摘要：节能降耗是炼油企业一项长期的工作，如何降低酸性水汽提装置的蒸汽消耗也是一项值得研究的课题。通过研究酸性水汽提装置蒸汽消耗的重点部位，利用精益六西格玛法分析出影响蒸汽消耗的重要因素，提出降低能耗的管理思路和建议，为企业装置节能减排提供技术支持，也为同类装置蒸汽能耗的降低提供了参考。
关键词：蒸汽消耗 酸性水汽提装置 节能降耗 精益六西格玛法
节能减排是“十三五”能源消费总量控制的工作重点[1]，降低炼油各装置蒸汽能耗，实现蒸汽零排放是公司节能减排的目标。而酸性水汽提装置中的蒸汽消耗在主要能源消耗中占比很大[2]，据统计，蒸汽消耗在装置的主要消耗中占91.2%。因此，降低蒸汽消耗是装置降低能耗的关键，需通过致力降低蒸汽单耗，大幅降低装置能耗[3]。在节能的同时，要确保排出的净化水达标，以防加大后续污水处理负荷和影响净化水回用。
酸性水汽提装置是公司环保处理装置，2006年11月投用，装置原始设计处理酸性组分为硫化物含量≤10000mg/L，氨氮含量≤5000mg/L。但随着公司炼制的原油向重质、劣质发展的趋势，酸性水组分中氨氮含量已远超设计值，为确保净化水合格，蒸汽消耗相应增加，目前蒸汽能耗为253kg/t，拟通过持续改进降到225kg/t。因考虑到当前酸性水组分含量超过设计值，故未将设计值213kg/t 作为目标值，但设计值始终是努力改进的方向。精益六西格码(Lean Six Sigma, LSS)是以研究流程为中心，通过精益生产理论与六西格码管理的集合，通过两种生产模式互相促进弥补单个生产模式的不足，通过DMAIC分析研究达到节能降耗、降本增效的管理效果。
图1 酸性水气体装置流程示意
2 快赢措施
当净化水—酸性水换热器和氨—酸性水换热器在运行一段时间后，内外换热表面形成污垢，附加热阻降低传热量，使换热器性能变坏，导致汽提蒸汽耗量增加。经检测污垢主要成分是粉尘、油泥。用高压水对换热器管、壳两程清洗；将原料泵上的过滤网由100目单层改为100目双层；控制沉降罐液位在50%~60%，以保证沉降时间，并防止液位过低时将油泥带入换热汽提系统；将清洗频次缩短至半年1次。
2.2 塔顶压力
原塔顶压力自塔顶引出，经引压管至仪表箱内压力变送器，因酸性气低温易结晶，且引压管管径小（φ15）、弯头多、运行过程中易产生硫氨化合物堵塞管道，造成仪表失灵，尤其是冬季引压管结晶冻凝，塔顶压力显示不正常。将塔顶压力控制改至酸性气分离罐顶压力控制，压力变送器改为法兰式，引压管口径DN15改为DN50后，压力正常显示，为稳定操作和数据收集提供了条件。
2.3 清理塔盘浮阀结垢
因粉尘和油污的沉积，造成浮阀重量增加、通气孔堵塞及浮阀的脱落，降低了汽液两相交换面积，影响了塔内汽液两相的平衡和增加了蒸汽耗量。为塔内汽液两相提供了良好的交换空间，确保了汽体分离效果和净化水合格，同时降低了蒸汽耗量。快赢措施改善前后对比，蒸汽单耗由253.25kg/t降到了234.92 kg/t，但单耗稳定性还有待提高，还需进一步查找原因，进行改善。
3 影响因素测量分析
3.1 CE矩阵
建立影响因素CE矩阵，按照客户优先度评价要求，蒸汽单耗、氨氮含量、硫化物含量3个水平重要度最高按10分计。对气体分离流程进行CE矩阵分析，其重要度输入见表1。
由表1可看出，通过CE 矩阵，找到了6个分值较高的因子，其中塔顶压力经采用快赢措施后得到改善。
3.2 测量系统分析
图2 为蒸汽单耗Y的过程能力分析。
图2 改善后蒸汽单耗能力
