渣油加氫原料過濾器提質增效的應對策略

隋國瑞 韓易潼 袁勝華

摘 ? ? ?要：以某煉廠渣油加氫裝置原料油反沖洗過濾器為研究對象，針對該設備在運行過程中操作上的頻繁使用以及增加裝置能耗和影響渣油裝置運行周期等問題，通過對原料油反沖洗過濾器程序的詳細分析，提出具體的應對措施。采取措施后，裝置降耗45%左右，全年將節約氮氣（燃料氣）4.87×105 Nm3，節約電費14.5萬元，裝置閥門故障率降低50%，有效地實現了該渣油加氫裝置的降本增效和優化操作。

關 ?鍵 ?詞：渣油加氫;原料過濾器;增效;策略

中圖分類號：TE 624 ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）10-2272-05

Abstract： Taking the backwash filter of the feedstock oil of a refinery residue hydrogenation unit as the research object， in view of the frequent use of the equipment in operation， the increase of energy consumption of the equipment and the influence of the operation cycle of the residual oil equipment， through the detailed analysis of the program of the backwash filter for raw oil， the concrete countermeasures were put forward. After adopting the measures， the unit saved 4.87×105 Nm3·a-1 nitrogen （fuel gas）， about 45%，saved electricity cost 145 000 RMB， device valve failure rate reduced by 50%， effectively realizing cost reduction， efficiency increase and operation optimization of residue hydrotreating unit.

Keywords： Residue hydrogenation; Feedstockfilter; Efficiency; Strategy

原料油過濾器是渣油加氫裝置咽喉之地，對裝置運行的平穩和反應器壓降以及催化劑使用壽命起到了重要影響。渣油（常壓渣油、減壓渣油）是原油一次加工（常、減壓蒸餾）后剩余的最重部分，組分比較復雜，平均相對分子質量大，黏度高，密度大，機械雜質多，在運行過程中會不斷使用原料過濾器進行反洗過濾來滿足原料的清潔[1-3]。原料在過濾器中進行清洗過濾時會造成部分原料的損失，也消耗大量的水、汽、風、電等，同時原料過濾器過濾效果也會影響反應器的壓降和催化劑使用壽命，對裝置運行周期和全廠整體生產計劃有著直接影響。

1 ?渣油加氫裝置反沖洗過濾器程序

某廠渣油加氫裝置的反沖洗過濾器為雙系列運行，每個系列均采用8個過濾器罐同時運行，反沖洗時采用7投用1備用狀態。目前反沖洗過濾器運行程序設置了兩個條件，即“時間”和“差壓”。當反沖洗過濾器程序“時間”或“差壓”滿足其中一個條件時則直接進行下一周期運行，如果未滿足則進入到反沖洗的過濾狀態，當過濾狀態時間結束后，程序也會自動進入到下一周期的運行。

該渣油反沖洗過濾器每個罐的反洗置換過程是經過4個步驟進行，分別是置換、浸泡、爆破吹掃、投用。

1）置換：采用加氫產品油引入到每個反沖洗過濾罐內，進行單獨置換，小浸泡置換時間是80 s（即置換時間），大浸泡置換時間是100 s（即沖浸泡油時間）。

2）浸泡：它分為小浸泡和大浸泡兩種，小浸泡和大浸泡都是加氫產品油置換完原料油后，在過濾器罐內進行短時間的浸泡，達到更好清洗過濾器內濾芯的效果，小浸泡時間是80 s（即置換時間），大浸泡時間是300 s（即浸泡時間），每一周期在所有罐小浸泡結束后會有一個罐進行一次大浸泡工作，根據程序順序進行選取，等大浸泡結束后，進行下一步程序。

3）爆破吹掃：爆破吹掃是浸泡時間結束后，采用氮氣（燃料氣）將過濾罐內的浸泡油進行加壓吹掃，可分為“置一反一”和“置一反多”，即可以吹掃一次和吹掃多次（目前渣油加氫為了節省用氣量，采用“置一反一”程序），用該氣體將置換油吹掃至渣油反沖洗污油罐內，通過反沖洗污油泵外送至罐區或催化裝置，整個吹掃時間是60 s（即排污時間），反沖洗污油罐根據液位設置自動程序，40%液位啟泵，13%液位停泵，單系列一周期內需要外送5次反沖洗污油，每次外送時間是10 min。

