【正文】 ........ 120 輻射段計算 ................................................... 121 ................................................... 121 ................................................... 122 計算全爐有效熱負(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度 qR ...................................... 120 估算輻射室傳熱面積 ARt ....................................... 120 確定輻射室尺寸、爐管長度及爐管數(shù) ............................ 120 核算 QR ...................................................... 120 核算 Rq ..................................................... 120 7. 5 計算對流室熱負(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 (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。 常壓加熱爐采用空心圓筒爐，依據(jù)經(jīng)驗公式對加熱爐的總熱負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計計算。塔頂壓力為 。參考同類裝置確定塔板數(shù)，進(jìn)料及側(cè)線抽出位置，假設(shè)各主要部分的操作溫度及操作壓力，對全塔進(jìn)行熱平衡計算，確定全塔回流熱。遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 1 800 萬噸 /年混合原油常減壓蒸裝置設(shè)計 摘 要 本次設(shè)計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)計計算，對 初餾塔 、常壓塔 、常壓塔 加熱爐的設(shè)計及其熱效率，泵的熱效率的部分設(shè)計。 常壓塔的設(shè)計主要是依據(jù)所給的原油實沸點蒸餾數(shù)據(jù)及產(chǎn)品的恩氏蒸餾數(shù)據(jù)，計算產(chǎn)品的各物性數(shù)據(jù)，確定原油切割方案，計算產(chǎn)品收率。本次設(shè)計塔頂采用二級冷凝冷卻回流，塔中采用兩個中段循環(huán)回流，一個頂回流，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℃ 。 塔板型式選用 F1型重閥浮閥塔板，依常壓塔內(nèi)最大汽相負(fù)荷處為 ，算得塔徑為 ，塔板間距為 ，對塔板流體力學(xué)性能進(jìn)行核算，操作彈性為 ,塔的操作性能良好。 設(shè)計管式加熱爐中的輻射室和對流室的結(jié)構(gòu)和尺寸 并 確定管程數(shù)。因此，開展常壓精餾裝置的研究很有意義。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不同，把原油切割成不同餾分的工藝過程。常減壓塔主要設(shè)備是分餾塔，塔是整個常減壓裝置工藝過程的核心，原油在分餾塔中通過傳熱傳質(zhì)實現(xiàn)分餾作用，最終將原油分離成不同組分的產(chǎn)品。潤滑油型裝置還包括一個減壓汽提塔。為了更好更快的得到石油產(chǎn)品 ,我們可以通過減少裝置的腐化時間，通過節(jié)能改造等一系列的措施使得效益明顯提高，下面對常減壓蒸餾塔的裝置進(jìn)行簡單的介紹。 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] 。常減壓蒸餾一般包括初餾塔，常壓塔和減壓塔，為三塔流程。根據(jù)生產(chǎn)需要，設(shè)置常壓加熱爐和減壓加熱爐 。一般由輻射室 ，對流室，余熱回收系統(tǒng)，燃燒器 以及 通風(fēng)系統(tǒng)五部分組成。管式爐的基建投資約占煉油裝置總投資 的 10%～ 20% ，占總設(shè)備費得 30%左右 。對于加工深度較淺的，中等的和較深的煉油廠，加熱爐消燃料分別占其處理原油能力的 3%～ 6% ， 4% ～ 8%和 8%～ 15%；其費用約占總操作費用的60%～ 70% 。 (3)生產(chǎn)裝置的主要能源 。如果在原設(shè)計的基礎(chǔ)上又增加處理量，爐子熱負(fù)荷不夠，不完成生產(chǎn)任務(wù)，就會限制整個生產(chǎn)能力的提高。 (4)正常運轉(zhuǎn)與否至關(guān)重要。