我国炼油装备的现状与发展趋势.doc

我国炼油装备的现状与发展趋势目前我国的炼油能力在3亿吨以上，2005年我国境内的原油加工量达到3.亿多吨.（其中国内生产原油1.75亿吨,进口原油1.268亿吨），我国的炼油工业已具世界规模，炼油能力仅次于美国，我国是世界上的炼油大国之一。 炼油工业经过多年的快速发展，从原油蒸馏到深加工，都已形成了本国的技术体系。配合炼油工艺的发展，我国的炼油装备取得了明显的进步。 无论静设备或转动机械基本上能满足工艺过程的需要。为促进我国炼油工业的发展起了很好的作用。由于我国的炼油装备工业起步较晚，与当今世界水平相比较仍有一定的差距。摆在我们面前的任务是要大力推进我国的炼油装备的技术创新，为加速炼油工业的飞速发展打下坚实的基础。1 炼油装备技术的现状1.1 炼油装备基本上实现了中国制造经过改革开放二十多年来，中国石化集团公司和国内相关部门在发展炼油装备方面做了大量工作，取得了显著的成效。炼油装备从规模、数量、质量等方面都基本上满足了炼油工艺发展的需要。例如，为了推动催化裂化工艺技术的发展，对主风机、烟气轮机、富气压缩机、电液滑阀、进料雾化喷嘴、旋风分离器和外取热器等关键设备开展了技术攻关，至日前为止，重油催化裂化装置的主要设备基本上实现国产化。为了满足加氢精制、加氢裂化和重整的工艺需要，我们开发了高压加氢反应器、螺纹锁紧环式高压换热器、高压空冷器、高压分离器、离心式和往复式压缩机。这些关键静设备和动设备的开发成功标志着我国炼油工业的装备水平跃上了一个新台阶。我国主要炼油装置的设备国产化水平有了明显的提高。 主要炼油装置的装备国产化率如表1所示。表1 几个典型装置的炼油装备国产化率装置名称设备总台数国产设备台数引进设备台数国产化率 注静设备动设备静设备 动设备静设备动设备常减压蒸馏20279202750496重油催化21384213800484.35连续重整19375189724378.50加氢精制13964139630186.27加氢裂化19073186644987.50 注：来源于某厂7000 kt/a润滑油型常减压装置的设计资料 来源于某厂2000 kt/a重油催化裂化装置的设计资料 来源于某厂600 kt/a 连续重整装置的设计资料 来源于某厂1000 kt/a 加氢精制装置的设计资料 来源于某厂1400 kt/a 高压加氢裂化装置的设计资料表1的设备国产化率是按设备的购置费用计算的。如果按照设备的台数计算，则国产化率可达到95以上。我们认为，在市场经济条件下，应该考虑经济因素，如有的装置进口的设备数量不多，但所占的费用是很高的。所以不能简单地按台数来考虑国产化率。 此外，引进设备费用主要用于泵和压缩机以及个别的专用工艺设备。随着国产化进程的加快，炼油装备的国产化率将进一步提高。1 2炼油装备大型化接近国际水平大型化的关键是大型高压设备。作为标志性的设备是大型高压加氢反应器。加氢反应器主要用于渣油加氢处理和加氢裂化。为此，首先来看一下我国加氢工艺的发展情况：集团公司提出RHT/RFCC 技术路线是我国新建炼厂的首选。2000年世界上的渣油加氢处理已超过1.2亿吨。而我国在这方面的差距是很大的。2003年中国石油和中国石化二大公司生产减压渣油8100万吨（包括AR折成VR）。其中，34.6%的VR约2800万吨直接作为重油催化裂化的进料，位居重油转化工艺的第一位；30%作延迟焦化原料，居第二位；还有5.4%进行溶剂脱沥青；5.1%进行渣油加氢处理。合计用于深度转化的VR占减渣总量的75.1%；未转化重油2004万吨，占24.7%。其中炼油企业自用820万吨，商品1184万吨。要全部处理当年的渣油仍须建设5套茂名这样的渣油处理装置。从中可以看出，渣油处理技术是有发展前途的。加氢裂化是当今最受炼油厂欢迎的一项先进炼油技术。它可以用减压重瓦斯油、催化循环油、焦化重瓦斯油为原料，生产芳烃料（石脑油）、喷气燃料、超低硫柴油、裂解生产乙烯的原料和高能润滑油基础油的原料。加氢裂化是炼油厂获得高利润的重要装置，因而得到了迅速发展。为了配合加氢工艺的发展，大型高压容器的发展必须相应地跟上。 我国高压容器的现状：（1） 一千吨级加氢反应器研制成功为了提高企业的经济效益，炼油企业的规模不断扩大，这就要求设备的规模相应地加大以满足工艺的需要。近几年来，在加氢裂化、催化裂化、焦化装置的设备大型方面取得了显著的成果。例如，具有代表性的是千吨级加氢反应器。该设备已在齐鲁石化公司投入运行。齐鲁石化公司的1400 kt/a 加氢裂化装置是目前国内单系列最大的加氢裂化装置之一。