【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壓爐支路溫度平衡控制示意圖 8 圖 16 塔頂干點(diǎn)軟儀表輸出圖 對(duì)常壓塔裝置進(jìn)行了系統(tǒng)分析，用計(jì)算機(jī)采集了同一種原油的大量操作數(shù)據(jù)，并對(duì)原始數(shù)據(jù)作了預(yù)處理， 然后利用相關(guān)分析法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸法并結(jié)合機(jī)理分析建立了常壓塔的質(zhì)量預(yù)測(cè)離線模型。 [11] 在煉油生產(chǎn)過(guò)程中要消耗大量的能量，所消耗的各種形式的能量主要來(lái)源于燃料和電力。 2021 年底，我國(guó)原油加工能力已達(dá)到 億 t/a，總能耗約占加工原油量的 7％ ~％。在煉油工業(yè)能耗中，生產(chǎn)裝置所消耗的能量約占 75％，因 此生產(chǎn)裝置是節(jié)能改造的重點(diǎn)。 10 年來(lái)對(duì)不同規(guī)模的 79 套常減壓蒸餾裝置以及其它裝置都曾進(jìn)行多次節(jié)能改造，使得我國(guó)煉廠的主要生產(chǎn)裝置的能耗都有大幅度下降。 隨著 近年來(lái)煉油工業(yè)發(fā)展，煉油裝置逐年大型化，節(jié)能也越來(lái)越得到重視。煉油生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能可以直接增加石油產(chǎn)品、降低加工成本，關(guān)系到石油資源的合理利用和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。各大煉油廠在擴(kuò)能改造的同時(shí)，也注意到了節(jié)能。主要節(jié)能措施有： （ 1）全面綜合優(yōu)化。全面綜合優(yōu)化技術(shù)是應(yīng)用系統(tǒng)工程的方法處理節(jié)能工作中的局部與全局的關(guān)系，研究和促使全廠綜合用能合理化的技術(shù)。其關(guān)鍵在于用能過(guò)程和設(shè)備的廣泛聯(lián)合、提高能源利用總體效率。 （ 2）改進(jìn)工藝過(guò)程。改進(jìn)工藝過(guò)程是煉油生產(chǎn)裝置節(jié)能的重要手段，包括改進(jìn)工藝生產(chǎn)流程、采用節(jié)能工藝新技術(shù)和采用 新型催化劑、溶劑、助劑等內(nèi)容。其節(jié)能作用的本質(zhì)在于減9 少工藝過(guò)程對(duì)能量的總需要量，不僅可以減少各種能源的供入，而且省掉了在轉(zhuǎn)換和回收環(huán)節(jié)的效率損失。 （ 3）改善操作條件。改善操作條件是不需要大量投資、便于推廣易于見(jiàn)效的節(jié)能措施，包括工藝操作參數(shù)（壓力、溫度）和工藝操作條件（過(guò)氣化率、回?zé)挶?，回流比等）的控制、調(diào)整。 （ 4）提高設(shè)備效率。主要設(shè)備包括加熱爐、工藝設(shè)備（分餾塔、換熱器、空冷器）、機(jī)、泵設(shè)備。對(duì)于加熱爐主要采用強(qiáng)化燃燒、改善傳熱、采用隔熱襯里材料、加強(qiáng)煙氣回收、強(qiáng)化操作管理等。對(duì)于分餾塔和換熱器主要 為開(kāi)發(fā)和應(yīng)用高效塔板和填料、采用新型高效傳熱設(shè)備。對(duì)于機(jī)泵采用改善操作控制、根據(jù)全廠汽－電調(diào)整電機(jī)負(fù)荷、應(yīng)用各種調(diào)速技術(shù)等措施。 （ 5）合理利用蒸汽。煉油廠使用大量蒸汽，對(duì)蒸汽的生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用和回收利用等過(guò)程采用有效的節(jié)能技術(shù)是煉廠節(jié)能的重點(diǎn)工作之一。