【正文】 8 8 11 12第二章 常壓塔工藝設(shè)計(jì) 14 14 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 14 14 17 18 21 21 23 25 26 27 27 28 塔頂及側(cè)線溫度的假設(shè)與回流熱的分配 28 塔頂及側(cè)線溫度的假設(shè)與回流熱的分配 29 31（第22層）溫度 31（第10層）溫度 32 34 36（第一塊板上方）的氣液負(fù)荷 36 36（第10層板上方）的氣液負(fù)荷 37（第10層板下方）的氣液負(fù)荷 39 40 41 42 44 第26塊板下方的氣液相負(fù)荷 45 46第三章 塔設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算 49 49 49 50 51 51 51 52 53 53 54 54 54 55 55 55 55 55 56 56 57 57 57 泄露情況 58 58 58 59 59 59 60 60 60 61 61 62 63 63 63 64 64 64第四章 換熱流程 65 換熱流程圖 65 換熱流程的計(jì)算 65 65 中段回流作為熱源 67 重油作為熱源 68 69 69 70 71 72 72 72 72參考文獻(xiàn) 73附 錄 74致 謝 75第一章 文獻(xiàn)綜述 石油工業(yè)概述 石油工業(yè)的現(xiàn)狀石油及石油化學(xué)工業(yè)是我國邁向工業(yè)化社會，追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。石油工業(yè)不但提供了我們社會中最主要的動源，同時，也因?yàn)槲覈凸I(yè)的發(fā)展，提供了石化產(chǎn)業(yè)為數(shù)眾多中下游業(yè)者穩(wěn)定的石化基本原料(甲烷，乙烷，乙烯，丙烯，丁二烯，苯，甲苯，二甲苯等)之供應(yīng)。石油是重要的能源之一，在各個國家石油的重要程度不亞于黃金的儲備。石油是一種極其復(fù)雜的混合物，而蒸餾是分離液體混合物的典型操作。蒸餾正是一種合適的手段，它能夠?qū)⒁后w混合物按其所含組分的沸點(diǎn)或蒸汽壓的不同二分離為輕重不同的各種餾分。因此，原油的蒸餾裝置在煉化企業(yè)中占有重要的地位，又被稱為煉化企業(yè)的“龍頭”。如何從具有一定性質(zhì)、組成的原油生產(chǎn)出滿足快速發(fā)展的質(zhì)量和數(shù)量要求(各種產(chǎn)品的比例)的各種石油產(chǎn)品是促進(jìn)煉油技術(shù)的發(fā)展的最基本動力。近十余年，有幾個趨勢在煉油技術(shù)的發(fā)展中值得重視：⑴重質(zhì)油輕質(zhì)化的技術(shù)不斷受到重視，其大背景為近年來原油在世界石油市場的分量明顯變重，原油中輕質(zhì)餾分的含量減少。國產(chǎn)原油大多數(shù)偏重，多數(shù)的原油含大于500?C的減壓渣油量達(dá)40%~50%，而且在國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的條件下，國產(chǎn)的原油在數(shù)量上也越來越不能得到滿足。明顯的例子是1990年美國的清潔空氣修正法案（CAAA）從環(huán)境保護(hù)要求出發(fā)對汽油的質(zhì)量提出來一系列新的要求，促使美國煉油廠對煉油過程的結(jié)構(gòu)及工藝進(jìn)行了一系列的變革，也促進(jìn)了一些新工藝的開發(fā)。從世界范圍來看，環(huán)境保護(hù)將對煉油新技術(shù)不斷提出愈來愈高的要求。對煉油廠自身來說，為了利用原油的資源并且提高經(jīng)濟(jì)效益，也必須更多地和石油化工相結(jié)合，對煉油廠的各種產(chǎn)品和副產(chǎn)品不斷進(jìn)行化工綜合利用。大慶原油的 20密度為 ，凝點(diǎn)為 31， ， %（m/m），硫含量為 %（m/m），鹽含量為 。 