该装置的加氢反应器设计压力19.2Mpa，设计温度454 ，介质为油气、H2S和H2 。反应器内径3800mm，切线长度26691mm ,壳体壁厚263mm,母材采用21/4Cr-1Mo ，设备内表面采用E309L 和E347双层堆焊，设计重量937吨。该设备是国产第一台千吨级高压加氢反应器，它采用分析法进行设计，壁厚比常规设计降低14，设备造价节省了900多万元，投资下降 10%。国产首台千吨级加氢反应器由中国石化工程建设公司设计、第一重型机器厂制造。第一重型机器厂为了摆脱特大设备的出厂运输困难， 还在沿海城市（大连）建立了特大型压力容器制造基地。这也为我国特大型高压容器的制造创造了有利的条件。首台特大型反应器已于1999年1 月9日在齐鲁石化公司胜利炼油厂吊装成功，当年投入运行。 图1 高压加氢反应器 最近几年我国炼油工业的大型化发展迅速，在沿海地区已形成了多个千万吨级炼油厂，装置规模不断扩大，为了工艺的需要，炼油设备也在跟着进步，大型化的设备相继产生。二千吨级的大型反应器已顺利吊装就位。尤其是进入21世纪后，中国石化工程建设公司又为神华煤制油公司设计了单台重量达到2000吨的特大型反应器。2003年4月一重集团承接了煤液化反应器的制造合同，该反应器由球封头、13个筒节和裙座组成。这些都标志着我国大型反应器的设计、制造和安装已达到世界顶级水平。该反应器外经为5500mm，长度约50m、壁厚335mm、单台重量达2250吨。一重集团2003年4月第一支293t筒节钢锭浇注成功。同年6月首支超过超重筒件铸件在12500吨自由铸造水压机上铸造成功。2006年 6月17日，世界单台最大的煤直接液化反应器，神华鄂尔多斯煤直接液化项目煤液化反应器吊装成功，直径5486米，长度57776米此次成功吊装的反应器属神华煤直接液化项目一期工程中的首条生产线，由中国一重集团制造，是目前世界上最大、最重的反应器。据悉，该项目一期工程包括3条年加工煤各100万吨的生产线，设计能力为年产各类油品及化工产品320万吨，预计2007年底全面建成投产。神华集团运作的煤直接液化项目是目前世界上第一个工业化示范工程。单台重量达2103吨的由中国人自己制造的煤液化反应器经过11小时18分的起吊，堪称“神州第一吊”的煤液化反应器于当日18时50分顺利就位图2 煤液化反应器（2） 螺纹锁紧环式高压加氢换热器使用范围不断扩大螺纹锁紧环式高压加氢换热器是技术难度很高的一种换热器。世界上亦只有唯数不多的国家能够制造。高压加氢换热器也是加氢装置的关键设备之一。这种设备的难点在于要保证在高温高压临氢条件下有很好传热性能并达到严密的密封要求。中国石化工程建设公司设计、兰州石油机器厂等厂制造用于高温高压条件下的螺纹锁紧环式已 达30多台。设计压力19.2 Mpa，操作温度454，其中直径最大的达到1400mm。（3）大型焦炭塔投入运行焦化装置的大型化达也到了一个新水平，2000年上海金山石化采用一炉两塔的1.0Mt/a的焦化装置已经建成投产，单塔的最大直径8.4米，切线高度33.881m。2002年上海高桥石化1.4Mt/a延迟焦化装置的焦炭塔直径达到8.8m 高度为35.387m。 目前世界上最大的焦炭塔是加拿大Syncor油砂加工厂的延迟焦化装置的焦炭塔，其直径为12.2m ,高度30m. 特大型焦炭塔也给制造和运输带来一些困难，因此美国Lummuns公司建议焦炭塔的直径8.2-8.5m较为适宜2。我国设计制造的焦炭塔塔体采用15CrMo耐热低合金钢，裙座与封头的连接部分采用整体锻焊结构。这种材料和连接结构能有较高抗疲劳和耐热性能。可以避免以往的焦炭塔在操作一段时间后产生的“糖葫芦”现象。今年，SEI为南海炼油项目420万吨/年焦化装置设计的焦炭塔直径达到9.8 m。塔体材料选用1 1/4Cr-1Mo.这是目前国内最大的焦炭塔之一。因此我国的大型焦炭塔的水平已达到世界先进水平。图3 焦炭塔（4）大型常减压蒸馏装置和催化装置的设备全部实现中国制造 在当今的炼油企业建设中，原油的年处理能力常在1000万吨或者以上。一个年处理1000万吨/年的常减压装置的减压塔的直径达12m ,重量达800多吨，减压塔不但直径大，且塔内件的结构亦是难点之一。这样的设备在国内已经成功地在镇海、上海石化等炼油厂投用。300万吨/年的重油催化设备，如再生器 ，它的直径达14 m，（海南催化装置的再生器直径为14m）.内部操作温度高达700，内部加设隔热耐磨衬里，也是一个非常大型的特殊设备。