主要措施為提高轉(zhuǎn)換效率降低供氣能耗、分級(jí)供氣充分利用蒸汽能級(jí)、改善用汽狀況減少蒸汽消耗、合理使用伴熱蒸汽加強(qiáng)冷凝水回收。 （ 6）回收利用低溫?zé)帷Ｉa(chǎn)過(guò)程中使用的能量除一小部分轉(zhuǎn)入到產(chǎn)品中外，絕大部分高品位能量變?yōu)榈推肺荒芰俊Ｖ饕厥沾胧椋涸?jí)利用和升級(jí)利用 。原級(jí)利用是指按溫位及熱量進(jìn)行匹配而直接回收利用；升級(jí)利用通過(guò)熱泵、吸收制冷、發(fā)電來(lái)回收。 設(shè)計(jì)的說(shuō)明 如果 要 合理地確定一種原油生產(chǎn)加工方案，就必須對(duì)所要加工的原油性質(zhì)做具體的分析。本裝置生產(chǎn)的是沈北原油，沈北原油一般具有如下的性質(zhì)：其油品的密度較?。s），含硫量低（約 %），原油餾分較重，輕油收率較高（＜ 350℃ 輕油收率為 30%，＞ 510℃ 的餾分占原油 35％以上），含氮量高（ 615PPm），含蠟量高（ %），凝點(diǎn)較高（ 49℃ ），屬于低硫 中間 石蠟基原油。 本裝置適用于燃料型年產(chǎn) 240 萬(wàn)噸原油的加工方案的，整個(gè)流程采用三段汽化的方法： 10 （ 1）整個(gè)流程采用三段汽化的方法。即設(shè)初餾塔，常壓塔和減壓塔。 設(shè)初餾塔出于以下的因素： ① 沈北原油是較重的原油，而輕組分含量多，為了減少汽油損失，減少氣體烴攜走更多的汽油組分，為了拔出更多輕質(zhì)油，故增設(shè)初餾塔。 ② 有利于減輕常壓爐和常壓塔負(fù)荷，提高裝置處理量。 ③ 可減輕原油泵出口壓力，減少泵的動(dòng)力消耗，且使換熱器耐壓要求降低。 ④ 初餾塔相對(duì)常壓塔易于檢修。 （ 2）流程： 原油由泵自儲(chǔ)油罐中打出，經(jīng)換熱器換熱 后進(jìn)入脫鹽罐進(jìn)行脫鹽脫水處理。離開(kāi)脫鹽罐后，再經(jīng)換熱器換熱，使油溫達(dá)到 220℃ 后進(jìn)入初餾塔。 初餾塔塔頂餾出的汽油餾分，經(jīng)冷卻器冷卻至 50℃ 后進(jìn)冷凝罐冷凝到 40℃ ，回流部分打回塔頂。初底油進(jìn)常壓爐加熱至 352℃ 后進(jìn)入常壓塔。 常壓塔塔頂出 (IBP127℃) 汽油餾分，經(jīng)冷凝器冷凝至 60℃ ，進(jìn)回流罐，回流部分泵送回塔頂，然后將剩余的產(chǎn)品部分進(jìn)一步冷卻至 40℃ 。常一線出化工原料，由 175℃ 抽出，經(jīng)換熱器換熱至 75℃ 左右后進(jìn)冷凝器。常二線出輕柴油，由 260℃ 抽出，經(jīng)換熱器換熱，溫度降到 85℃ ，進(jìn)凝器冷凝到安 全溫度。常三線出重柴油餾分，經(jīng)換熱器換熱，溫度由 315℃降到 100℃ ，進(jìn)冷凝器冷凝。常壓塔第一中段回流抽出溫度為 211℃ ，經(jīng)換熱器換熱，溫度降到 131℃ 打回常壓塔。常壓塔第二中段回流抽出溫度為 284℃ ，經(jīng)換熱器換熱，溫度降到184℃ 后打回常壓塔。常壓塔塔底油由泵打入減壓爐加熱到 400℃ 進(jìn)減壓塔，出減壓產(chǎn)品。 （ 1）汽提塔和汽提段 在負(fù)荷塔內(nèi)，汽油、柴油、化工原料等產(chǎn)品之間只有精餾段而沒(méi)有提餾段，側(cè)線產(chǎn)品中必然會(huì)含有相當(dāng)數(shù)量的輕餾分，這樣不僅影響本側(cè)線產(chǎn)品的質(zhì)量，而且降低了輕餾分的 產(chǎn)率。11 為此，在常壓塔的外側(cè)，為側(cè)線產(chǎn)品設(shè)汽提塔，在汽提塔底部吹入少量過(guò)熱水蒸氣以降低側(cè)線產(chǎn)品的油氣分壓，使混入產(chǎn)品中的較輕餾分汽化而返回常壓塔。這樣做既可以達(dá)到分離要求，而且也很簡(jiǎn)單。顯然，這種氣提塔與精餾塔的提餾段在本質(zhì)上有所不同。側(cè)線汽提用的過(guò)熱水蒸氣量通常為側(cè)線產(chǎn)品的 2％ ～ 3％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。