4）投用：以上整個程序完成后，該罐已經置換干凈，為了緩解使用氮氣或燃料氣的壓力，在爆破吹掃完，需要等待80 s后（即反洗帶壓）才進行投用狀態。投用時，進料閥和出料閥根據程序時間設定（即灌滿油時間和出料閥開啟時間）依次開閥，將該罐正式投入到系統內，然后經過600 s的等待時間（即投用延時）后進行下一個罐的反洗置換。反沖洗程序時間設定見圖1。反沖洗過濾器差壓的趨勢圖見圖2。

2 ?反沖洗過濾器運行時產生的能耗

反沖洗過濾器運行時，裝置內將產生多方面的消耗，這也是裝置過濾器運行時能耗的主要來源，下面針對該裝置反沖洗過濾器的氮氣（燃料氣）消耗、電耗、儀表風消耗及閥門使用頻次、原料及產品的消耗、產品質量和其他方面的影響進行詳細分析。

2.1 ?氮氣（燃料氣）的消耗

在單系列反沖洗過濾器運行過程中使用氮氣（燃料氣）爆破吹掃過程時每次反洗需要 ? ? ? ? 1 000 Nm3·h-1的氮氣（燃料氣），每次需吹掃60 s（排污時間），一個運行周期需要將8個罐全部吹掃一次。

渣油加氫一個反沖洗周期目前設置是140 min，一天需要進行11個周期反沖洗過程，則單系列每天需要消耗氮氣（燃料氣）的消耗量：

單系列消耗=1 000×8× 60/（3 600）×11=1 467 Nm3d-1。

兩個系列同時進行反沖洗一天就需要2 934 Nm3的氮氣（燃料氣）的量，則全年需要的氮氣（燃料氣）的量是1.071×106 Nm3。

2.2 ?電量的消耗

渣油加氫反沖洗污油泵的電機是380 V 三相異步隔爆型電機。電機的額定電流是195 A，額定電壓是380 V，額定功率是110 kW。反沖洗污油罐采用液位高高40%時自動啟泵，液位低低13%時停泵的程序。在現有設置的140 min一周期內，通過實際驗證，該反沖洗污油泵需要啟停5次（圖3）。

當反沖洗污油泵每次啟動時，實際運行電流是170 A，每次在液位自動投用下，運行10 min停泵。

根據三相電機功率公式[4]計算，功率=1.732×電壓×電流×功率因數[5]，即："P =1.732 ×380×170×0.85 = 95.10 kW" 。

單系列污油泵在一個置換周期內需要運行5次，每次運行10 min，則：

單次啟動耗電量=95.10× 10/60×1=15.85 kW?h。

即每次啟動消耗15.85 kW·h，則單系列每天耗電量871.75 kW·h，雙系列同時則需要1 743.5 kW·h，一年需要消耗636 378 kW·h。

2.3 ?加氫產品油和原料油的消耗

2.3.1 ?加氫產品油的消耗

當反沖洗過濾器進行置換時，需要加氫產品油進行置換，此時每個浸泡過程，一系列每次置換需要20 th-1的加氫產品油，二系列需要17 th-1加氫產品油，每次小浸泡置換時間是80 s，大浸泡置換時間是100 s，則兩個系列在一個周期7個罐小泡，一個罐大浸泡的情況下，需要加氫產品油的量是：

一系列每周期的置換油量=（7×20×80/（3 600））+（1×20×100/（3 600））=3.66 t;

二系列每周期的置換油量=（7×17×80/（3 600））+（1×17×100/（3 600））=3.11 t;

則兩個系列產品油使用量=（3.66+3.11）×11=74.47 t?d^（-1）。

每天需要的加氫產品是74.47 t，全年需要加氫產品油27 182 t。

2.3.2 ?原料油的消耗

每次反洗結束后，進入投用狀態時，兩個系列原料油提升泵都會有5 th-1的流量增加，由于該流量的波動，間接的浪費裝置5 th-1的原料。根據投用時間計算，該波動在每個罐投用時會持續26 s，按一周期8個罐使用，一天11周期來計算，一天將多消耗原料油的量是：

一天原料油多消耗=5×8×11× 26/（3 600）=3.17 t。

即兩個系列一天共需要6.34 t，則全年需消耗原料油2 288 t。

2.4 ?儀表風的消耗和閥門使用壽命的消耗

渣油加氫每個反沖洗過濾器罐有6個電磁閥，每系列反沖洗過濾器在一個周期內，8個反沖洗罐中每個罐的進、出料閥都需要開關各2次，氮氣（燃料氣）閥需要開關1次，火炬閥開關1次，加氫產品置換油閥開關1次，排污閥開關1次，如果設定140 min一個周期時間則兩個系列一天時間內閥門需要開1 408次和關1 408次。由于閥門的頻繁使用則消耗了大量儀表風在開關閥門上，同時各閥門使用頻次的增加，增加了閥門易損件的消耗，閥門故障率明顯增多。

