【正文】 一、概 述 文獻(xiàn)綜述 石油化工的興起是于美國 1908 年創(chuàng)建世界上最早的石油化工實(shí)驗(yàn)室開始，經(jīng)過十年的苦研，于 1917 年用煉廠氣中的丙烯制成最早的石油化工產(chǎn)品。需要設(shè)計(jì)者﹑操作人員和專業(yè)管理者的共同努力來解決這些問題。由于原油加工量很大，蒸餾過程對(duì)于煉廠的全部的加工方案和優(yōu)化操作具有 重要的影響。近年來由于采用新的實(shí)用技術(shù)和開發(fā)高效率設(shè)備有關(guān)常減壓蒸餾的問題已引起高度重視。i 240 萬噸年處理量常壓蒸餾工藝設(shè)計(jì) 摘 要 在中國過去幾十年來雖然催化裂化技術(shù)，取得了很大的步伐，但加氫精制，加氫裂化，加氫精制和催化重整技術(shù)在未來依然要經(jīng)歷嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)和嚴(yán)格的汽油和柴油燃料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的考驗(yàn)。不過，常減壓蒸餾作為原油加工第一步，及其對(duì)煉油過程中計(jì)劃和經(jīng)濟(jì)利益將不會(huì)受到影響。 常壓 /減壓裝置煉油廠原油加工的第一道工序，盡管它是純粹物理分離過程。目前，蒸餾裝置正面臨著 四 個(gè)難題，即高的整體能耗，較低的分餾精度和拔出率，電脫鹽裝置不理想的操作，和含硫原油加工較低的適應(yīng)能力。蒸餾裝置的操作水平的可以提高通過吸收先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，先進(jìn)實(shí)用技術(shù)的應(yīng)用，高效率的加工設(shè)備，改善操作人員的技術(shù)和加強(qiáng)專業(yè)管理等措施來提高。 1920 年美國新澤西標(biāo)準(zhǔn)油公 司（美孚石油公司）采用它的研究成果，進(jìn)行工業(yè)化，從此開創(chuàng)了石油化工的歷史。 50 年代，德 、日、 美 、意 、蘇等國才相繼建立了石油化工企業(yè)，使這一工業(yè)領(lǐng)域迅速擴(kuò)大， 60 年代和 70 年代初期是石油化學(xué)工業(yè)飛速發(fā)展的年代，產(chǎn)品產(chǎn)量成倍上漲，不斷開辟新的原料和增加新的品種 [1] 。要從原油中提煉出多種多樣的燃料、潤滑油及其它產(chǎn)品的基本的途徑是：首先將原油分割成不同沸程的餾分，然后進(jìn)行餾分的深加工，從而生產(chǎn)出滿足不同要求的各類石油化工產(chǎn)品。常減壓蒸餾正是一種合適的手段，而且常常也是一種最經(jīng)濟(jì)、最易實(shí)現(xiàn)的分離手段，因而各大煉油企業(yè)都將常減壓蒸餾作為原油加工的第一步工序。借助于常減壓蒸餾過程，按產(chǎn)品加工方案將原油分割成相應(yīng)的直餾汽油、煤油、輕柴油和重柴油餾分等。 石油蒸餾是 石油加工工業(yè)中十分重要的環(huán)節(jié)，對(duì)常壓塔塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)也是十分重要的，在改革過程中嘗試了很多的方法也吸納了很多新的技術(shù)與科技。并且對(duì)塔本身的腐蝕與防護(hù)，熱量回收等問題作出了相關(guān)的研究與處理。 [2] 常減壓蒸餾裝置是煉油廠的 “ 龍頭 ” 裝置，它的拔出率、產(chǎn)物質(zhì)量、分割精度、能耗等2 對(duì) 整個(gè)煉廠的后續(xù)加工過程影響很大。 （ 1）塔器填料技術(shù) 近年來蒸餾系統(tǒng)最明顯的進(jìn)展之一是高效規(guī)整填料的應(yīng)用，從而使蒸餾技術(shù)得到高速發(fā)展。規(guī)整填料用于常壓塔，可提高處理量，解決負(fù)荷較大的 “ 瓶頸 ” 截面，使塔徑趨近均勻，提高常壓各線產(chǎn)品產(chǎn)率或分餾精度。 （ 2）原油深拔技術(shù) 原油深拔技術(shù)是近幾年來常減壓工藝的主要發(fā)展動(dòng)向之一。目前常用的方法是常壓塔、減壓塔切割點(diǎn)最佳化和用減壓塔縮徑提高切割點(diǎn)。加活性劑強(qiáng)化蒸餾的原理是把石油看作膠體分散系統(tǒng)，通過向原料中加入添加劑 (活性劑 )來改變系統(tǒng)的狀態(tài)、強(qiáng)化原油加工過程、提高撥出率 。 