本設(shè)計(jì)各側(cè)線產(chǎn)品的氣提塔重疊起來(lái)，但互相之間是隔開(kāi)的。 （ 2）回流方式 石油精餾塔具有一些自己的工藝特點(diǎn)：處理量大；回流比是由精餾塔的熱平衡確定而不是由分餾精確度確定；塔內(nèi)氣、液相負(fù)荷沿塔高的變化的，甚至是有較大的 變化幅度；沿塔高的溫差比較大等。由于這些特點(diǎn)，石油精餾塔的回流方式除了采用慣常所用的塔頂冷回流以外，還常常采用其他的回流方式。 ① 塔頂油氣二級(jí)冷凝冷卻 原油常壓精餾塔的年處理量經(jīng)常以數(shù)百萬(wàn)噸計(jì)。塔頂冷凝冷卻面積如此巨大的原因，一則是負(fù)荷很大，二則是傳熱溫差比較小。為了減少常壓塔頂冷凝冷卻所需的傳熱面積，在本裝置中常壓塔采用二級(jí)冷凝冷卻方案。 ② 中段循環(huán)回流 石油精餾塔沿塔高的溫度梯度較大，從塔的中部取走的回流熱的溫位顯然要比從塔頂取走的回流熱的溫度高出許多，因而是價(jià)值更高的可利用熱源，而且能提高塔的生產(chǎn)能力 。 （ 3）操作壓力 原油常壓精餾塔的最低操作壓力最終受制于塔頂產(chǎn)品接受罐的溫度下的塔頂產(chǎn)品的泡點(diǎn)壓力。常壓塔頂產(chǎn)品是汽油餾分，塔頂產(chǎn)品能基本上全部冷凝，不凝氣很少。為了克服塔頂餾出物流經(jīng)管線和設(shè)備的流動(dòng)阻力，常壓塔頂?shù)膲毫?yīng)稍高于產(chǎn)品接受罐的壓力，或者說(shuō)超高于常壓。 塔頂操作壓力確定后，塔的各部位的操作壓力也隨之可以計(jì)算。塔的各部位的操作壓力與油氣流經(jīng)塔板時(shí)所造成的壓降有關(guān)。油氣由下而上流動(dòng)，故塔內(nèi)壓力由下而上逐漸降低。 12 （ 4）操作溫度 從理論上說(shuō)，在穩(wěn)定操作的情況下，可以將精餾塔內(nèi)離開(kāi)任一塊塔板或汽化段的 氣、液兩相都看成處于相平衡狀態(tài)。因此，氣相溫度是該處油氣分壓下的露點(diǎn)溫度，而液相溫度則是其泡點(diǎn)溫度。雖然在實(shí)際上由于塔板上的氣、液兩相常常未能完全達(dá)到相平衡狀態(tài)而使實(shí)際的氣相溫度稍偏高或液相溫度稍偏低，但是在設(shè)計(jì)計(jì)算中都是按上述的理論假設(shè)來(lái)設(shè)計(jì)各點(diǎn)的溫度。其中包括汽化段溫度、塔底溫度、側(cè)線溫度、塔頂溫度。 （ 5）塔板流體水力學(xué)計(jì)算 其包括塔高、塔徑及塔板上主要部件工藝尺寸的計(jì)算。 （ 6）塔板的選用 本裝置常壓塔選用浮閥塔板，初餾塔選用單溢流型式，常壓塔選用雙溢流型式。 選用浮閥塔板，由于以下的原因： ① 浮閥 塔板的處理能力比圓泡帽塔板大 2040％，比舌形和篩孔塔板要小些，但是，浮閥塔板操作彈性比圓泡帽、舌形、篩孔塔板的操作彈性都要大些，在很高的氣液負(fù)荷范圍內(nèi)變化，只有浮閥塔能夠保持較高的效率。 ② 浮閥塔板的干板壓降較舌形和篩孔大，比圓泡帽塔板小。 ③ 霧沫夾帶較舌形、圓泡帽小。 ④ 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。 ⑤ 在石油化工方面廣泛使用于常減壓塔，積累了很多的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我們的設(shè)計(jì)使用也是很有用的。 13 二、設(shè)計(jì)計(jì)算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理 原料及產(chǎn)品的有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表 21 表 21 原油常壓切割及產(chǎn)品性質(zhì) 產(chǎn)品 密度 ρ20 恩氏蒸餾餾出溫度， ℃ 0% 10％ 30％ 50％ 70％ 90％ 100% 初頂 48 66 80 94 108 138 163 初底 146 252 348 — — — — 常頂 68 97 113 124 134 148 172 常一 171 183 190 197 204 217 252 常二 216 248 270 286 304 331 367 常三 293 342 368 385 398 418 455 常底 287 400 454 528 — — — 原油 — — — — — — — 油品物性 (1) 相對(duì)密度指數(shù) 186。