以上几种设备对大型化来说是颇具代表性的。这些大型设备的制造成功表明我国的炼油设备的制造能力已达到了比较高的水平。基本上可以满足我国大型炼油装置建设的需要。 1.3 培养了一批石化装备的设计和制造专业队伍至目前为止，石化所需机械设备，国内已形成了较强的科研设计和制造力量。以中国石化集团几个直属设计院为代表的设计单位，形成了独立的开发设计能力，能够开发石化专业所需的各种设备，如高压加氢反应器、高压换热器、高压空冷器以及大型工业炉等等。在设计过程中除了有一套完整的法规和标准外，我们也装备了先进的计算工具和优秀软件，可采用应力分析方法进行压力容器设计。我们的产品设计已接近国际先进水平。 在压力容器制造方面我国已经形成了自己的加工基地，如第一重型机器厂已具备了从冶金、锻造、成形、焊接、切削加工、检验等一套完整的加工工艺。具有各方面的专业技术人才。这是我们在设备国产化方面的基本保证。在转动机械方面一批机械厂通过引进技术，引进装备，大型压缩机和泵的制造能力大大加强。基本上能满足炼油工业发展的需要。2 炼油技术装备存在的差距和影响因素尽管我们在设备国产化方面取得了很大的成绩，但与国外的先进制造水平相比，还有一定的差距，特别是转动机械方面的差距更大一些。我们的产品的总体水平要比先进的工业国家落后10至20年，也就是说我们目前的产品仍相当于国外上世纪80至90年代的水平。这些差距主要体现在以下几个方面。 2.1 设计和制造技术水平与国外还有一定的差距我国的设计和制造技术与国外相比差距在哪。只要对国内的设计和制造的产品进行一些分析研究，便可了解一二。下面举几个例了子加以说明。图4 高压换热器 这是一台国外某某工程公司为煤液化项目设计的换热器。设计参数 设计压力:20.1 MPa 设计温度:370 内径:1431 mm 最小壁厚：96+6.5 从这台换热器中可以看出有三个方面的技术问题值得我们考虑.一是大端面的密封技术;国外采用了软密封加焊接密封的方法，这种型式国内还很少采用。密封是高温高压容器的关键。解决这一问题的办法是适当引进和加强创新。这种方法是简单可靠。二是开口接管用卡环式连接。三是设计分工不同，这表明国外的制造厂有较强的设计和制造能力。2.2 产品的质量不够稳定我们的产品在试制阶段各方面都很重视，能够做到精心设计精心制造，产品的质量还是相当不错的。但到了批量生产时，产品的质量就会出现一些问题。造成产品质量不稳定的因素很多，但主要的是技术和管理方面。从技术上讲，要认识到对于任何一个产品，不是一个独立的产品，而是社会和技术的综合。是技术长期积累过程。我们一些产品制造历史不长，有的则处于试制或试生产阶段，从设计到制造，经验和技术的积累都不够。与先进的工业国家相比，我们国家的工业化水平仍较低。一些发达国家花了200多年的时间，才实现工业化。我们向工业化过渡的时间才几十年。我们的制造装备和技术水平还落后于发达国家是可以理解的。从管理上来看，我们的设计和制造部门都存在不少问题，由于管理不严，纪律松懈等因素，经常发生一些不该发生的错误或失误，这也是许多企业的产品质量上不去的主要原因。2.3产品的技术水平还不能完全满足用户要求某些产品的技术水平和性能指标与先进的工业国家相比仍有一定的差距。这主要表现在设备的效率、能耗、可靠性、运行周期、外观质量等。基于这些因素，如加氢、催化裂化的压缩机等向外采购的还较多。此外，一些国内制造的主风机仍须进口一些关键的控制元件和配套设施。在国家工业化初期，这种做法也是值得提倡的。但是，随着技术的进步，应提高国内的配套能力，摆脱对国外的依赖，独立自主地发展我国的工业体系。2.4产品的研发周期过长炼油技术装备的差距还表现在我们的产品的研发周期太长。国外开发一个新产品的周期比我们短许多，他们对新产品的设计周期一般是3个星期，制造周期是3 个月。国外已采用三维模块式设计,设计文件直接进入生产线，在80年代，日本三菱重工在制造汽轮机叶片时，就采用电子文件代替了图纸，AUTOCAD生成的图形文件直接传送给数控机床，实现了无图纸加工过程。在80年代末，美国某一公司的塔内件制造也同样实现了设计、下料、切刈、成形和包装的全过程自动化，据说该公司的生产成本可与国内廉价劳动力构成成本相当。国外对新技术的开发过程是较为迅速的。一般在一两年内便可得到结果。工艺提出概念性设计，做一些原理性的实验，单元过程可以分包出去。例如 一个采用移动床生产苯酚的技术。他们已将此项技术转卖出去了。由于我们的技术基础薄弱，管理层次多，效率较低，造成在新产品的开发周期过长。