【正文】 ............ 120 7 加熱爐的計(jì)算 ....................................................................................................... 120 輻射段計(jì)算 ................................................... 121 ................................................... 121 ................................................... 122 計(jì)算全爐有效熱負(fù)荷 Q .......................................... 119 加熱爐效率 .................................................. 119 確定火嘴數(shù) .................................................. 119 選取輻射管表面熱強(qiáng)度 qR ...................................... 120 估算輻射室傳熱面積 ARt ....................................... 120 確定輻射室尺寸、爐管長(zhǎng)度及爐管數(shù) ............................ 120 核算 QR ...................................................... 120 核算 Rq ..................................................... 120 7. 5 計(jì)算對(duì)流室熱負(fù)荷 cQ .......................................... 124 致 謝 ................................................................................................................. 139 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 140 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 9 ．文獻(xiàn)綜述 原油精餾裝置是煉油企業(yè)的“龍頭”，是煉油工業(yè)的第一道工序，為二次工 裝置提供原料，是原油加工的基礎(chǔ)， 其能量的綜合利用程度和拔出率高低體現(xiàn)在 石化企業(yè)的效益上。塔頂壓力為 。遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 1 800 萬噸 /年混合原油常減壓蒸裝置設(shè)計(jì) 摘 要 本次設(shè)計(jì)主要完成了年處理能力為 800 萬噸的混合原油常減壓蒸餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì) 初餾塔 、常壓塔 、常壓塔 加熱爐的設(shè)計(jì)及其熱效率，泵的熱效率的部分設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)塔頂采用二級(jí)冷凝冷卻回流，塔中采用兩個(gè)中段循環(huán)回流，一個(gè)頂回流，常壓塔塔頂取熱： 塔頂溫度為 122℃ ， 煤油抽出板溫度為 223℃ ， 輕 柴油抽出板溫度為 305℃ ，原料進(jìn)料溫度為 361℃ ，塔底溫度為 185℃ 。 設(shè)計(jì)管式加熱爐中的輻射室和對(duì)流室的結(jié)構(gòu)和尺寸 并 確定管程數(shù)。常減壓蒸餾是指在常壓和減壓條件下，根據(jù)原油中各組分的沸點(diǎn)不同，把原油切割成不同餾分的工藝過程。潤(rùn)滑油型裝置還包括一個(gè)減壓汽提塔。 一般來說，原油經(jīng)常減壓裝置加工后，可得到石腦油，噴氣燃料，燈用煤油，輕柴油，重柴油和燃料油等產(chǎn)品，某些富含膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的原油，經(jīng)減壓深拔后還可直接生產(chǎn)出道路瀝青常減壓裝置的另一個(gè)主要作用是為下游二次加工裝置或化工裝置提供質(zhì)量較高的原料 [2] 。