（化学工程专业论文）辽化炼油厂常减压装置用能分析与优化.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 随着世界经济的高速发展，世界上各国家对能源的需求量不断增加，原油作为最直 接的化石能源原料，在最近几年内飞速上涨。在2 0 0 8 年原油价格一度上涨到1 4 7 美元 桶。作为炼油行业的第一道加工工序一原油蒸馏装置，它不仅分离出各种油品和下游加 工装置的原料，也消耗了大量的能量，其能耗水平约占炼油厂总用能的2 5 3 0 ，是煤 炼油厂中能量消耗最大的装置。因此，对原油蒸馏装置进行节能降耗的技术改造也就显 得十分重要。 对装置的节能降耗的技术改造方法很多，从对单台设备的技术改造，如塔内构件进 行结构改造和优化，以提高塔的分馏精度；加热炉高效燃烧器、烟气余热回收器的使用、 采用新型高效换热器，提高单台设备的换热效率等。目前采用最多的过程优化技术是过 程集成技术是夹点技术。运用夹点技术设计优化换热网络，可以对原油换热网络进行更 优化的设计。 本文的目的是以辽阳石化公司炼油厂5 5 0 万吨年常减压蒸馏装置为分析研究对象， 结合现场生产数据，对装置整个工艺流程进行模拟计算和调优。在对分馏系统的回流取 热分配、物料平衡等方面分析并进行操作优化的基础上，对常减压装置原油换热流程进 行分析，并进行了模拟计算，对原油的三段换热流程进行了调整，并对低温余热部分能 量的回收方案进行优化，有效的回收了低温余热能量，对指导生产起到了积极有效的作 用，取得了良好的经济和社会效益，并进而推动企业节能的管理工作管理能力的提升。 关键词：常减压蒸馏装置；分馏系统；操作优化；换热网络；低温余热 辽化炼油厂常减压装置用能分析与优化 e n e r g yc o m s u m p t i o na n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o no fl i a o h u ao i lr e f i n e r y s a t m o s p h e r i ca n dv a c u u md i s t i l l a t i o n a b s t r a c t t h ed e m a n do fe n e r g yi si n c r e a s i n gg r e a t l yi nc o u n t r i e sa l lo v e rt h ew o r l db e c a u s eo ft h ef a s t e c o n o m i cd e v e l o p m e n t c r u d eo i l ，t h em o s td i r e c tf o s s i lf u e l ，b e c o m e sm o r ea n dm o r e e x p e n s i v e t h ep r i c eo f c r u d eo i li n c r e a s e du pt o1 4 7d o l l a r sp e rb a r r e li n2 0 0 8 a sa r e s u l t ， c r u d eo i ld i s t i l l a t i o ne q u i p m e n ti sq u i t ei m p o r t a n ta st h ef i r s tp r o c e s si no i lr e f i n e r i e s i tn o t o n l yp r o v i d e sv a r i o u sp r o d u c t sa n dm a t e r i a lf o ro t h e rp r o c e s s e s ，b u ta l s oc o n s u m e sl o t so f e n e r g y 。