例如，我们开发一个新产品要经过开题立项、产品试制 、试运行、测试、鉴定等一系列程序。这个周期短则两年长可达七八年。由于产品的开发周期长，我们的产品往往通过鉴定时就已落后了。2.5研发经费投入不足与严重浪费并存无论国家或企业对新产品的研制经费的投入都不够。我们国家在引进新设备方面花了很多费用。近几年来，每年进口机械设备的费用在400多亿美元以上，而用于产品科研经费却少得可怜。我国在引进与开发关系上存在问题。例如，日本用于开发费用与引进费用是1：0.04,德国是1：0.3，而中国是1：12。这是因为我国的技术引进的方式与别国不同，一些发达国家引进的是技术，如专利、许可证和核心技术。而我们引进的更多的是产品，是设备或生产线。这样不仅花费大，而且没有再生产能力。为了追赶国外先进水平，造成某些方面的重复引进。由于开发经费严重不足，以至我们的产品的技术水平和质量上不去。但是，大家也很清楚，技术不是用钱能买来的，特别是高新技术。例如，美国众议院在1996年曾以412票赞成、6票反对的压倒多数通过了禁止向中国出口卫星和导弹技术。他们是如此齐心全力地对付中国。由此可见，我们要发展自己的技术，必须靠自己的努力和加大投入。另一方面，我们的浪费惊人。人力和物力都浪费严重。我们的科研成果的成本是非常高的。做一项传质、传热或流态化实验，少则几十万多则几百万。2.6当前的体制阻碍了炼油装备的创新设备设计与制造厂的分工问题上，我国长期以来沿用原苏联模式设计院出图，制造厂制造，没有发挥专业公司的作用，不能做到设计科研制造的有机结合，这与先进的工业国家的差距较大。目前，我们的大部分设备生产厂还没有强有力的新产品开发能力。许多厂的产品设计是由工程设计单位完成的。产品的设计与制造是分离的。我们这种生产组织体制是计划经济条件下形成的，在这种模式在工业基础较薄弱的年代曾经起了很大的作用，促进了工业的发展。但这种模式的缺点是不利于产品的升级换代。设计院设计的产品是为其承担的工程项目服务的。它不是专门产品设计单位。设计人员随着工程项目走，项目结束了，他的任务也就完成了。从设计上不能对产品进行跟踪，不断改进产品的质量。制造厂只按图纸施工，无专门的设计人员去改进产品的设计。我们许多产品的质量不佳，根本的原因在于设计水平不高。其次才是制造的因素。由于产品的设计与制造的分离，使得我们的产品很难做到生产一代、研制一代、探索一代。创新能力低，产品的升级换代的周期很长，至使我们的产品水平上不去。专业队伍还没形成。由于国内的专业分工引起的局限性，制造厂是按来图加工。研发单位分散，全国的设备研究单位也不少，但都没在形成强有力的研发和设计队伍，没有自已品牌。设计能力低下，产品的改进更谈不上。2.7 民族的自卑心态仍阻碍着我国技术的发展。一种不如人的心理，在某些人的身上表现得还很严重。这种例了子很多。例如：韩国的技术水平在许多方面已超过了我国。电子信息产业：韩国的三星电子的产品占领中国很大的市场汽车：韩国汽车以低价的策略打进了美欧和中国市场。炼油：我国的航煤大量从韩国进口，2004年我国进口航空煤油277.4万吨，其中从韩国就进口了193.6万吨，占总量的90%。韩国的最大特点是具有很强的民族自尊心。到过韩国的人都会发现，在韩国的马路上看不到外国的汽车。韩国也是一个开放的国家。但他们相信本国的产品，差一点也要用本国的。与此相反，在我们的一些人中，把别人别国的东西捧上了天，别人把出口技术稍为改动一点，就宣称别人的产品是新一代产品，就把它奉为第二代、第三代、第四代。在这种心态的影响下不可能有什么作为，也不能去创新！甚至有人说，我们能把别人的东西抄好就不错了。我们一些企业对国内的产品忧心重重，对国外的产品赞赏有余。某厂一个反应器内件的采购就是一个例证。从上述的种种问题中其中较为重要的是体制和心理状态。这些影响是无形的也是最大的。2.8 产品的设计不够精确制造不够精心方法论精确化是西方国家在工业化进程的一个非常重要的手段。这是方法论也是行为规则。相比之下，我国长期以来，中庸之道，严格要求不足，让步有余，差不多之风盛行。加上经验主义，缺乏科学性的工作方法和思想方法，这也是我国长期以来落后于西方工业国家的一个重要原因。西方的工业文明除了制度上鼓励竞争，在方法论上的先进也是成功的重要因素，方法论的精确化首先体现在工业和产品的设计上。下面举几个例子来说明我们离精确化有多远。