API d = d420 + ? d ， 186。API = 蒸頂： d = + = （ g/cm179。） 186。API = – = 常頂： d = + = （ g/cm179。） 186。API = – = 常一： d = + = （ g/cm179。） 186。API = 常二： d = + = （ g/cm179。） 14 186。API = 常三： d = + = （ g/cm179。） 186。API = (2) 體積平均沸點(diǎn) tV（ 186。C ） tV =（ t10 + t30 + t50 + t70 + t90） /5 蒸頂： tV =（ 66 + 80 + 94 + 108 + 138） /5= 186。C 常頂： tV =（ 97 + 113 + 124 134 + 148） /5= 186。C 常一： tV =（ 183 + 190 +197 + 204 +217) /5= 186。C 常二： tV =（ 248 +270 +286 + 304 +331） /5= 常三： tV =（ 342 +368 +385 +398 +418） /5= 186。C (3) 恩氏蒸餾 90 % ～ 10 % 斜率 S =（ 90%餾出溫度 10%餾出溫度） /（ 9010）（ 186。C/%） 蒸頂： S90～ 10 = （ 138 – 66） /（ 9010） = （ 186。C/%） 常頂： S90～ 10 = （ 148 97） /（ 9010） = （ 186。C/%） 常一： S90～ 10 = （ 217 183） /（ 9010） = （ 186。C/%） 常二： S90～ 10 = （ 331248） /（ 9010） = （ 186。C/%） 常三： S90～ 10 = （ 418342） /（ 9010） = （ 186。C/%） (4) 中平均沸點(diǎn) tme = tv me? ln me? = + S = 所以， 蒸頂： me? = tme = tv me? = – = 186。C 同理， 常頂： me? = tme = tv me? = = 186。C 常一： me? = tme = tv me? = – = 186。C 15 常二： me? = tme = tv me? = – = 186。C 常三： me? = tme = tv me? = – = 186。C (5) 特性因數(shù) K 和相對(duì)分子量 M 查《石油煉制工程》 76 頁(yè)圖 36 得以下數(shù)據(jù)： 蒸頂：特性因數(shù) K 相對(duì)分子量 M 102 常頂：特性因數(shù) K 相對(duì)分子量 M 114 常一：特性因數(shù) K 相對(duì)分子量 M 165 常二：特性因數(shù) K 相對(duì)分子量 M 243 常三 ：特性因數(shù) K 相對(duì)分子量 M 368 綜合以上數(shù)據(jù)列出沈北原油的物性參數(shù)表 22。 (6) 餾分的平衡汽化 0%的確定 表 22 初頂油恩氏蒸餾數(shù)據(jù) 餾出體積 0% 10% 30% 50% 70% 90% 100% 溫度 48 66 80 54 108 138 163 由圖 715 換算 50%點(diǎn)溫度 恩氏蒸餾 10%～ 70%點(diǎn)斜率 =（ 10866） /（ 7010） = （ 186。C/%） 由圖查得 平衡汽化 50% 恩氏蒸餾 50%點(diǎn) = （ 186。C ） 故 平衡汽 化 50% = 94 = （ 186。C ） 由圖 716 查得平衡曲線各段溫差見(jiàn)表 24。 表 23 沈北原油的物性參數(shù)表 相對(duì)密度指數(shù) 186。API 體積平均沸點(diǎn)