t h ec o n s u m p t i o no fe n e r g yi sa b o u t2 5t o3 0p e r c e n to ft h et o t a le n e r g yc o s ti no i l r e f i n e r i e s a sar e s u l t ，i ti sq u i t en e c e s s a r yt oi m p r o v et h ee n e r g yc o s tr e d u c t i o nt e c h n o l o g y f o rt h ec r u d ed i s t i l l a t i o ne q u i p m e n t t h e r ea r em a n yw a yt or e d u c ee n e r g yc o s to ft h ee q u i p m e n t a sf o rs i n g l ee q u i p m e n t ，w e c a no p t i m i z et h es t r u c t u r eo fc o m p o n e n ti nt h et o w e rt oi n c r e a s ed i s t i l l a t i o np u r i t y ，u s e h i 曲一e f f i c i e n c yb u r n e r ，w a s t eh e a tr e c y c l e ，a n dh i g h - e f f i c i e n c yh e a te x c h a n g e r st oi n c r e a s et h e e f f i c i e n c yo fs i n g l ee q u i p m e n t a tp r e s e n t ，t h em o s tp o p u l a ro p t i m i z a t i o nm e t h o di sp i n c h m e t h o d h e a te x c h a n g eg r i df o rc r u d eo i lc o u l db eb e t t e rd e s i g n e d 、析t ht h eo p t i m i z a t i o no f h e a te x c h a n g eg r i d 、i t hp i n c hm e t h o d t h i sp a p e rt a k e st h e5 5m i l l i o nt o n sp e ry e a re q m p m e n ti nl i a o h u ao i lr e f i n e r ya s r e s e a r c ho b j e c ta n dc a r r i e so u ts i m u l a t i o na n do p t i m i z a t i o nf o rt h ew h o l ep r o c e s s f i r s t l y ， r e f l u xh e a td i s t r i b u t i o na n dm a t e r i a lb a l a n c ea r ea n a l y z e da n do p t i m i z e d s e c o n d l y ，t h eh e a t e x c h a n g ep r o c e s so fa t m o s p h e r i ca n dv a c u u md i s t i l l a t i o ne q u i p m e n ti sa l s oa n a l y z e da n d s i m u l a t e d f i n a l l y ，t h r e e s t a g eh e a te x c h a n g ep r o c e s so f c r u d eo i li sr e g u l a t e dw i t hap r o p o s a l o fl o wt e m p e r a t u r ee x h a u s th e a tr e c o v e r y c o n s e q u e n t l y ，t h ee n e r g yo fl o wt e m p e r a t u r e e x h a u s th e a ti se f f e c t i v e l yr e c y c l