例一：某厂常减压装置的换热器设计与国外一个工程公司所作的类似装置的设计数据40 管 程 壳 程位号入口出口管程传热系数入口入口出口壳程传热系数热负荷热阻总传热系数平均计算选用余量名称温度温度W/m2K压力温度温度W/m2K温差面积面积MpakWm2K/WW/m2Km2E101原油-初顶12510615760.13550952.318240.00071391.67 72.98 63.81 275 330.96%E102原油-减一142108595.21.95067472.120930.0010492189.84 66.14 166.70 162-2.82%E103原油-减五6777119.10.913890260.312300.001307263.92 38.96 493.91 67035.65%E104原油-减四7788379.6113690320.115430.0013072129.46 26.79 444.81 78075.36%E105原油-减三182117320.11.788103754.818720.001236154.66 49.89 242.60 510110.22%E106原油-常一20013018451.6103124781.730010.0007224373.26 47.35 169.81 19514.84%E107原油-减五124132593.10.9177138384.810900.0013192165.96 26.55 247.37 27511.17%E108脱盐油-减渣127149784.42.5216185283.231420.0016192148.28 62.39 339.61 46536.92%E109脱盐油-减一199174852.90.714917085230360.0011352264.94 26.95 425.20 65052.87%E110脱盐油-常二215207346.20.6170177949.510660.0009288178.81 37.50 158.99 27572.97%E111脱盐油-减四245190748.70.6177191883.421990.001356240.53 28.79 317.54 3242.03%E112脱盐油-常二26021416480.5191236113972280.0009288389.79 23.50 789.19 8254.54% 表- 2 某炼油厂部分换热器设计数据 我国在工程设计中已积累了丰富的经验，完成了大量工程项目的设计。满足了国内工程建设的需要。在石油炼制方面，国内的大型炼油厂几乎都是国内设计的。设计水平也是相当高的。国内设计的炼油厂的能耗也达到了较先进的水平。但是不可否认，我们的设计水平与国外相比较还是有一定的差距的，但是差距有多大，没有作过深入的分折。这里打算通过对国外某公司的一个项目的设计参数的分析，来大致探讨一下与国外工程设计的差距。下面是一个国外某工程公司设计的一个常减压装置的原油换热器选型和余量要求。从表中可以看出余量一般为10%。比国内的余量要小许多。 表3 原油换热参数表序号位 号S001S002S003S004A/BS005A/BS0061介质管程介质原油原油原油原油HVGO原油壳程介质减渣常二AGOLVGO原油减渣2换热管程进口81120120134152186管程出口120135131177186215壳程进口325227246248219325壳程出口2421531311901792543热负荷kcal/h*10432074.8483903022704平均温差177.252.5356027.274.45总K kcal/m2h57.65148.348.316556.86传热面积m231427927913506706507余量要求10%10%10%10% 从上述二个表中可以看出：l 设计余量在国外的设计中有一个较为合理的指标 ，即10%。国内没有此项要求；国内的余量都有较大，个别亦有不足的,这是因为这是几台串联联使用的,这一台不足便用下一如补上；l 国外没有标准换热器，按需要设计，余量由设计单位提出；国内选用标准换热器，由于标准换热器的挡次大，所选的换热器就不一定合适，如表中所示，有的余量就很大，50%的余量是常见的。例二：某一制造厂2005年为某大型项目的环保装置中的空冷器设计。设计条件和计算结果如表-4所示。对原设计作了校核性的计算，分列在表的右面。