根據(jù)生產(chǎn)需要，設(shè)置常壓加熱爐和減壓加熱爐 。管式爐的基建投資約占煉油裝置總投資 的 10%～ 20% ，占總設(shè)備費(fèi)得 30%左右 。 (3)生產(chǎn)裝置的主要能源 。 (4)正常運(yùn)轉(zhuǎn)與否至關(guān)重要。主要目的就是加熱原料，回收熱量和冷卻產(chǎn)品 [5]。所以，各國(guó)都把制定長(zhǎng)遠(yuǎn)的石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備計(jì)劃作為頭等大事。 從目前中國(guó)三大石油公司的石油產(chǎn)量來看， 20xx年中國(guó)石油天然氣總公司的石油產(chǎn)量達(dá) ，其中海外石油產(chǎn)量增長(zhǎng)由 500萬噸提高到 1500萬噸。 來自中國(guó)石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院的專家就《國(guó)內(nèi)油氣價(jià)格政策變化趨勢(shì)》作了報(bào)告。但總體技術(shù)水平與國(guó)外水平相比，在處理能力、產(chǎn)品質(zhì)量和拔出率方面存在較大的差距。 (1)能耗大 常減壓蒸餾是一個(gè) 耗很高的過程，但是能量利用率 很低，這主要是由兩個(gè)原因造成的。 (2)油品質(zhì)量不好油品存在重疊度大、餾分范圍寬等問題，其原因是： ①一次蒸餾汽化由于現(xiàn)有的常壓蒸餾過程是從原有的釜式蒸餾過程演化 來，一次進(jìn)料輕重組分都連續(xù)地從塔底加入，塔內(nèi) 度混合嚴(yán)重，即使有汽提塔也不可避免地存在組分分割不清晰 的現(xiàn)象。由于輕質(zhì)油價(jià)值遠(yuǎn)高于重油組分，如果能將這部分輕質(zhì)油在常壓部分作為常壓餾分拔 出，也將會(huì)帶來可觀的效益。 常減壓蒸餾的節(jié)能改造用以降低能耗 在煉油企業(yè)中，常減壓蒸餾是重要的原油一次加工裝置，它的加工能力是煉油企業(yè)加工能力的重要標(biāo)志，一次加工能力的高低亦是煉油企業(yè)綜合技術(shù)實(shí)力的具體體現(xiàn)。② 減少裝置動(dòng)力消耗要根據(jù)裝置負(fù)遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 17 荷情況，選擇機(jī)泵適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c(diǎn)，減少不必要的冷換設(shè)備壓力損失 J，例如減渣泵、減三線回流泵根據(jù)裝置的實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行適當(dāng)?shù)那邢鹘档土藙?dòng)力消耗；合理選擇調(diào)節(jié)閥壓降，嚴(yán)格控制物料出裝置的邊界條件，盡可能減少機(jī)泵的動(dòng)力消耗。目前惠煉 1200 t／年的常減壓裝置采用美國(guó)格林漢姆的蒸汽抽真空系統(tǒng)，雖然能夠滿 足生產(chǎn)需要，但是每小時(shí)合計(jì)消耗 1． 0 MPa蒸汽 20 t左右。生產(chǎn)操作過程中要求將機(jī)泵出口調(diào)動(dòng)閥、控制閥的上下游閥盡量全開，利用控制閥調(diào)節(jié)壓降，利用變頻泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量。 加熱爐的能耗問題是煉油廠非常關(guān)鍵的問題，將 需要加熱的低溫介質(zhì)脫后原油引入對(duì)流室末端，將增加對(duì)流室吸收熱量，對(duì)提高管式爐，減少燃料消耗具有重要的意義，提高加熱爐的熱效率已成為煉油企業(yè)節(jié)能降耗、降低煉油成本、 提高經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)，在煉油行業(yè)中，原油的常減壓蒸餾是最主要的分離過程，其能耗在整個(gè)煉油工藝過程中除催化裂化外是最大的茂名分公司 3 常減壓蒸餾裝置采用換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化運(yùn)行，能耗明顯降。