e da n dm a k e sa ng o o de f f e c to np r o d u c t i o n m o r e o v e r ，g o o d e c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i ti sa c h i e v e da n da d m i n i s t r a t i v ec a p a c i t yi si m p r o v e df o re n e r g y c o s tr e d u c t i o n k e yw o r d s ：a t m o s p h e r i ca n dv a c u u md i s t i l l a t i o n ；f r a c t i o n a t i n gs y s t e m ；o p e r a t i o n o p t i m i z a t i o n ；h e a te x c h a n g en e t w o r k ；l o wt e m p e r a t u r ee x h a u s t h e a t 一i i _ 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：辽也蓬迪 堂遗压装量屈能佥盘皇选丝 作者签名： 鱼圭垒艺日期：! 互年上月生日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 皇! 里生量塑z 壶煎兰壁茎望竺竺二互兰! 兰兰 作者签名： 导师签名： 日期：兰：2年生月尘i _ 日 日期：苹年卫月盟日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 引言 炼油工业又称石油炼制工业。它是以原油为基本原料，通过常减压蒸馏、加氢裂化、 催化重整、延迟焦化、催化裂化、炼厂气脱硫、产品精制等一系列石油炼制工艺过程， 把原油加工成各种牌号的汽油、煤油、柴油、润滑油、溶剂油、重油和石蜡、沥青、石 油焦，并生产多种石油化工基本原料的工业部门。 石油工业是国民经济的基础工业之一，它是一个很重要的化工原材料供应的加工系 统，它的发展水平如何，在很大程度上表明了国力和人民生活水平的高低。我国自从1 9 5 8 年在兰州建成了第一座现代化的炼油厂，至2 0 0 7 年底，全国原油总加工能力达到2 8 6 2 亿吨年。我国的炼油工艺技术经过近半个世纪的发展，形成了原油蒸馏；热裂化、减 粘裂化和延迟焦化；催化裂化；催化重整；炼厂气加工；加氢精制、加氢裂化和制氢； 润滑油生产工艺等完整的石油炼制工艺技术，已经接近或达到了当代世界先进水平，为 国民经济的发展提供所需的石油产品。 炼油工业在我国国民经济中属优势产业之一，但与国际大石油公司相比仍然处于弱 势地位，随着我国加入w t o ，炼油行业亟待找准薄弱环节，提高国际竞争力。原油蒸馏 是原油加工的第一道工序，原油经蒸馏后分离成各种油品和下游加工装置的原料。原油 蒸馏装置消耗能量约占炼厂总用能的2 5 - - - 3 0 ，已成为炼油厂中消耗量最大的装置，因 此我国各炼油厂对其进行以降低能耗为中心的技术改造就显得十分必要。 本文通过对辽化炼油厂新建5 5 0 万吨年常减压俄罗斯原油加工装置的用能情况进 行分析，并借鉴前人研究的成果，运用相关的科学理论技术，在装置现有设备的基础 上，对常减压装置的用能情况进行了优化设计，提出相关的节能措施。 1 文献综述 1 1 原油蒸馏生产原理 原油蒸馏装置是炼油厂原油2 n - r 的第一道工序【l j 。它为二次加工装置提供原料，并 直接提供部分油品。原油蒸馏装置设计和操作的好坏，对炼油厂的产品质量、收率以及 对原油的有效利用都有很大影响。 原油蒸馏装置通过加热、汽化、分馏、冷凝和冷却等传质传热过程，将原油切割成 一定沸点范围的馏分。这种切割在精馏塔内进行。原油先和其他热油换热到2 0 0 - - , 2 3 0 去初馏塔，塔顶出重整料。初馏塔底油进一步换热，并在常压炉里加热到3 6 0 去常 压塔，其中汽油、煤油、柴油、重柴油等较轻的组分在汽化段汽化成混合油气。蜡油和 重油仍然为液体，混合油气上升到塔的精馏段，与回流液体相接触。