摘要：随着重质高硫原油加工数量的增加，人们环保意识的提高，炼油行业面临加工劣质原油、生产清洁燃料的形势越来越严峻。应用加氢装置是解决这一挑战的重要措施之一。据统计，加氢装置的能耗约占炼油厂总能耗的30%。因此，对该类装置进行能耗分析和节能优化，可以显著地降低炼油企业的生产成本，对提高企业经济性具有重要意义。
关键词：柴油加氢；装置；新氢压缩机；分析
引言：国内炼油厂应对日益严格的车用柴油质量标准，主要的升级途径是柴油深度加氢处理，具体措施包括新建加氢装置或对已有加氢装置进行改造。但是无论何种方式来实现国V柴油的生产，其典型工艺条件均与国III及国IV标准柴油的生产有较大区别，主要是体现在空速低、反应温度高及加氢产品质量要求波动小等。目前，我国消费柴汽比持续走低，有报道预测2020年柴汽比将降至1.1左右。但高质量清洁柴油需求量在逐年增多，国V柴油加氢装置是企业的重要效益增长点，保证国V柴油加氢装置长周期运转对企业挖潜增效至关重要。通过分析加氢装置及国V柴油工艺特点可知，影响国V柴油加氢生产装置长周期运转的因素主要有装置因素、工艺管理因素及催化剂因素等。
1.填料的组成和工作原理
往复压缩机填料是用来密封气体，防止气体沿活塞杆方向泄漏，填料系统主要由填料盒和填料环组成，填料盒分为主填料盒和中间填料盒，主填料盒布置在气缸与中体之间，根据需要可以设置润滑、冷却、保护气和漏气回收，中间填料盒位于压缩机中体，起辅助密封作用，通常没有冷却水、不设润滑点。填料环是防止气缸中的高压气体沿着活塞杆方向泄漏，它是压缩机中最重要的零部件之一，也是压缩机最主要的外泄漏途径之一。填料环分为密封环、阻流环、减压环。密封环：由径向环和切向环组成，是一种动密封环，即只有在压缩机工作时才起密封作用，而压缩机停机时或者其他特殊情况下，它并不能起密封作用。这里的动密封指作用到填料密封环上的压力随着活塞的往复运动而成明显的周期变化，即压力为脉动压力，如通常的双作用气缸，这种脉动变化的压力是填料密封环密封气体所必需的。一是双作用填料环组：由两个切向环组成，应用在低压和真空状况。工作原理：气体通过轴向间隙进入填料杯槽内，气体压力使两个切向环作用于活塞杆表面形成密封，两个切向环组合在一起，切口间隙相互覆盖，填料环组在环槽的另一侧面形成密封，气体被封闭在填料盒中。二是带阻流环的填料环组：由一个径向环、切向环和阻流环组成。径向环和切向环组成密封环，密封环由于受气体力的作用靠向低压侧，气体从密封环与填料盒杯槽之间的轴向间隙和径向环的切口间隙中进入填料的外侧。
2.柴油加氢装置概况和能耗分析
2.1装置概况
以某炼厂100万吨/年柴油加氢装置作为研究对象，该装置分为加氢反应和产品分馏两个部分。加氢反应部分包括加氢反应、冷高压分离和冷低压分离、循环氢脱硫；产品分馏部分采用双塔流程，先汽提除去液相中的H2S，然后经分馏塔分离成精制石脑油和精制柴油，分馏塔采用重沸炉。
2.2装置能耗情况分析
该装置设计能耗为16.67 kg EO/t，但是与中国石化《炼油厂能量消耗计算与评价方法》中规定要求能耗值（即15 kg EO/t）相比，还有一定差距。表1为柴油加氢装置设计能耗占比。燃料气、电和蒸汽的消耗占总能耗的95.55%。因此，减少燃料气、电和蒸汽消耗是降低能耗的关键。
2.2.1燃料气消耗分析
装置加热炉负荷和效率是影响燃料气消耗的重要因素。由于加氢反应进料加热炉开停工阶段热负荷较高，装置正常操作时热负荷较低，一般只需投用30%-50%的火嘴，因此经常会出现加热炉燃烧情况不好或者燃料气燃烧不充分，从而导致加热炉热效率低。针对上述情况，需要采用有效的措施来提高加热炉热效率，以降低燃料气的消耗。另外可从优化换热网络、充分利用低温热等方面着手降低燃料气消耗。