如果爐子出現(xiàn)事故，如爐管結(jié)焦，爐管燒穿，爐襯燒塌，爐墻倒塌等，將使裝置被迫停工 ,成為影響生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。主要目的就是加熱原料，回收熱量和冷卻產(chǎn)品 [5]。常減壓裝置是對原油進(jìn)行一次加工的蒸餾裝置，該裝置的安全正確運行，對整個煉油廠的生產(chǎn)是至關(guān)重要的，它的好壞直接影響到全廠的生產(chǎn)。所以，各國都把制定長遠(yuǎn)的石油戰(zhàn)略儲備計劃作為頭等大事。由于我國對于石油的渴求很強，也由于國際上許多國家都把石油看作 經(jīng)濟發(fā)展的生命線，我國在國際上與其他國家爭奪石油資源的摩擦越來越多，東海問題、南海問題都是與石油密切相關(guān)的。 從目前中國三大石油公司的石油產(chǎn)量來看， 20xx年中國石油天然氣總公司的石油產(chǎn)量達(dá) ，其中海外石油產(chǎn)量增長由 500萬噸提高到 1500萬噸。中國海洋 石油總公司的石油產(chǎn)量達(dá) 4000萬噸，海外石油產(chǎn)量達(dá) 600萬噸。 來自中國石油經(jīng)濟技術(shù)研究院的專家就《國內(nèi)油氣價格政策變化趨勢》作了報告。未來我國成品油改革的趨勢是堅持市場化改革方向、漸進(jìn)式改革方式，加強稅收調(diào)節(jié)作用，配套政策同步跟進(jìn)。但總體技術(shù)水平與國外水平相比，在處理能力、產(chǎn)品質(zhì)量和拔出率方面存在較大的差距。 我國蒸餾裝置存在的問題 雖然我國經(jīng)過了 50 年的發(fā)展，設(shè)備技術(shù)有了長足的進(jìn)步，但我國蒸餾裝置的總體技術(shù)水平與國外水平相比，在處理能力、產(chǎn)品質(zhì)量和拔出率方面存在較大 [6]差距 。 (1)能耗大 常減壓蒸餾是一個 耗很高的過程，但是能量利用率 很低，這主要是由兩個原因造成的。常壓爐出口溫度一般在 365℃～ 370℃，部分產(chǎn)品如汽油、煤油餾分沸點比較低，無需加熱到這樣溫度，這不僅增進(jìn)增加了工藝用，而且 由于這些輕組分處于過熱狀遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 15 態(tài)，導(dǎo)致塔內(nèi)汽液分布不合理，塔頂溫度過高，對產(chǎn)品質(zhì)量也有一定影響。 (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。中段回流雖然改善了汽液相負(fù)荷的分布，但也引起 了 度反混，使得傳質(zhì)效率下降，降低了塔板效率，最終結(jié)果是導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的下降。由于輕質(zhì)油價值遠(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，也將會帶來可觀的效益。遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 16 造成眾多不合理的根本原因在于該過程采用了一 次閃蒸汽化、無再沸器、無提餾段的非完全塔結(jié)構(gòu)，由于塔型及工藝流程的組織不當(dāng)，造成了常減壓蒸餾目前的不合理狀況。 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)實力的具體體現(xiàn)。常減壓蒸餾裝置在石油加工過程中不但加工規(guī)模較大，其占煉油綜合耗能的比例也是十分值得關(guān) 注的，常減壓蒸餾裝置的能耗在整個煉油廠的耗能中占 10％～ 30％ [8]，可見降低常減壓蒸餾裝置的能耗，對降低整個煉油企業(yè)的綜合能耗，提高煉油企業(yè)綜合效益意義十分重大。② 減少裝置動力消耗要根據(jù)裝置負(fù)遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 17 荷情況，選擇機泵適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c，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)裝置的實際負(fù)荷進(jìn)行適當(dāng)?shù)那邢鹘档土藙恿ο?；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，盡可能減少機泵的動力消耗。⑤ 充分利用常壓的中段回流產(chǎn)生蒸汽降低裝置的蒸汽消耗量，例如：利用常一中生產(chǎn) 10 t／ h的 0． 35 MPa的蒸汽用于常壓塔底吹氣；利用常二中生產(chǎn) 15 t／ h的 1． 0 MPa蒸汽用于減壓塔的蒸 汽抽真空系統(tǒng) [7]。