混合油气中，沸点 较高的组分被冷凝，而回流液体中沸点较低的则汽化。气相继续上升，并逐步冷凝，沸 辽化炼油厂常减压装置用能分析与优化 点较高的柴油、煤油、汽油依次冷凝为液体。这样上升的气体和回流的液体在塔板上充 分接触进行传热传质过程。塔内的温度由下而上是从高到低分布的，而油品的组分由 下往上是由重到轻变化的。气液两相在一定的条件下( 温度、压力、汽液组分) ，由平衡 到不平衡再由不平衡到平衡，按这一规律交替进行。如此反复，最终达到分割产品的 目的煤油、轻柴油、重柴油在各自对应蒸气压的泡点温度下从侧线抽出，而汽油( 石 脑油) 和不凝气在回流罐分别抽出。 常压重油中3 5 0 以上的高沸点馏分是加氢裂化、催化裂化和润滑油的原料，由于 原油在高温下会发生裂解反应，所以在常压的操作条件下不能获得这些馏分，只能在 较低温度下通过减压蒸馏获得。在现代的炼油技术水平下，通过减压可以从常压重油 中蒸馏出沸点低于5 5 0 馏分油。减压蒸馏的核心设备是减压分馏塔和抽真空设备。 1 2 原油蒸馏工艺流程 原油蒸馏的工艺流程按照原油经过加热后一次汽化的次数分为一级蒸馏、二级蒸 馏、三级蒸馏和四级蒸馏心1 。目前大多数炼油厂最常采用的原油蒸馏流程是三级蒸馏， 典型的三级常减压蒸馏的原理流程图如图1 1 所示。三级蒸馏流程包括三个部分；原油 初馏、常压蒸馏和减压蒸馏。原油与产品的余热换热到1 0 5 - - - , 1 2 0 ( 2 时，进入电脱盐罐， 脱去原油的水分和盐分，然后再进一步换热到2 0 0 - - , 2 3 0 * ( 2 进入初馏塔。通常初馏塔只出 一个产品即轻汽油或者重整料。有时为了减轻常压塔负荷，在初馏塔开一个侧线去常 一中返塔初馏塔底油再换热到2 8 0 , - , - , 3 0 0 进入常压炉，加热到3 6 0 左右，进入常压 塔，常顶出汽油，常一线作乙烯裂解料，常二线、常三线作柴油调合组分，有时还出一 常四线作重整催化的冲洗油。常压塔底油一般是原油中沸点高于3 5 0 的重组分，原油 中的胶质、沥青质等也集中在此。为取得催化料，需要把沸点高于3 5 0 的馏分蒸出来。 如果继续采用常压蒸馏，则必须加热到4 0 0 - - 5 0 0 ，这会导致油品热裂解，胶质和沥青 质会缩合生成焦炭，缩短装置的生产周期。为此，常压塔底油必须在减压炉加热到3 8 0 左右。进入减压塔进行减压蒸馏。减压塔底渣油经热量回收后，再去作沥青或焦化原 料 对于三级蒸馏流程，根据产品的用途不同，可将原油蒸馏工艺流程大致分为燃料型、 燃料一润滑油型和化工型三类。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图1 1典型的三级常减压蒸馏的原理流程图 f i g u r e 1 1 t y p i c a lp r i n c i p l eg r a p ho f a t m o s p h e r i ca n dv a c u u md i s t i l l a t i o nw i t hp r e l i m i n a r y d i s t i l l a t i o n 1 2 1燃料型 燃料型流程的初馏的主要作用是拔出原油中的轻汽油组分。常压蒸馏的主要作用是 分出原油中沸点低于3 5 0 的轻质馏分油。减压蒸馏的作用是从常压重油中分出沸点低 于5 0 0 1 2 的高沸点馏分油和渣油。 燃料型三级汽化原油蒸馏工艺流程的特点有以下几个： ( 1 ) 从初馏塔顶得到的产品轻汽油是良好的催化重整原料，其含砷量小，且不含 烯烃。所以，加工含砷量高的原油，生产重整原料时均设初馏塔。如果加工的原油含轻 馏分很少，也可不设初馏塔或闪蒸塔，即采用两段气化流程。 ( 2 ) 常压塔可设3 - - - , 4 个侧线，生产溶剂油、煤油、轻柴油、重柴油等馏分。 ( 3 ) 减压塔侧线出催化裂化或加氢裂化原料，产品较简单，分馏精度要求不高， 故只设2 , - - - 3 个侧线，不设汽提塔，如对最下一个侧线产品的残炭值和重金属含量有较高 要求，需在塔进口与最下一个侧线抽出口之间设1 , - - , 2 个洗涤段。 辽化炼油厂常减压装置用能分析与优化 1 2 2 燃料一润滑油型 燃料一润滑油型流程在常压系统与燃料型基本相同。