海南煉油廠以提高輕質(zhì)油收率、合理利用原油資源生產(chǎn)更多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念、方案和實(shí)施效果，選用原油蒸餾一渣油加氫預(yù)處理一催化裂化加氫裂化工藝為框架的重油加工工藝流程，煉油廠的綜合商品率達(dá)到 93%；輕質(zhì)油收率為 81%，比我國(guó)煉油廠平均水平高 7個(gè)百分點(diǎn)；汽油、柴油產(chǎn)品質(zhì)量全部滿足歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)要求、部分產(chǎn)品達(dá)到歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)濟(jì)效益顯著。煉油廠在生遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 20 產(chǎn)燃料和化工原料 的同時(shí)，其自身也消 耗了大量的能量。除了能量平衡分析外，采用炯分析可 以深入考慮能量品位差異，指出能量在質(zhì)的方面的利用程度和損失情況 ，也得到較多的應(yīng)用。 常壓塔回收柴油通常很困難，因?yàn)榉逐s部分的液體 /油汽 (L／ V)摩爾比通常不到 ，而在減壓塔中是 ～ 。美國(guó)一家大煉油廠按照該方案改造，投資不到 300萬美元，柴油收率提高 40％。因此，把減壓重瓦斯油的實(shí)沸點(diǎn)切割點(diǎn)從 510℃提高到565℃ ，減壓瓦斯油的收率約提高 5％ (對(duì)原油 )。增收劑與石油分散體系的作用方式和強(qiáng)化機(jī)理主要取決于添加劑的類型。提高常減壓裝置總拔不是常減壓蒸餾裝置個(gè)體裝置的任務(wù)，需要后續(xù)所有裝置的協(xié)調(diào)配合，共同進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化和修訂，通力配合才能應(yīng)對(duì)原油重質(zhì)化的不利趨勢(shì)，并實(shí)現(xiàn)煉廠效益最大化 [16]。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 23 常減壓蒸餾裝置總拔即為除了減壓渣油以外，所有常減壓蒸餾裝置的產(chǎn)品總合。而原油二段換熱終溫決定了初餾塔的進(jìn)料溫度，它是初餾塔閃蒸平衡的前提條件。這些產(chǎn)品產(chǎn)量的增加，會(huì)減少減壓進(jìn)料，減少減壓塔頂氣相負(fù)荷，加之優(yōu)化減壓塔操作， 總拔將會(huì)大大提高。常一線和常二線在汽提操作時(shí)盡量卡邊操作，可以避免閃點(diǎn)的過?，F(xiàn)象，這樣可以節(jié)省汽提蒸汽用量，進(jìn)而減少常頂空冷的負(fù)荷。平穩(wěn)的液位是良好操作的前提，如果液位偏高，淹沒多一層塔板，就相應(yīng)地減少提餾段空間，氣化率就會(huì)有相應(yīng)的影響，也注定會(huì)影響常壓塔總體產(chǎn)品收率。在不影響減一線 (一般調(diào)合柴油 )閃點(diǎn)的前提下，盡量提高減頂油的產(chǎn)量，這樣做的目的是為了提高減頂真空度。多數(shù)減壓蒸餾裝置都會(huì)出現(xiàn)減底泵抽空現(xiàn)象，原因也多數(shù)是因?yàn)榉庥瓦^ 輕和塔底結(jié)焦的緣故。總拔提高或者減壓深拔后，減渣的 S、 N、 0元素及微量金屬元素的含量將會(huì)升高。 (3)控制好初頂壓力。塔頂壓力降低，將會(huì)有更多的石腦油組分氣化，從塔頂揮發(fā)線餾出，進(jìn)而增加了初頂產(chǎn)品的收率。循環(huán)水的溫度要低、壓力要高；大氣退要保持通暢程度不變 (對(duì)于加工劣質(zhì)原油的裝髓，可進(jìn)行擴(kuò)徑處理 )，減少結(jié)垢和堵塞；蒸汽噴射泵副線用盲板隔斷，避免產(chǎn)生自縛現(xiàn)象。 C～ 550℃設(shè)計(jì)的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在石油煉制中，低溫腐蝕引起的設(shè)備損壞率約占設(shè)備總損壞率的 ％。近年來，該裝置連續(xù)發(fā)生常頂空冷器腐蝕穿孔事故，于是在現(xiàn)有設(shè)備材質(zhì)不變的條件下，僅從工藝角度可采取如：選用適用的新型高效緩蝕劑、改進(jìn)常頂注緩蝕劑和注氨方式、提高電脫鹽系統(tǒng)脫鹽效率等措施改善常頂?shù)母g [17]。