表-4 某项目空冷器设计数据表位号管束规格数量计算面积选用面积面积余量m2m2%112-A-1019*3-4-1296532.877445.3112-A-1029*3-6-1934339.351652112-A-2019*2-4-86156.38652.7117-A-2019*3-4-129327238742117-A-2029*3-4-1293275.338740.6从表中可以看出几点：1 适当的余量是需要的，过多的余量就会造成不合理了；2设计对节约的作用是很大的，一个好的设计可以节约三分之一的投资和节省大量的空间；3精确设计的意义大，如果把方法精确论贯彻到设计上会取得更高的经济效益。我们的设计在一定程度上仍停留在经验设计上。这些人大部分是有相当多经验的专家，他们相信自已的经验，更甚于相信计算机的分析计算结果。他们把计算分析当参考，把自已的经验作最终的判断依据。其结果就是粗放形的设计。可以说浪费较大。 众所周知，我国的能耗比西方国家高许多，每千元的GPD产值的耗能是日本的9倍，西德和韩国的5倍，美国的4倍。各行各业粗放型管理，粗放式设计和制造，是造成高能耗的一大因素。还有一个值得讨论的是关于标准化问题。标准化是需要的，基础件的标准化是非常需要。但把产品也标准化就有问题了。 下面是一个有关设计方面的例子。 设备名称：高压换热器工作压力（Mpa）： 壳程 18.664 管程 20.156 设计压力（Mpa）： 壳程 20.2 管程 22.3壳体内径：1143mm国内外设计的不同点：（1） 管板设计压力：国外公司 采用的设计压力按差压 ， P=22.3-20.2=2.1 Mpa 国内设计：设计压力为3.5 Mpa 设计压力增加了1.4Mpa （2） 密封型式 国外公司的密封面： 外头盖与管箱采用隔膜式，壳体与管箱采用密封板焊接式 国内公司，建议采用螺纹锁紧环式（3） 堆焊层厚度： 国外公司提出5mm国内公司，建议采用 7.5mm,表面层E347 为 3.2 mm （4） 重量国外公司：71000kg国内公司： 76000kg 从换热器的设计中有以上4点差别。重量多了5吨。 精确化设计也是自信心、技术水平、效率和安全的综合表现。精确设计的实现不单是设计一方的因素 ，还有用户的问题，业主应做一个明智的用户，不要把自已的观念强加给设计人员。例如一个地处内蒙的业主不恰当地提高设计条件，加大余量，这也是造成设计浪费的原因之一。请看一个文件的规定：“根据目前有些承包商的设计文件，发现部分承包商提供的工艺设计基础文件中的要求没有完全执行，特别提示空冷器的空气设计温度，现再次重申此温度应按32设计。请项目组在审查各详细设计承包商的文件及设计协调时，注意核查其设计基础。”空冷器的设计温度定义为夏季每年不保证5天的日平均干球温度。为此该地为27摄氏度。过高的设计温度对空冷器设计来说是不利的。特别是寒冷地区，冬季时间长，裕量过多，不但投资大，还会造成冬季管子冻裂，造成设备破损。3炼油装备发展趋势3.1 过程装备向高效大型化发展中国石化集团公司提出，在加工深度有所增加的情况下，通过各种措施，到2010年，争取炼油平均单因能耗降至12千克标油/（吨.因数）左右，炼油能耗平均达到75千克标油/吨左右3。为了达到上述目的，除了改进艺和提高操作水平之外，就是要开发高效节能大型新设备。下面介绍几种颇有发展前景的新型设备。（1） 超重力分离。ICI （Imperical Chemical Industies Limited Co. London ,England）公司预言，未来的化工生产将与蒸馏塔告别，传统的蒸馏塔将被新的Higee(High Gravity Engineering and Technology )设备所取代。 超重力工程技术(Higee)诞生于20世纪70年代末。近20年来得到了突破性进展，逐渐被人们接受。这是一种旋转设备，利用旋转产生的强大的离心力-超重力，使用气液的流速及填料的有效比表面积大大增加而不产生液泛，液体在高分散、高湍动、强混合的逆向接触中，极大地强化了传热传质，传质单元高度降低了12个数量级。使蒸馏塔的尺寸大为减小，蒸馏塔的容积可减至1/10或1/50。果真如此，那么，化工厂的外形将会发生巨大的变化。 物体在旋转运动时将产生一个径向离心力和切向力.当匀速转动时,仅有径向离心力.它的大小如下: 式中 F -径向离心力,N m 质量, kg 角速度 ,rad/s, =n/30r 半径, mn 转速, 转/分 当半径为1m, 转速为3000转/分时,1kg 质量的物体产生的离心力为 F=1*(3.1416*3000/30)2*1=98698.5 N 一个单位质量(1kg)的重力为 Fg=mg=9.81kg.m/s2=9.8NF/Fg=-m2r/(mg)= 2r/g=(2*n/60)2.r/g 离心力与重力之比值为 F/Fg=98698.5/9.81=10061 当转速为1500，半径为0.5m时，可获得1000g 的效果。 