减压系统流程较燃料型复杂。 减压塔要出各种润滑油馏分，其分馏效果的优劣直接影响到后面的加工过程和润滑油产 品的质量，所以各侧线馏分馏程要窄，塔的分馏精确度要求较高。为此，减压塔一般是 采用板式塔或塔板一填料混合式减压塔，塔板数较燃料型多，侧线一般是4 - - - 5 个，而且 有侧线汽提塔以满足对润滑油馏分闪点的要求，并改善各馏分的馏程范围。而且，必须 控制减压炉出口的最高油温不高于3 9 5 。c ，以免油料因局部过热而裂解，影响润滑油质 量减压蒸馏系统一般采用在减压炉管和减压塔底注入水蒸汽的操作工艺。注入水蒸汽 的目的在于改善炉管内油的流动状况，降低减压塔内油汽分压，避免油料因局部过热裂 解提高减压馏分油的拔出率。 1 2 3 化工型 化工型原油蒸馏的工艺流程一般比较简单，常压蒸馏系统一般不设初馏塔而设闪蒸 塔，闪蒸塔顶油气引入常压塔中上部。常压塔设1 - - - 2 个侧线，产品作裂解原料分离精 度要求低，塔板数减少，不设汽提塔。减压系统与燃料型基本相同。 = 级蒸馏装置一般是为重整提供原料的配套装置，常压塔底油直接作重整原料不 需要分离为简化流程，降低消耗，采用二级汽化流程。二级汽化的原油蒸馏流程也可 分为燃料型、燃料一润滑油型和化工型三类。在设备上与三级汽化的最大不同是不设前 面的初馏塔或闪蒸塔，其余基本相同。 在实际生产中，个别炼油厂还有采用四段汽化的原油蒸馏流程，即原油初馏一常压 蒸馏一一级减压蒸馏一二级减压蒸馏。在减压塔的小塔中用钢板封住气相，液相通过降 液管自流到小塔。小塔顶部用抽空器，使小塔残压达到1 1 3 k p a ，处于泡点的重质油品 在高真空下，利用本身显热又进一步汽化，增加拔出率。这种流程只有在需要从原油中 生产高粘度润滑油时也可以考虑，以便从减压渣油中拔出更多的重质馏分作为润滑油原 料 1 3 原油蒸馏技术的改进 在油价上涨的形势下，国外原油蒸馏装置依靠技术进步，在装置工艺流程、节能和 自动控制技术等方面都有不同程度的发展和改进，装置效率不断提高。工艺流程较大的 改进可算是二级减压蒸馏、原油渐次分离和联合装置【3 1 。 ( 1 ) 二级减压蒸馏 大连理工大学专业学位硕士学位论文 日本德山炼油厂的一级蒸馏得到软沥青组分，再将部分减压渣油进行二级减压蒸馏 制取硬沥青组分，二级减压塔塔径小，可达到残压0 1 3 3 - - 0 4k p a ( 1 - - 3m m i - i g ) 。高真空 有利于硬沥青的生产。美国博芒特炼油厂的5m t a 原油蒸馏装置采用二级减压流程，提 高产品分割精度。 ( 2 ) 原油渐次分离 它采用了一种新的概念进行设计，即不同产品进行逐级分离，实现蒸馏顺序化，旨 在更有效地回收热量。其流程中常压系统有三座干式预蒸馏塔和一座常压塔，这四座塔 顶油气经过一系列再蒸馏塔( 包括气体回收、稳定及石脑油再蒸馏) 以分出各种馏分或产 品，最后经二座减压塔分馏出重瓦斯油及减压馏分油。 ( 3 ) 联合装置 苏联设计和建设推行的联合装置包括常压蒸馏一重油催化裂化一加氢精制气体 分馏和减压蒸馏一减粘装置。与非联合装置相比投资省3 7 9 ，能耗降低4 3 ，成本降 低1 1 6 ，占地面积节省6 4 5 。新加坡炼油厂的四套联合装置，减压蒸馏并不与常压 蒸馏放在一起，而与下游装置放在一起，对馏分的要求和规模也与下游装置匹配。新 开发的灵活焦化装置也与下游的减压蒸馏装置联合，使减压塔底有效切割温度可提高 到5 6 0 ，液体产量增加2 8 ( v ) ，低值焦化气体产量减少5 7 。 1 4 原油蒸馏装置节能降耗的技改措施 1 4 1 采用新技术，改进工艺过程 改进工艺过程是蒸馏装置节能的重要手段，包括改进工艺生产流程，采用节能新 工艺、新技术等内容。 ( 1 ) 采用过滤脱盐新技术对原油进行深度脱盐。当今的电脱盐工艺已不仅是一种 防腐手段，而且已变成为下游装置提供优质原料所必不可少的预处理装置，是炼油厂 降低能耗、减轻设备结垢和腐蚀、减少催化剂消耗及改善产品质量的重要工艺过程， 并直接关系到炼油厂的经济效益。 用过滤法对原油进行脱盐脱水的技术是一种对乳化原油破乳的新技术h 。该技术首 先要选择一种良好的固体吸附剂作为过滤材料，并制成破乳过滤柱。