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2.2.2用电消耗分析
加氢装置的用电设备主要有压缩机、泵和空冷器等。当装置正常操作时，对非变频机泵和空冷器可采用的节电措施非常有限，一般只考虑进行用电负荷的核算来确定是否采用变频或者叶轮直径切割等措施。而从工艺优化的角度出发，压缩机工作参数的优化对节能降耗有重大意义。该装置新氢压缩机设计负荷为1 600kW，氢气额定流量为30200 m3/h，而装置正常操作时，所需的新氢量为24400 m3/h，因此，具有较大的节能空间。
2.2.3蒸汽消耗分析
在该装置中，循环氢压缩机的动力源是3.5MPa蒸汽，脱硫化氢汽提塔和伴热使用1.0MPa蒸汽。在满足需要的条件下，可以通过合理控制反应氢油比，降低循环氢压缩机的转速，从而达到降低3.5MPa蒸汽消耗的目的。汽提蒸汽的设计耗量为4.5t/h，可以通过检测油品的腐蚀情况，合理降低汽提蒸汽的用量。
3.新氢压缩机组二级主填料结构
该机组二级主填料由2组双作用填料环、5组带阻流环的填料环、2组减压环构成，其中径向环和切向环材质为4F－11，节流环材质为ZCuSn10Pb1，减压环材质为4F－11。技术要求：应保证密封环与填料盒之间的轴向间隙Δ1=0．21-0.39mm，Δ2=0.22-0.37mm，Δ3=0.26-0.35mm。
3故障分析及原因
针对新氢压缩机在运行当中，经常出现二级主填料泄漏的故障，对二级主填料进行解体检查，没有发现明显的缺陷，按照装配质量要求，对活塞杆的直径、椭圆度、跳动值进行检测，都符合质量要求，没有任何缺陷；对填料盒的冷却水线、氮气保护线进行检查，都通畅完好，清洗填料盒，更换新的填料环，更换新的O型圈，按照技术要求，保证密封环与填料盒之间的轴向间隙，重新组装，投入运行不到两周，同样的故障再次出现。在排除装配没有问题的情况下，通过现场分析，并参考了一级主填料的结构图，对一级和二级主填料进行对比，发现其结构基本相同，一级的主填料运行在压力为4．8MPa的工况下，二级主填料运行在压力为9．4MPa的工况下，一级主填料的运行效果良好，没有发生任何泄漏现象，二级主填料的运行效果不佳。究其原因，二级主填料在高压工况下，进、排气压力波动造成对填料环的冲击很大，减压环的减压效果不佳，是造成泄漏的主要原因。
4.解决措施
由于减压环的材质为填充四氟乙烯，查阅相关资料，并跟厂家协商，决定将减压环的材质改进为ZCuSn10Pb1，填料的其余部件不做任何改变，并予以实施，组装后投入运行，效果良好。该机组填料自改进后已运行2年，填料没有发生任何泄漏，确保了装置的正常生产。
总结：往复压缩机的填料工作寿命的长短，直接影响到设备的运行周期，因此受到了普遍的重视。对于高压工况下，对填料减压环的材质要求比较严格，选用锡青铜要比四氟乙烯的效果更好。
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论文作者:董雪松
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/11
标签：填料论文; 装置论文; 柴油论文; 压缩机论文; 消耗论文; 蒸汽论文; 燃料论文; 《电力设备》2019年第1期论文;