由此可见，离心力是相当大的。 超重力分离的工作过程如下：在通常的分馏塔中，气液两相在逆流接触时进行分离。在重力分离中，气流在压力差的作用下，自外周沿径向强制对流穿过旋转床（填料），最后由中央导管流出。液体则由中间的液体分配器进入高速旋转的填料，在离心力的作用下，和气体进行逆流接触并发生传质。由于离心力的作用，使液膜变薄，传质阻力减小，从而强化了传质能力和提高了处理能力。在相同的工艺条件下，旋转填料床与常规塔相比，可使体积缩小10倍以上。 转子旋转时，平均半径的加速度（离心力）为1000 g .液泛速率约为15kg/(m2.s) .在平均加速度为500g时，其操作强化因子为500。 结构型式如图-5 所示。 图-5 重力分离器 应用范围：（1） 用二甘醇作抽剂从石脑油中提取苯、甲苯、及二甲苯；（2） 脱水，如含水HF脱水，含水HCL脱水；（3） 从含甲苯的混合物中分离甲苯；（4） C2分离，从乙烷中分离乙烯；（5） C3分离，从丙烷中分离丙烯；（6） 烟气脱硫特点：（1） 空间减小；（2） 操作灵活，可安装在运动物体（如船舶）上；（3） 布置方便，可直立或水平布置；（4） 容易维护；（5） 密封可靠。 国内的研究单位：湖南湘潭大学 北京化工大学。超重力研究中心 淅江大学 主要的专利与论文 1 91229204 旋转床超重力传递与反应装置。北京化工学院，杨村、冯元鼎、郑冲2 91109255 旋转床超重力强化传递与反应装置。北京化工学院，杨村等3 01134321 折流式超重力旋转床装置。淅江大学，计建丙、王良华等4 01143459 超重力床中高压旋转床气液传质与反应设备。中石化北京化研究李振虎、程建民、郝国均 5 02224172 旋转床超重力多相反应器。湘潭大学，周继承、伍极光 6 郭锴，邓松年等。超重力工程技术应用的背后进展。化工进展。1997（1） 7 时铭显。石油化工装备研究的展望。石油炼制与化工。1997（1） 8 第十二届世界石油大会会议报告论文集。第三册。新型热分离与常规热分离的比较 9 陈昭琼，童志权等。螺旋型旋转吸收器。化工学报，1995。26（2）6-9、（2）大型板式换热器连续重整装置的进料与产物换热器，处理量和热负荷很大而且要求压力降低，以往采用立式换热器，管长22m ，面积达4000m2。单台面积再加大难度相当大，为此采板式换热器的一种选择。板式换热器的面积可达到6000m2以上。压降完全可以满足要求。此外，螺旋板式换热器也是值得推荐的一种型式。对于大型常减压装置的减顶冷凝器，如果采用水冷的话，采用螺旋板式换热器是一种比较好的方案。螺旋板换热器的优点是传热效率高，压力损失小，结构紧凑，单位体积的传热面积约为管束式的三倍。一台直径1.5m的螺旋板换热器的面积可达 200m2。（2） 板式空冷器 板式空冷器是近年来出现的一种新型空冷器，它用很薄的板片代替了翅片管管束。具有传热效率高，阻力降小的特点。现已用于减压塔顶的冷凝冷却系统，并取得了较好的效果。它的结构型式如图-6所示。图-6板式空冷器 （4）扁平管式换热器目前所用的管壳式换热器所用的传热管为圆形管子。根据国家标准，管壳式换热器的常用的管子直径为25mm与19 mm两种。这种换热器的优点是结构坚固、弹性大，缺点是传热效率低、紧凑性差，所占的空间较大。此外，近年来出现了一种板壳式换热器，它的特点是有较高的紧凑性和较高的传热效率，但它的缺点是板束的焊接工作量大，难度高，可靠性差；同时它的承压能力也差，因此未能得到大面积推广应用。扁平管换热器采用特制的扁平管作为传热元件。扁平管换器兼有板式换热器传热效率高、紧凑性好和管壳式换热器结构坚固的优点，同时它又克服了板式的承压能力差和管壳式换热器传热效率低、结构庞大的缺点。扁平管换热器参数见附表5，扁平管的性能对比见附表6表-5 扁平管与管壳式换热器参数比较表直径mm扁管面积管壳面积 体积比面积比32535 7.320.94%4.77 400154 34.522.33%4.48 500170 57.633.97%2.94 600250 91.836.77%2.72 700347 124.135.80%2.79 800421 169.240.18%2.49 900581 217.937.49%2.67 1000723 279.438.62%2.59 1100860 339.239.44%2.54 12001061 405.138.19%2.62 注：原料管材为无缝钢管251.5表-6 扁平管与管壳式换热器的性能对比换热器类型壳体直径/mm单台面积/m2传热系数 /w/(m2.K)计算面积/m2所需台数 标准管壳式600952935147扁平管6002433684102 （5）超大型储罐-液力平衡式超大型储罐l 大型油罐的发展趋势及面临的问题近半个世纪以来，随着石油化工企业的生产规模不断扩大和石油战略储备的增加，石油储备规模迅速发展。