另外還有提高真空度降低減壓塔塔頂壓力、提高進(jìn)料段溫度、改進(jìn)減壓塔洗滌段設(shè)計(jì)、采用先進(jìn)的控制技術(shù)和分析技術(shù)等措施來提高常減壓蒸餾拔出率、產(chǎn)物質(zhì)量、分割精度，降低能耗 關(guān)于常壓塔新技術(shù)的應(yīng)用 （ 1）常壓塔塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn) [3] 3 ① 常壓塔設(shè)備制造安裝技術(shù)要求 一般情況下，常壓塔設(shè)備制造、安裝應(yīng)符合以下技術(shù)要求： a 塔板長度偏差不得超過 +0/4mm，寬度偏差 不得超過 +0/2mm； b 塔板盡可能平，安裝前分塊塔板的彎曲及局部不平度在整個(gè)板面內(nèi)不得超過 2mm； c 支持圈在弦長 300mm的表面上，局部不平度不超過 lmm，總的不平度的允許偏差與塔板相同； d 支持圈的表面與主梁及支梁的表面應(yīng)在同一平面上，兩表面的最高與最低之差不得超過3mm； e 塔體彎曲度應(yīng)小于 1/1000塔高； f 塔體在同一斷面上的最大直徑與最小直徑之差 e應(yīng)符合以下規(guī)定，即對(duì)受內(nèi)壓塔 e≤ 1 ％DN(DN為塔內(nèi)徑 )。就塔板而言，其螺栓孔應(yīng)設(shè)計(jì)成長圓孔。其設(shè)計(jì)的受液盤結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，采用 4mm厚不銹板，只是為了起支承作用。而常規(guī)設(shè)計(jì)的受液盤直接焊在簡體上，厚度只需 2mm，再另設(shè)一根支承角鋼即可。 （ 2） ADV微 分浮閥塔盤在常減壓擴(kuò)能改造中的應(yīng)用 [4] ① ADV 微分浮閥的特點(diǎn) ： ADV微分浮閥結(jié)構(gòu)： ADV微分浮閥結(jié)構(gòu)示意見圖 11。此外，由于部分氣流經(jīng)閥頂小孔噴出，減少了閥周邊噴出的氣速，也減少了高負(fù)荷時(shí)各閥間的氣流對(duì)沖，從而減少霧沫夾帶，相應(yīng)提高了氣相處理量。見圖 1圖 13。 b 產(chǎn)品質(zhì)量、收率較改造前有較大提高，且產(chǎn)品分割清楚、重疊少。增產(chǎn)了柴油組分，提高了產(chǎn)品附加值，效益顯著。運(yùn)行時(shí)塔盤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易翻板。運(yùn)行一年，在檢修頂循泵時(shí)，泵腔、葉輪流道內(nèi)有浮閥，且浮閥閥腳斷裂，閥頂部所開小孔上的金屬斷裂，閥面上有細(xì)小裂紋，均系硫化物和氯化物腐蝕，此材質(zhì)不適合在常壓塔頂循以上位置使用，需要進(jìn)一步篩選更新。有效降低了直餾汽油干點(diǎn)，提高了一線餾分 閃點(diǎn)，使合格率均達(dá)到 100％。 (3) SUPER V1浮閥塔盤在常壓塔的應(yīng)用 [5] 應(yīng)用了 SUPER V1浮閥塔盤在常壓塔在常壓塔中，改良的效果： a 將提餾段填料改造為 SUPER V1塔盤，改善了提餾段的提餾效果，增加了塔的操作彈性，常壓塔底重油中 350℃ 前餾分的含量大幅度降低，由原來的 12~15 降至 7 ~ 9 ，常壓蒸餾拔出率提高 2個(gè)百分點(diǎn)以上，提高了常壓塔蒸餾效率。 c 采用 SUPER V1塔盤，減少了抽出層霧沫夾帶，提高了傳質(zhì)效率，使得全塔壓降降低，改善了塔的操作工況。常頂壓力通?？刂茷?~／ cm3，其油汽分壓 ~／ cm3 。著火 點(diǎn)即腐蝕嚴(yán)重，與露點(diǎn)較接近，腐蝕環(huán)境惡化。所以，防護(hù)處理后必須進(jìn)行密封、干燥的處理。方法是重新制作密封墊圈，扣好人口蓋后，再用防水油膏將人口周邊及螺孔做防水處理。） (1)分餾塔的處理能力明顯提高。 (2)產(chǎn)品分布明顯改善。 (3)通過近期的生產(chǎn)實(shí)踐證明，改造后的分餾塔操作平穩(wěn)，操作彈性大，工藝指標(biāo)正常，未出現(xiàn)夾帶現(xiàn)象，更未出現(xiàn)沖 塔事故。 常壓塔多變量計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) （ 1）常壓塔塔底液位多變量控制器設(shè)計(jì) [9] 控制方案：確定常壓塔塔底液位控制器的控制目標(biāo) —— 穩(wěn)定塔底液位在一定范圍內(nèi)變化，盡可能減少塔底重油的調(diào)節(jié)對(duì)減壓爐和減壓塔操作的影響。塔底液位控制器的輸出和支路平衡控制器的輸出疊加后，再 送到減壓爐的四路流量控制回路。采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)辨識(shí)等 A法，建立煉油廠常壓塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo) (一線初餾點(diǎn)、塔頂和二線干點(diǎn) )的預(yù) 4模型，作為質(zhì)量分析軟儀表，并獲得較好的精度。 圖 1—5 常壓塔塔底液位及減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)測離線模型。 2021 年底，我國原油加工能力已達(dá)到 億 t/a，總能耗約占加工原油量的 7％ ~％。 