其巾瓦斯、液態(tài)烴 中富含 HSS 氣體，在常減壓裝置初常減壓塔頂?shù)蜏夭课划a(chǎn)生低常減壓轉(zhuǎn)油線，腐蝕速率高溫 H，s+H， O、 HS+HC1+H20 腐蝕，在 230℃以上的柴油、蠟油、渣油紺分中有大量硫及硫的化合物，如單質(zhì)硫、硫醇、硫醚、二硫醚、 HS 等，形成高溫硫腐蝕環(huán)境，對(duì)設(shè)備產(chǎn) 生嚴(yán)蕈的均勻腐蝕。管內(nèi)介質(zhì)流速越大，腐蝕越嚴(yán)重。同時(shí)遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 29 存在于原油中的有機(jī)氯化物經(jīng)加熱分解也生成了 HC1。高硫值原油的硫性物質(zhì)主要分布在柴油、蠟油及渣油餾分中，并以渣油硫值達(dá)到最高。 H， 0 2HCl’H20+Fe — FeCI!H‘2O +H2f 在沒有水和氯化氖仔 時(shí)，HS 與鐵反應(yīng)，生成的硫化鐵保護(hù)膜附著在鋼鐵表面。一 般汽相部位腐蝕輕微，液卡丌部位幬蝕嚴(yán)重，特別是在汽液相轉(zhuǎn)變部位 ，即露點(diǎn)鄙位最為嚴(yán)重。 加熱爐以含硫重油或瓦斯為燃料，硫燃燒后全部生成 S0：，大約 1％～2％的 S0 受煙灰和金屬 q 生成 S0 。原油性質(zhì)變劣帶來的新問題首當(dāng)其沖反映在常減壓裝置上，使裝置的生產(chǎn)、安全、設(shè)備防腐受到嚴(yán)重影響，并對(duì)下游裝置也產(chǎn)生不良影響。常減壓裝置設(shè)備的腐蝕主要表現(xiàn)為兩種形式：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。石油中的硫化物、硫化氫、硫醇、元素硫等為活性硫，多發(fā)生低溫位腐蝕；硫醚、二硫和多硫化物等為中性硫化物，在高溫下，轉(zhuǎn)化生成硫化氫和硫醇對(duì)金屬造成腐蝕 [19]?！叭敗辈课患扔谢瘜W(xué)腐蝕又有電化學(xué)腐蝕 —— 露點(diǎn)前的腐蝕主要表現(xiàn)為化學(xué)腐蝕，露點(diǎn)后的腐蝕主要表現(xiàn)為電化學(xué)腐蝕，這就對(duì)防腐劑的適應(yīng)性有較高的要求。 （ 3)穩(wěn)定常壓塔的操作 避免塔操作負(fù)荷大幅度的變化對(duì)塔內(nèi)件的沖擊損壞。 表 1含鹽量與腐蝕的關(guān)系 原油含鹽量 g反應(yīng)如下： MsC12+NaOHrMg(OH)2+2NaCI CaC12+NaOH— Ca(OH)2+2NaC1 ． 原油注堿的控制主要以塔頂排水的氯離子濃度作為添加注堿量的依據(jù)。遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 35 另外，注水增 加塔頂物流凝結(jié)點(diǎn)總水量，以降低 HC!的濃度，減少腐蝕。 原油常壓精餾塔的最低操作壓力最終是受制約于塔頂產(chǎn)品接受罐的溫度下塔頂產(chǎn)品的泡點(diǎn)壓力。國(guó)內(nèi)多數(shù)常壓塔壓力大約 在 — 巴 之間。 由加熱爐出口經(jīng)轉(zhuǎn)油線到精餾塔汽化段的壓力降通常為 巴，因遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 37 此，由汽化段的壓力即可推出爐出口壓力 操作溫度的確定 確定精餾塔的各部位的操作壓力后，就可以求出各點(diǎn)的操作溫度。已知汽化段和爐出口的操作壓力而且產(chǎn)品總收率或常壓塔拔出率和過汽化度、氣提蒸汽量等也已確定，就可以短處汽化段油氣分壓。然而往 往手頭所有的事經(jīng)汽提后的側(cè)線產(chǎn)品的平衡汽化數(shù)據(jù)，為簡(jiǎn)化起見，通常都是按經(jīng)汽提后的側(cè)線產(chǎn)品在該處油氣分壓下的泡點(diǎn)溫度來計(jì)算。原油管壓塌頂部凝氣量很少，可忽略不計(jì)，忽略不凝氣之后求得的塔頂溫度較實(shí)際塔頂溫度約高出 3%可將計(jì)算結(jié)果乘以 作 為采 用的塔頂溫度。 （ 3） 常壓塔頂操作壓力 — 巴 之間；通過冷凝器或換熱器殼程壓降一般約為 巴 ；加熱爐出口到精餾塔汽化段的壓力降通常為 巴。對(duì)于一般物系取 — ；對(duì)不易發(fā)泡的物系取 — ； （ 18）物 沫夾帶量： ev﹤ ； （ 19）泛點(diǎn)率 ： 大塔 泛點(diǎn)率﹤ 80%； 直徑 以下的塔 泛點(diǎn)率﹤ 70%； 減壓塔 泛點(diǎn)率﹤ 75%； （ 20）取閥孔動(dòng)能因數(shù) F0=5— 6作為控制漏液量的操作下限，此時(shí)漏液量接近 1