目前惠煉 1200 t／年的常減壓裝置采用美國格林漢姆的蒸汽抽真空系統(tǒng)，雖然能夠滿 足生產(chǎn)需要，但是每小時合計消耗 1． 0 MPa蒸汽 20 t左右。遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 18 如果引入真空水環(huán)泵技術(shù)替代三級抽真空，甚至能夠替代二級抽真空系統(tǒng)勢必進(jìn)一步降低目前的減壓抽真空系統(tǒng)的蒸汽、冷卻水的消耗量。生產(chǎn)操作過程中要求將機泵出口調(diào)動閥、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。 (3)利用 APC技術(shù)。 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)脫后原油引入對流室末端，將增加對流室吸收熱量，對提高管式爐，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)化運行，能耗明顯降。常減壓蒸餾裝置是所有煉油廠的龍頭裝 置，在各煉油廠中占有舉足輕重的地位，中國石油大學(xué)科技集團勝華教學(xué)實驗廠北常減壓蒸餾裝置換煉勝利管輸油后，通過改變常壓塔塔盤開孔率、調(diào)節(jié)常壓塔汽提蒸汽量和常壓爐遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 19 出口溫度、常壓過汽化油并入常三抽出線等措施，控制常壓塔底油 350℃前餾分含量小于 5，使常壓輕質(zhì)油收率提高約 4％～ 5％。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)計理念、方案和實施效果，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%，比我國煉油廠平均水平高 7個百分點；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)濟效益顯著?；跍y試數(shù)據(jù)對裝置各設(shè)備火用損失進(jìn)行 了計算。煉油廠在生遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 20 產(chǎn)燃料和化工原料 的同時，其自身也消 耗了大量的能量。對于常減壓蒸餾裝置的能耗分析與節(jié)能評價有一定報道 ，如運用過程 系統(tǒng)三環(huán)節(jié)能量結(jié)構(gòu)理論 ，對常減壓裝置進(jìn)行了基于熱力學(xué)第一和第二定律的用能分 [10]。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。分析時需根據(jù)有關(guān)要求現(xiàn)場測定或收集裝置運行數(shù)據(jù) ，部分?jǐn)?shù)據(jù)需基于物料平衡和能量平衡等原則予以適當(dāng)修正 。 常壓塔回收柴油通常很困難，因為分餾部分的液體 /油汽 (L／ V)摩爾比通常不到 ，而在減壓塔中是 ～ 。鑒于提高常壓塔的柴油收率，需要有遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 21 更好的汽提、更高的閃蒸段溫度，較低的操作壓力、較大 的柴油／常壓瓦斯油分餾塔回流或更好的分餾效率，改造的投資很大，效果并不理想。美國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％。加工輕質(zhì)原油的煉油廠，減壓蒸餾裝置的進(jìn)料易于汽化，一般減壓瓦斯油的切割點 和拔出率都較高，而加工重質(zhì)超重質(zhì)原油的煉油廠，減壓重瓦斯油的實沸點切割點通常都不大于510℃，焦化裝置的進(jìn)料中含有占原油加工量多達(dá) 5％～ 7％ (體 )可回收的減壓瓦斯油，在焦化過程中 10％～ 15％ 的減壓瓦斯油轉(zhuǎn)化為焦炭，既浪費石油資源又浪費焦化裝置的加工能力。因此，把減壓重瓦斯油的實沸點切割點從 510℃提高到565℃ ，減壓瓦斯油的收率約提高 5％ (對原油 )。在某些情況下，煉廠要提高原油加工量，通過改造減壓蒸餾裝置提高減壓瓦斯油的收率，比焦化裝置的擴能改造有更好的成本效益 [15]。增收劑與石油分散體系的作用方式和強化機理主要取決于添加劑的類型。而GCD型增收劑是與原油或渣油組分具有化學(xué)強作用力的物質(zhì)，它通過部分改質(zhì)提高原油蒸餾拔出率，且使拔出率增加的幅度相對較大，柴油拔出率明顯提高。提高常減壓裝置總拔不是常減壓蒸餾裝置個體裝置的任務(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)對原油重質(zhì)化的不利趨勢，并實現(xiàn)