從原油實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)看： 200餾份收率為 %（m/m），350餾份收率為 %（m/m），%（m/m）,大慶原油輕油收率低，總拔出率還可以[4]。油品精制是一個加工煉制石油的過程。經(jīng)加工石油而獲得的各類石油產(chǎn)品，在不同的領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的、不同的用途。沒有“油料”各種運(yùn)載工具都會癱瘓。潤滑劑品種多、規(guī)格復(fù)雜，用途各有不同。如蠟燭，彩色蠟筆，各種蠟紙以及火柴桿涂料，蠟封瓶器，防潮，制作模具，洗滌劑等的原料。錦綸（聚酰胺纖維）也稱尼龍，因?yàn)槠浣Y(jié)實(shí)耐磨、不怕蟲蛀、不易發(fā)霉，是制繩索、漁網(wǎng)等的良好材料。腈綸（丙烯腈纖維）、維尼綸（聚乙烯醇纖維）在許多領(lǐng)域也均有廣泛用途。以石油為原料的多種多樣的塑料制品，是市場上最為普遍的商品之一。 原油蒸餾及發(fā)展趨勢 原油蒸餾概述石油是沸程極寬的復(fù)雜烴類混合物。因此煉油廠必須解決石油的分割和各種石油餾分在加工過程中的分離問題。按照所制定的原油加工方案，常減壓蒸餾裝置一般將原油分割成一次加工產(chǎn)品和二次加工原料。二次加工原料包括：1. 重整原料2. ，這些餾分油既可以經(jīng)過二次加工以便提高輕質(zhì)油的收率和產(chǎn)品的質(zhì)量，也可以作為石油化工裝置的生產(chǎn)原料。 原油蒸餾的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢,。我國蒸餾裝置側(cè)線產(chǎn)品分離精度差別較大,如中石化有些煉廠的常頂和常一線能夠脫空,但尚有40%的裝置的常頂與常一線恩氏蒸餾餾程重疊超過10℃,最多重疊度達(dá)到86℃,多數(shù)裝置常二線與常三線 恩氏蒸餾餾程重疊在15 ℃以上,實(shí)沸點(diǎn)重疊則超出25 ℃.潤滑油餾分切割也同國外先進(jìn)水平存在一定差距,主要表現(xiàn)在輕質(zhì)潤滑油餾分的揮發(fā)度及重質(zhì)潤滑油餾分的殘?zhí)亢桶捕ㄐ缘确矫娲嬖诓罹噍^大。 預(yù)處理及蒸餾工序常減壓裝置由常壓蒸餾和減壓蒸餾兩個裝置組成，由于兩個裝置通常在一起，故叫做常減壓裝置。從油田送達(dá)煉油廠的原油一般都含鹽(主要為氯化物)帶水（溶于油或呈乳化的狀態(tài)），可能導(dǎo)致設(shè)備的腐蝕，使設(shè)備內(nèi)壁結(jié)垢從而影響成品油的組成，需要在加工前脫除。[2]從地層中開采出來的原油中均含有數(shù)量不一的機(jī)械雜質(zhì)、C1～C2輕烴氣體、水以及NaCl、MgClCaCl2等無機(jī)鹽類。但由于油田脫鹽脫水設(shè)施不完善或原油輸送中混入水分，進(jìn)入煉油廠的原油仍含有不等量的鹽和水分，鹽類除小部分呈結(jié)晶狀懸浮在原油中外，大部分溶于水中。原油含鹽含水對原油儲運(yùn)、加工、產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備等均造成很大危害，主要為： （1）增加儲運(yùn)、加工設(shè)備（如油罐、油罐車或輸油管線、機(jī) 泵、蒸餾塔、加熱爐、冷換設(shè)備等）的負(fù)荷，增加動力、熱能和冷卻水等的消耗。 （2）影響常減壓蒸餾的正常操作。 （3）原油中所含的鹽類，隨著水分的蒸發(fā)，鹽垢會形成在換熱器的管壁和加熱爐的管壁上，導(dǎo)致傳熱效率降低，增大了流動阻力，嚴(yán)重時導(dǎo)致堵塞管路，燒穿管壁而引發(fā)重大事故。CaCl2和MgCl2能水解成HCl，眾所周知HCl具有很強(qiáng)的腐蝕性，特別是在低溫設(shè)備部分存在水分時，形成鹽酸，腐蝕更為嚴(yán)重： CaCl2+2H2O → Ca(OH)2+2HCl MgCl2+2H2O → Mg(OH)2+2HCl加工含硫原油時，會產(chǎn)生H2S腐蝕設(shè)備，其生成的FeS附于金屬表面，形成一層保護(hù)膜，保護(hù)下部金屬不再被腐蝕。