武汉石油化工设 备研究所研制成功的一种硅铝酸盐的多孔材料，材料的表面凸凹不平，表面的原子性 质不尽相同，该材料中除含有a l 、s i 外，还有其它多种元素组成；亲水性强，有一定 的亲油性；有足够的强度，长期浸在1 0 0 以上的原油中不溶解，能经受反冲洗再生时 颗粒间的磨擦而不破碎。 ( 2 ) 采用强化蒸馏新工艺提高原油蒸馏拔出率 从某种意义上讲，常减压蒸馏装置的拔出率是衡量其技术水平的一个重要指标， 而提高拔出率的技术手段有许多，如优化塔的操作、改进抽真空系统、改进塔内构 件、优化加热炉内两相流动状态等。除此之外，采用强化蒸馏新工艺提高原油蒸馏拔 出率近年来受到人们广泛关注。 辽化炼油厂常减压装置用能分析与优化 据文献报道【5 】常减压渣油中仍含有5 7 的轻组分，而这部分轻质油的拔出并 菲是能够通过提高蒸馏效率所能达到的。相反，加入活化剂强化原油蒸馏，挖掘这部 分潜含的轻质油，从根本上提高轻质油的拔出率，从而更加合理的利用石油资源 1 9 9 6 - , 1 9 9 7 年胜利炼油厂在第一套常减压装置上进行了强化蒸馏的工业试验，取 得了成功，1 9 9 8 年通过了中国石化集团公司组织的技术鉴定。强化蒸馏添加剂用来自 常二线油作稀释剂，按一定比例稀释、搅拌均匀，然后注入常压塔底泵入口或出口， 与常压塔底油混合，送入减压炉，再通过炉出口转油线进入减压塔。添加剂注入量为 5 0 pg g ，常压炉出1 ：3 温度( 3 6 5 1 ) 1 2 ，常三线生产a g o ( 常压瓦斯油) 时终馏点为 3 7 0 - - 3 8 0 ，减压炉出口温度( 3 8 4 2 ) ，减压真空不小于9 8 6 6k p a ，减三、减四线 集油箱液面高度6 0 - - 8 0 。加入添加剂后蜡油平均拔出率可提高1 0 4 个百分点( 对原 油) 加剂后拔出蜡油的颜色变浅，质量改善，将其作为f c c 原料可提高轻质油收率 及总液体收率。 现有炼油装置采用强化技术，不必改动原有工艺和操作条件，只需增加添加剂的 加入混和装置，投入少，见效快，效益高，对设备、产品及环保无不良影响，工业化 应用价值高，是一项适合我国国情的重油加工新技术。活化剂不仅对常减压蒸馏有 利，丽且对后续生产也能产生积极的影响。强化蒸馏提高原油拔出率所带来的经济效 益，不仅体现在蒸馏装置上，更重要的是体现在下游a n ：i ：装置、产品调合、化工生产 等更高的经济效益上，如润滑油装置。减压深拔增大了润滑油料，给工厂带来巨大的 经济效益 ( 3 ) 优化产出，增产柴油 随着近年来柴油市场持续升温，各炼油厂都特别强调要千方百计提高柴汽比，满 足市场需求将柴油馏份尽可能全部从常压塔拔出，不仅可以降低减压炉负荷，改善 减压塔操作，对提高装置平稳率和节能降耗起到重要的作用 济南炼油厂从减一线、常三线( o 柴油) 组成分析数据发现，减一线含有6 0 * , 4 的柴油 馏份因此，实施减一线补常二中的改造项目，理论上能达到提高柴油收率的目的网。 在其它条件基本不变的情况下，通过流量控制阀控制减一线补入量为4 5t h ，并适当 调整常二中回流量，合适的组分就由1 4 层板下抽出后作为常三线( 0 6 f 柴油) 。通过上 述技术改造直馏柴油收率约增加3 。 1 4 2 采用新型、高效、低耗设备，降低能耗 蒸馏塔器一般约占总设备投资的2 0 - - - , 3 0 左右，有的甚至高达4 0 。因此塔器无论是 在投资还是在能耗方面都有举足轻重的地位，因此，提高蒸馏系统的分离效率一直是世 界上普遍关注的重要课题。 ( 1 ) 对塔内件进行改造，改善分馏效率 分馏塔是原油蒸馏过程的核心设备，塔内传质构件即塔板、塔填料，是油品分馏 塔最关键的部件，对于一个操作方案已定的分馏塔，塔内传质构件选用是否得当，直 接关系着能否保证产品质量，发挥设备潜力，提高轻油收率，高产、优质、低消耗地 完成各项任务。近1 0 年来，蒸馏装置发展趋势是现代填料塔逐步取代传统填料塔。 一6 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 目前规整填料种类多、形状不同、特性各异。m e l l a p a k 填料是瑞士s u l z e r 公司的专 利产品，它的问世是规整填料史上一座重要里程碑。