10 年來對(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，使得我國煉廠的主要生產(chǎn)裝置的能耗都有大幅度下降。煉油生產(chǎn)過程節(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。主要節(jié)能措施有： （ 1）全面綜合優(yōu)化。其關(guān)鍵在于用能過程和設(shè)備的廣泛聯(lián)合、提高能源利用總體效率。改進(jìn)工藝過程是煉油生產(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。 （ 3）改善操作條件。 （ 4）提高設(shè)備效率。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。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。 （ 6）回收利用低溫?zé)?。主要回收措施為：原?jí)利用和升級(jí)利用 。 設(shè)計(jì)的說明 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。 本裝置適用于燃料型年產(chǎn) 240 萬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。 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。 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。 （ 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。 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。 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。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。顯然，這種氣提塔與精餾塔的提餾段在本質(zhì)上有所不同。本設(shè)計(jì)各側(cè)線產(chǎn)品的氣提塔重疊起來，但互相之間是隔開的。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。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。 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 。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。 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。油氣由下而上流動(dòng)，故塔內(nèi)壓力由下而上逐漸降低。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。其中包括汽化段溫度、塔底溫度、側(cè)線溫度、塔頂溫度。 （ 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。 ② 浮閥塔板的干板壓降較舌形和篩孔大，比圓泡帽塔板小。 ④ 結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。 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 = 蒸頂： d = + = （ g/cm179。API = – = 常頂： d = + = （ g/cm179。API = – = 常一： d = + = （ g/cm179。API = 常二： d = + = （ g/cm179。API = 常三： d = + = （ g/cm179。API = (2) 體積平均沸點(diǎn) tV（ 186。C 常頂： tV =（ 97 + 113 + 124 134 + 148） /5= 186。C 常二： tV =（ 248 +270 +286 + 304 +331） /5= 常三： tV =（ 342 +368 +385 +398 +418） /5= 186。C/%） 蒸頂： S90～ 10 = （ 138 – 66） /（ 9010） = （ 186。C/%） 常一： S90～ 10 = （ 217 183） /（ 9010） = （ 186。C/%） 常三： S90～ 10 = （ 418342） /（ 9010） = （ 186。C 同理， 常頂： me? = tme = tv me? = = 186。C 15 常二： 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 頁圖 36 得以下數(shù)據(jù)： 蒸頂：特性因數(shù) K 相