2.5 ?影響產品質量和產品流量的波動

2.5.1 ?產品質量的影響

由于反沖洗過程中罐內仍存有少量的原料油，此時會和置換油一起浸泡完，經過爆破吹掃程序排至反沖洗污油罐，經過污油泵送至催化裝置或罐區，由于反沖洗污油中殘存的少量原料油，將影響本裝置加氫產品油的質量，使產品質量變重，間接地影響了裝置的反應深度。為了防止出現誤差，每次采樣需人為長時間更改兩個系列反沖洗程序來達到采樣條件，增加了采樣時間及人力，同時也影響整體反沖洗的頻率。

2.5.2 ?造成產品流量的波動

由于每次反沖洗置換時，需要加氫產品油進行置換，加氫產品泵在一、二系列反沖洗置換時會出現流量的波動，進而造成了本裝置對催化裝置供料流量、罐區流量、加氫產品塔的液位、加氫產品油換熱系統等的影響，對生產平穩運行很不利。正常情況下無反沖洗置換時加氫產品油的流量在 ? ?470 th-1，為催化裝置直接供料是230 th-1，剩余產品全部外送至罐區，當有置換時，加氫產品泵流量會自動提高到500 th-1，同時催化裝置供料將減少至215 th-1，加氫產品塔液位將有10%的波動。反沖洗過濾器無置換時各流量的數值見圖4。反沖洗無置換時各流量的趨勢圖見圖5。

由于流量的波動對加氫產品泵以及出裝置閥門都有影響，增加加氫產品泵的負荷同時也降低了各調節閥的使用壽命，同時對催化裝置供料造成了不穩定，也影響本裝置加氫產品換熱器的沖擊和換熱情況。由于加氫產品泵流量的波動使產品塔液位自動控制無法實現，波動時需要人為手動調節至罐區的量來穩定其他流量，增加的人力同時也降低了裝置自控率。反沖洗置換時各量的趨勢見圖6。

3 ?改進措施

本次開工運行至今，反沖洗程序運行穩定，差壓穩定，將反沖洗氮氣改成燃料氣的置換， 降低了氮氣的使用量，但燃料氣和反洗頻率使用還是相對較多，根據現有運行的情況，渣油加氫反沖洗過濾器差壓穩定的基礎上，反沖洗置換時間還可以有效地增加，目前渣油反沖洗的整個程序設定時間是140 min，反沖洗設定差壓是150 kPa，在整個反沖洗程序內，反沖洗狀態下的整體實際差壓只有25 kPa（一系列）和45 kPa（二系列），而在程序過濾狀態下最高差壓只有30 kPa左右（一系列）和50 kPa（二系列），離設定的目標150 kPa還有一定的差距，同時現在反沖洗過濾器單個罐設定通用延時是600 s，反洗帶壓80 s。當整個程序中8個反洗罐全部置換干凈后所需要時間在110 min左右，最終剩余過濾狀態時間還有30 min，而此30 min反沖洗一直處于未工作狀態，其時間的不合理安排，不但對反沖洗過濾器單個罐使用時間有影響，同時也被動地增加了整個反沖洗過濾器的差壓。所以目前渣油的反沖洗過濾器設定時間可以延長和優化一些。

根據現渣油加氫原料的穩定情況和處理量及摻渣比，本裝置的反沖洗過濾器時間經過試驗調節設定在240 min時，兩個系列反沖洗過濾器差壓都很穩定。二系列更改程序時間的數據見圖7。二系列更改程序時間后差壓趨勢見圖8。

總時間設置到240 min后，其中單個罐的投用延時可以設置1 200 s，反洗帶壓時間可以設置到150 s，這樣可以大大地降低濾后原料油和加氫產品油的使用，同時降低了氮氣（燃料氣）和儀表風的使用，也降低了反沖洗過濾器閥門的使用頻次，降低閥門的故障率和易損件的消耗。由于單個罐的整體反洗時間的增加，可以使每個罐反洗時間間隔 ?20 min，反沖洗過濾結束后過濾時間剩余20 min，這樣可以更有效地延長整體反洗時間，使整個反沖洗置換過程中時間可以有效地均勻分布，降低了反沖洗過濾器的整體差壓。