例如，美国在2002年的石油总储存量达到22120万吨，其中战略储备为8400万吨。长期以来，各个国家都在大量建设大规模的储备油库， 把增加石油库存作为稳定生产和保证国家安全的重要措施。为了适应大量储存的需要，采用大型油罐已成为必然的趋势。因为大容量油罐可以节省钢材、减少占地面积、方便操作管理、减少油罐附件及管线长度，从而节省投资和操作费用。 早在六十 年代，在西欧、中东、日本等地普遍采用10万立方米的大型浮顶油罐。到目前，国外单罐容量已经发展到15万立方米以上。20多年来，国内油罐的大型化发展迅速。1974年，国内首台由中国石化北京设计院设计的5万立方米浮顶油罐在上海石油化工总厂陈山原油站建成，继后，在许多炼油厂、石化厂及油田相继建造了数十台5万立方米浮顶油罐。80年代中后期，国内先后在秦皇岛、大庆等地从日本引进了4座10万立方米浮顶油罐。从这以后，国内的技术人员通过对引进技术的消化吸收，又在舟山、仪征、铁岭、黄岛、大连、北京、上海、兰州等地区建造了数十台10万立方米浮顶油罐。上述10万立方米油罐是按日本标准或API650规范进行设计的。迄今为止，国内建造的最大容量的油罐仍为10万立方米油罐。参照国外 的工程经验，其罐壁钢板采用抗拉强度大于610 Mpa,屈服强度大于490 Mpa的高强度材料。 随着油罐的大型化，罐壁所用的钢板越来越厚，但厚度的增加是受限制的，钢板的厚度成了油罐大型化发展的主要制约因素 。这是因为，罐体的施工是在露天条件下进行的，它的结构庞大 ，又无法进行焊后消除应力热处理。所以允许的钢板厚度有一定的限制。美国石油学会油罐规范API650中规定罐壁板的最大厚度为45 mm ,但同时规定，超过40mm 的钢板必须采用正火钢板。我国SH3046 中规定16MnR的最大允许厚度为34mm 。油罐罐壁的厚度与罐壁所受液柱侧压力及油罐直径成正比，一台10万立方米油罐，罐壁材料如采用16MnR（屈服强度345 Mpa），其底圈罐壁厚度达40mm，该厚度的16MnR钢板已超过无须进行焊后热处理的厚度。 也就是说，用16MnR钢板仅能建造5万立方米浮顶油罐 。所以建造10万立方米油罐必须采用强度更高且焊接性能良好的材料。 为了突破油罐大型化发展中因钢板使用厚度带来的限制。基础式油罐的设计概采用液力平衡原理，可较薄的国产钢板建造更大型油罐。这种油罐称为液力平衡式储油罐。l 液力平衡式储油罐的工作原理尽管储油罐是承受液柱侧压力作用的敞口容器。按照圆柱壳体的受力分析它的环向薄膜应力为： （1）式中： 罐壁的环向薄膜应力，MPa Px 罐壁的侧压力，按式（2）计算,Pa D油罐直径 ,mm t- 罐壁 厚度 ,mm 虽然侧压力不是太高，但由于油罐的直径很大，所以油罐壁承受的内应力还是很大的。对于一台油罐来说，它的直径是一个定值，因此油罐壁 的应力随侧压力增加而增加，在油罐的底部达到最高值。油罐壁所受侧压力与液柱高度成正比，可用公式表示如下： Px=Hx （2）式中： 液体密度； Hx 液柱高度 .罐壁的侧压力与高度成正比，可用 图7中的三角形ABC来表示，在罐壁的底部，侧压力达到最大值：Pmax=H 图7罐壁内表面的侧压力 如果在罐壁的外侧施加一个侧压力，用于部分抵消内侧的侧压力，则罐壁所受的侧压力将会减小。此时的罐壁受力情况如图8所示。 图8 液力平衡作用示意图 从图8可看出，当在普通油罐罐壁（以下称为主罐壁）外侧增设一圈一定高度的壁板（以下称为平衡壁），若在主罐壁与平衡壁之间充满液体后，主罐壁受到一个反向的侧压力作用，主罐壁所受反向侧压力与平衡壁内的液柱高度成正比，如图8中三角形DBE所示。由于主罐壁下部内侧侧压力一部分被反向的外侧侧压力所平衡，主罐壁的实际侧压力峰值减小，主罐壁所受的实际侧压力如图8中多边形ABFGA所示，这个新的侧压力与主罐壁内外侧液柱高度的关系如下： Px=Hx（-1）+（H-h）1 （3） 式中：h为平衡壁内液面高度； H为主罐壁内液面高度，即罐底板至主罐壁顶部的液柱高度； 为主罐壁内液体重度； 1为平衡壁内液体重度。 从式（3）可以看出以下二点：1 在