建立测量系统模型Y（目标函数）：蒸汽单耗＝蒸汽消耗量/ 酸性水处理量＝蒸汽消耗量/（酸性水热进料量＋酸性水冷进料量），因此需对蒸汽消耗量、酸性水热进料量、酸性水冷进料量测量系统分别进行分析。图2横坐标为按照时间序列采集的样本序号，纵坐标为每个样本计算所得的蒸汽单耗数值Y（单位kg/t），从图2中可以看出：多数指标已小于控制上限，CPK\PPK等于0.48过程能力差，急需改善。
因在目标函数改进中涉及的2 种关联指标（净化水中氨氮含量、硫化物含量）的控制只有上限，没有下限，从控制图可以看出：关联指标过程相对稳定，所有净化水中氨氮数据均<100mg/L，硫化物含量均<50mg/L。冷热进料比值对蒸汽单耗波动趋势一致性影响明显，冷热进料比值波动较大，需进一步查找原因，进行改善，分析其相关性。
4 工艺条件优化
4.1 原因验证
经X与Y的相关性分析可以看出，塔顶压力、冷进料温度与Y的相关性不强。由冷热进料比值R 值0.922，P＝0.000；塔底温度R值0.918，P＝0.000，塔顶温度R值-0.925，P＝0.000可以看出：其与蒸汽单耗相关性很强。塔顶温度与冷热进料比值、塔底温度交互作用明显。通过DOE 实验分析，用Minitab 软件画出主效应图（图3），图3中为每个关键因子对目标值（Y，单位/kg/t）在各水平上对目标值Y影响大小的度量。塔底温度和冷热进料比值对蒸汽单耗的效应类似，当这2个因子从低水平移动到高水平时，蒸汽单耗都会增加，而塔顶温度在从低水平移至高水平时，蒸汽单耗呈下降趋势。同理，塔顶温度与冷热进料比值交互作用不明显。
图3 蒸汽单耗主效应
图4 蒸汽单耗等值线
4.2 工艺条件优化
对重点因素控制并收集数据，通过DOE实验进行结果验证。塔顶温度保持在150℃时的蒸汽单耗与冷热进料比值、塔顶温度的等值线如图4 所示。由Minitab软件得出，得到优化方程式为：Y蒸汽单耗＝常量114.867＋塔底温度×0.703＋塔顶温度×1.1347－冷热进料比值－411.109－塔底温度×塔顶温度×0.0077＋塔底温度×冷热进料比值×3.025－塔顶温度×冷热进料比值×0.1531；根据等值线图，建议工艺控制范围：塔底温度150~155℃，塔顶温度102~115℃，冷热进料比值最佳范围0.250~0.281。
4.3 固化措施
制定装置塔底温度、塔顶温度、冷热进料比值新优化控制指标。汽提主操依照指标标准执行，保持蒸汽温度220~260℃，蒸汽压力0.9~1.1MPa。通过DCS 操作系统在线监控，技术员每日不定时检查，设置控制指标上下限报警，组织工艺培训等措施固化管理。
4.4 效益测算
以蒸汽按180元/t；开车8000h/a；处理量40t/h为基础，效益计算得年节省蒸汽费用：（253－223.51）kg/t/1000×40t/h×8000h×180元/t＝169.86万元
5 结语
通过研究精益六西格玛法在酸性水汽提装置蒸汽消耗中的应用，得到如下结论：
1）该装置工艺操作控制：塔底温度150~155 ℃，塔顶温度102~115 ℃，冷热进料比值最佳范围为0.250~0.281 时，节能效果最佳。
2）精益六西格玛法可以在酸性水汽提蒸汽节能降耗中发挥重要的作用，为同类装置蒸汽节能降耗提供了参考。
[1] 戴彦德，吕斌，冯超.“十三五”中国能源消费总量控制与节能[J]. 北京理工大学学报（社会科学版），2015，17（1）：1-7.
[2] 李勇，刘忠生.炼厂酸性水汽提的上下游技术[J].当代化工，2006，35（6）：429-432.
[3] 纪晔，王莹.酸性水汽提过程模拟与能耗分析[J].石油规划设计，2014，25（6）：6-8.
作者：王春雷，李宁
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