4 ?優化后反沖洗過濾器的經濟效益

反沖洗過濾器經過優化操作后，整體對裝置反沖洗過程有很大的改善，同時降低了人工操作和設備使用率，也降低了裝置能耗和儀表故障率，實現了降本增效，下邊針對幾項降本增效數據結果進行解釋，進一步了解優化后的優勢。

4.1 ?氮氣（燃料氣）的節約

因為運行周期的降低，反洗次數和時間不變的情況下，氮氣（燃料氣）實際的消耗量是：

單系列消耗=1 000×8× 60/（3 600）×6=800 Nm^3?d^（-1） 。

則雙系列現在每天消耗氮氣是1 600 Nm3。全年需要氮氣量5.84×105 Nm3，比之前140 min時每天節約氮氣1 300 Nm3，全年節約氮氣（燃料氣） ? ?4.87×105 Nm3，節約量45.5%。

4.2 ?電的節約

單系列反沖洗污油泵每次運行10 min消耗的電量是15.85 kW·h，則反沖洗程序一周期設定240 min，24 h進行了6個周期運行，即：

24 h單系列耗電量為15.85×5（次）× ? ? ? ?6（周期）= 475.5 kW·h，雙系列耗電951 kW·h。比之前140 min節約了792.5 kW·h，節約45%的電耗。全年共節約電量289 262.5 kW·h，按每度電0.5元，則全年可節約14.5萬元。

4.3 ?加氫產品油和原料油的節約

4.3.1 ?加氫產品油的節約

因為只改變了反洗帶壓時間和投用延時時間，其他時間未做調整，則在經過整個周期時間的延長，加氫產品油的使用量是：

加氫產品油用量=（3.66+3.11）×6=40.64 t?d^（-1）。

則240 min的反沖洗周期一天雙系列共節約了33.83 t的加氫產品油，全年節約產品油12 347 t。

4.3.2 ?原料油的節約

如果更改時間后，按一周期8個罐一天6周期來計算，一天使用的原料油：

一天使用的原料油=?5×8×6× 26/（3 600）=1.73 t。

則1 h需要0.072 t，兩個系列則需要0.144 t，全年需消耗原料油1 267 t，比之前140 min的時間全年可以省下1 021 t的原料油。

4.4 ?閥門使用頻次、閥門故障率和儀表風使用的降低

每系列反沖洗運行一個周期各閥門開關次數是一定的，如果設定的時間240 min為一個周期則兩個系列一天6周期內的閥門需要開768次和關768次，正常閥門開關狀態報警次數為3 000次左右，比之前140 min周期內一天的開關閥門各減少了640次，報警減少了2600多次，閥門故障率也降低很多，閥門開關頻次降低也降低了儀表風的使用，降低了維保費用減少了閥位維修率和材料費。

4.5 ?對加氫產品泵的運行和催化裝置直供料的穩定

因為反沖洗時間整體的延長和單個罐反洗時間的均勻化，使加氫產品油流量的波動頻次由之前每周期波動22次到現在的12次，同時因調整優化投用延時的時間，使這12次的波動處于一個穩定周期性變化，解決了之前加氫產品泵流量不定期波動的現象。同時通過調整至罐區量和催化裝置的供料閥，可以進一步穩定催化裝置供料，加氫產品塔的液位也能實現自動控制，減少了加氫產品油整條流程的波動，降低了加氫產品油換熱器的緩沖壓力。

4.6 ?產品質量的改善

反沖洗過濾器程序每一周期時間的延長和優化，增加了每次反沖洗污油泵啟停的時間間隔，同時也將單系列反沖洗污油泵由之前每天啟停55次降低到30次，有效地降低了反沖洗污油對本裝置產品質量的影響，間接地提高了產品質量。產品質量的提高可以使裝置反應深度進一步調整，增加了裝置運行周期。同時渣油加氫產品采樣時可以直接采取，不需要人為改變反沖洗程序和長時間等待，優化了采樣時間，也減少了人力的消耗。

5 ?結 論

通過對渣油加氫裝置反沖洗過濾器程序的介紹以及過濾器的消耗進行了詳細的分析，同時針對操作方式和消耗提出具體的措施進行預防和應對，有效地實現了渣油加氫裝置的降本增效和優化操作，同時也保證了渣油加氫裝置的穩定運行，延長了裝置的使用周期，實現了煉油廠整體效益的提升。

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