其反應(yīng)為： Fe+ H2S → FeS+H2 FeS+2HCl →FeCl2+H2S （5）鹽類中的金屬進(jìn)入重餾分油或渣油中，毒害催化劑、影響二次加工原料質(zhì)量及產(chǎn)品質(zhì)量. 因此原油進(jìn)入煉油廠后，必須先進(jìn)行脫鹽脫水，%～%。當(dāng)水滴直徑106m時，水滴沉降速度基本上符合球形粒子在靜止流體中自由沉降的斯托克斯（Stokes）定律： 式（）式中 ：水滴沉降速度，m/s； ：水滴直徑，m； ：水密度，kg/m3 ：原油密度，kg/m3； ：原油粘度，m2/s； ：重力加速度，m/s2。 原油按比例加入淡水、破乳劑后經(jīng)原油泵混合，并經(jīng)換熱器加熱到預(yù)定溫度，從底部進(jìn)入一級電脫鹽罐，通過高壓電場后，脫水原油從罐頂引出；再次注入新鮮水，經(jīng)混合閥混合后進(jìn)入二級電脫鹽罐底部，再次通過高壓電場脫水，脫水后原油從罐頂流出即為脫水原油。從一級脫鹽缸脫出的水，從罐底排出后出裝置。通常注水量一級為原油的5%～6%，二級為2%～3%。由于原油中物質(zhì)的種類很多，而且很多物質(zhì)的沸點(diǎn)相差不大，這樣就使得原油中各個組分的完全分離十分困難。原油經(jīng)過常壓蒸餾得到的是汽油、煤油、柴油、等輕質(zhì)餾分油和常壓重油，這些產(chǎn)品不同于一般精餾塔的產(chǎn)品，它們是復(fù)雜的混合物，其質(zhì)量是靠一些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來控制的，如汽油餾程的干點(diǎn)不能高于205，柴油餾程的95%餾出溫度不高于365等，所以對各產(chǎn)品的分餾精確度要求不是很高，既不要求把原油這一復(fù)雜的混合物精確分開。拔頭原油經(jīng)換熱、常壓爐加熱至360~370，形成的氣液混合物進(jìn)入常壓塔，塔頂壓力一般為130~170千帕。各側(cè)線即溶劑油、煤油（或噴氣燃料）、輕柴油、重柴油等餾分，經(jīng)汽提塔汽提、換熱、冷卻后出裝置。 換熱系統(tǒng)在常減壓蒸餾裝置的設(shè)計(jì)和改造過程中，換熱方案是一個重大的工藝問題。其原因在于，一個大型常減壓蒸餾裝置往往要用到數(shù)十臺換熱器(包括冷凝、冷卻器)。首先熱量回收涉及到裝置的燃料消耗量，常減壓裝置的燃料耗量很可觀，占全廠自用燃料的比重最大。顯然，進(jìn)裝置的冷流(原油)與蒸餾產(chǎn)品(熱流)換熱可以大幅度的降低燃料和冷卻水的使用量。所以可知，裝置投資(以及鋼材耗量)和操作費(fèi)用(水，電、燃料耗量) 直接的關(guān)系到換熱系統(tǒng)的好壞，并且影響甚大。事實(shí)上，在某些蒸餾裝置中，原油換熱后的最終溫度達(dá)300左右，熱量的回收率達(dá)60%以上。換熱流程主要包括：（1）換熱的方式；(2) 換熱路數(shù)；(3) 每一路換熱的順序；(4)換熱面積的大小及其分配；(5) 冷、熱流路程。優(yōu)良的換熱流程需要的條件：傳熱系數(shù)很高、較高的原油預(yù)熱溫度和熱的回收率、熱強(qiáng)度很大但壓力降很小的換熱器、方便簡化的操作與檢修。研究和制訂換熱流程的過程就是通過分析并且使這些矛盾得到最理想的解決的過程。在用電子計(jì)算機(jī)計(jì)算代替手工計(jì)算以前，通常都是經(jīng)過分析作出幾種供考慮比較的方案，然后計(jì)算比較之。下面就上列幾個問題的考慮原則作一些討論分析[3]。將原油按前后順序與所有的熱流換熱屬于第一種類型，在石油產(chǎn)品的質(zhì)量得到保證的前提下，盡可能提高原油的預(yù)熱溫度。第二種方式為將原油的預(yù)熱溫度控制在適合的范圍 (一般溫度為200~230)，進(jìn)入初餾塔后，塔底拔頭油進(jìn)一步和減壓渣油換熱到240~250進(jìn)入常壓爐。只能采用第一種流程的條件是沒有設(shè)初餾塔的蒸餾裝置。設(shè)置初餾塔不但可以使蒸餾裝置具有非常大的靈活性，同時為了盡量提高熱回收率以及原油的預(yù)熱溫度；近幾年來，我國新設(shè)計(jì)的常減壓蒸餾裝置一般都設(shè)置有初餾塔，并將前面所述的第二種換熱流程運(yùn)用其中，實(shí)行分段式的換熱方式，就是原油的換熱在初餾塔的前面進(jìn)行，拔頭油的換熱在初餾塔的后面進(jìn)行。