yōu)化煉廠自用能對(duì)于降低煉油成本更加關(guān)鍵。
今后可以改善能量效率的途徑包括：
1)改進(jìn)工藝裝置內(nèi)部單位熱能利用
例如，可將漸次蒸餾概念應(yīng)用于分餾部分;改善煙道氣廢熱回收;利用窄點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化換熱流程等。
2)工藝裝置之間的熱聯(lián)合
避免連續(xù)的工藝裝置之間工藝物流的冷卻和加熱，將上游的熱產(chǎn)品直接作為進(jìn)料送入下游裝置，改善產(chǎn)生熱能裝置和消耗熱能裝置之間的熱聯(lián)合。
3)改進(jìn)工藝技術(shù)節(jié)能
改進(jìn)催化劑，使加氫裝置在較低的氫分壓下運(yùn)轉(zhuǎn);提高循環(huán)氫的氫含量。
4)采用先進(jìn)的工藝設(shè)備
選用高效換熱器;利用透平回收高壓液流的動(dòng)力。
5)采用熱電聯(lián)產(chǎn)
通過(guò)采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，用燃?xì)馔钙桨l(fā)電，同時(shí)用煙道氣加熱工藝物流，減少CO2排放和燃料消耗。利用現(xiàn)場(chǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置取代工藝裝置中常規(guī)的高負(fù)荷主加熱爐;用一套熱電聯(lián)產(chǎn)裝置將整個(gè)工藝裝置需要的所有熱量聯(lián)系起來(lái)。
6)采用聯(lián)合循環(huán)(IGCC、TGCC)
這類(lèi)技術(shù)的能效明顯高于多數(shù)現(xiàn)有煉廠常規(guī)公用工程發(fā)生系統(tǒng)(約高80%)。
通過(guò)上述六項(xiàng)改進(jìn)，可使煉廠自用能耗占原油加工量的比例下降2%~3%，為煉廠節(jié)省可觀的成本。
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