這樣，可以得到70%以上的熱回收率。對于傳統(tǒng)的換熱流程，選擇使原油按順序與各側(cè)線、中段回流和渣油逐個進(jìn)行換熱，使得熱源溫度越來越高，冷流溫度也不斷升高。在這種溫度下，最后排的換熱器的冷端溫差已接近于零，但此時渣油的溫度還非常的高，熱容量仍然相當(dāng)?shù)拇蟆，F(xiàn)在一般都采用減壓渣油的2~3次換熱，甚至溫位和熱容量較高的減壓側(cè)線有時也進(jìn)行多次換熱，不但提高了熱回收率，而且熱流換熱后的溫度下降，減輕了冷卻負(fù)荷。茂名石油公司常減壓蒸餾裝置將常壓四線、減壓二線與減壓三線均改為二次換熱，比一次換熱多回收熱量500~600104千卡/時。并聯(lián)路數(shù)太多并不合適，因?yàn)檫@肯定過分地使原油在換熱器當(dāng)中的流速降低了，從而導(dǎo)致傳熱系數(shù)大幅度的下降，流程也太過復(fù)雜。有的換熱流程當(dāng)中，兩路的后面還分成四路。原油換熱器的壓力降每臺大約在1~。每一路原油與各熱源換熱的先后次序稱為換熱順序。但是對于較小熱容量的熱源來說，由于在換熱的過程中溫度下降很快，導(dǎo)致出口端的溫差比較小，所以雖然它可能具有較高的溫位，但是也應(yīng)在前面排列?？梢赃@么解釋，當(dāng)進(jìn)行完第一次換熱，溫度有所下降以后，可以繞過其它的幾個熱源，到前面去和冷流進(jìn)行換熱。多次換熱不僅能更大限度地利用熱源的熱量，而且可以在平均傳熱溫差較高的情況下使總的傳熱過程進(jìn)行下去，這也就是多次換熱的好處。不但要考慮盡可能地回收熱量、降低冷卻負(fù)荷量，而且要考慮所設(shè)定的傳熱面積是否合理。這是問題可以概括為：為已設(shè)定的換熱流程來找到最優(yōu)化的操作條件。 換熱流程中熱源換熱順序和每一個換熱器的終端溫度的排列組合是非常多的，計(jì)算工作量必然很大。若原油分幾路換熱，可按每路分別繪制溫位圖，或?qū)茁樊嬙谕粡垐D上。這樣比較容易而直觀地看出換熱順序是否合理，換熱溫度是否合適，熱源是否充分利用。、熱流路程關(guān)于管程和殼程介質(zhì)的選擇問題，在化工原理課程中已有闡述。溫度或壓力很高出介質(zhì)也宜于走管程。流體在殼體內(nèi)流動容易達(dá)到湍流，通常雷諾數(shù)在10以下為層流，100以上即為湍流。因而把粘度高或流量小而因雷諾數(shù)低的流體選在殼程，一般是有利的。從壓力降的角度來選擇，也應(yīng)該是雷諾數(shù)小的走殼程為好。 常減壓蒸餾裝置中的換熱器，管程和殼程介質(zhì)的選擇，影響因素很多，不能一概而論。原油和拔頭油以走殼程為多，特別是當(dāng)與渣油或油漿換熱時，熱源均走管程。例如減壓渣油第一次與原油換熱時，渣油走管程的平均傳熱系數(shù)為154千卡/時；而走殼程時僅111。故原油或拔頭原油與減壓渣油或油漿換熱時，一般應(yīng)使原油走殼程，熱流走管程?？偟恼f來，提高換熱器的傳熱效率和降低其壓力降二者是對立的統(tǒng)一，情況多變，須作具體分析。有的時候，關(guān)鍵在于提高換熱效率。時時而有的煉廠為了降低換熱器的壓力降，卻把四管程改為二管程，~。 常壓裝置節(jié)能技術(shù)原油蒸餾過程是一個消耗巨大能量的復(fù)雜工藝生產(chǎn)過程，其能耗占煉廠總能耗的20%以上，因而節(jié)能問題一直是原油蒸餾過程優(yōu)化控制的一個主要問題。隨著原油成本不斷上升，煉油企業(yè)所面臨的壓力越來越大，降低成本提高企業(yè)競爭能力是企業(yè)生存發(fā)展的必然途徑。由于常減壓蒸餾是石油加工中應(yīng)用最為廣泛的分離過程之一。如加強(qiáng)加熱爐操作管理的“三門一板”等；二是投資較少的單體設(shè)備提高效率，如塔板的改造等；三是投資較大的以換熱流程為主體的裝置。常減壓蒸餾裝置循環(huán)水主要用于水冷器冷卻油品，為進(jìn)一步降低循環(huán)水單耗，使單位加工費(fèi)用降低到最小，經(jīng)仔細(xì)研究，采取的措施為：夏季用空冷器代替水