如今，m e l l a p a k 的换代产品已经出 现，他们是瑞士k u h n i 公司的r o m b o p a k 填料、德国r a s c h i g 公司的r a s c h i g - - - s u p e r p a k 填料、我国天津大学z u p a k 填料等。 国内某炼油厂常压塔中部浮阀塔板用波纹填料代替，其中包括液体分布器、支承栅 等内件，并用常三线供常二中回流返回到填料上方，以强化塔的分离能力。更换波纹填 料后，常二中的运行并不影响3 2 0 # 重液蜡产品质量，相反得到改善，馏程变窄与常三重 迭下降近1 0 ，另外减少了汽提蒸汽用量，提高了换热终温，降低了常压负荷，节省了 大量冷却水，缓和了本厂供水矛盾，经济效益显著，1 2 个月即可收回改造投资 7 1 。 在乱堆填料、规整填料和塔板的比较中，规整填料有传质效率高、处理量大、规整 填料塔的放大效应小等优点。辽化2 5 0m t a 常减压蒸馏装置在改造中将填料由矩鞍环改 为金属板波纹规整填料( 规整z u p a k l 5 ) ，改造后，运行正常，操作稳定，减压拔出率 比改造前提高了6 0 8 ，由于整个塔空隙率增大，装置处理能力提高到3 5 0m t a 。 板式塔历来应用最广，1 9 5 0 年代开发的浮阀塔板，尤其是f 1 浮阀更具优势，应用 颇广但随着塔器技术不断进步，发现f l 浮阀存在着一些缺点，各种新型高效塔板应 运而生，并获得了广泛应用。 我国华东理工大学研究和开发了导向浮阀塔板，并获得国家专利。导向浮阀吸取了 条阀和导向筛板导向孔的各自特点，在条阀阀面上开1 2 个导向孑l ，以发挥气流推液 的作用。由于导向孔的设置，导向浮阀具有较小的液面梯度、塔板上液相返混较小且可 消除塔板上液体滞止区。 导向浮阀目前有三种形式：矩形导向浮阀、梯形导向浮阀及组合导向浮阀。一般而 言，液流强度较小时用矩形浮阀较好；液流强度较大时，梯形浮阀较好；适当配比k ( 塔 板上梯形浮阀数与浮阀总数之比) 的组合导向浮阀，兼有矩形浮阀和梯表浮阀的优点， 克服了二者的缺点，具有更广的适用范围和更好的操作性能。 实验研究和工业应用表明，导向浮阀塔板和f 1 型浮阀塔板相比，处理能力可提高 3 0 以上，塔板效率提高1 0 - - 一2 0 ，塔板压降减小2 0 左右。导向浮阀塔板开发成功 以来，已在常压塔6 4 0 0 获得广泛应用，取得了显著的经济效益。 l 1 型条型浮阀有以下特点：l l 型条型浮阀为长方形，在生产中，气体从两侧流出 与塔板上的液流方向互相垂直，塔板上的液体返混程度明显减少。由于其结构为长方形， 故不会象f 1 型浮阀那样因旋转而脱落，适用于装置长周期安全生产。在相同的条件下， 条型浮阀塔板的雾沫夹带小，故其允许上限气速较高。在相同条件下，条型浮阀塔板的 辽化炼油厂常减压装置用能分析与优化 稳定操作区大，其操作弹性大。梯型浮阀除了具有条型浮阀的特性外，还具有有效的导 流作用。泄漏量小，故其允许的气相负荷下限较低。 ( 2 ) 使用新型换热器提高热回收率 原油蒸馏过程中有大量余热需要回收，也有大量低温热量需要冷凝或冷却。故需用 很多换热器和冷凝冷却器，耗用大量钢材。据统计，冷换设备的钢材用量要占工艺设备 钢材总用量的2 0 - - 3 0 ，因此提高冷换设备的换热效率、减少换热面积对节约钢材和 投资、减少能耗具有重要意义。 近几十年来，国内外对管壳式换热器进行了大量的强化传热研究，尤其是在管程强 化传热的研究方面取得了较多的成果，如管内插入物，管内壁粗糙肋( 螺旋槽管、横纹 管等等) 及管内翅片等。目前，壳程强化传热的途径主要有两种：一种是管外粗糙肋或 管外加翅片，其强化传热机理类似管程强化；另一种是改变壳程支承物的形式，采用低 流阻的管间支承装置。最近，技术人员开发成功一种变截面管新型换热器，所谓变截面 管是一种能同时强化管内和管外传热的双面强化管。这种新型换热器依靠管子之间的点 接触来互相支撑，省掉了折流装置，其结构紧凑、省材，且触点组成壳程扰流流道，使 壳程传热强化，流体纵向流动，流动阻力小。因此，具有低的壳程压降和良好的。传热 压降- 性能特别适合在壳程大流量下操作。 目前新型的螺纹管换热器、螺旋折流板换热器、板管式换热器等换热器广泛应用 在原油蒸馏装置中，不仅可有效地节省换热面积，减少壳程压力降，提高传热效率，还 可以节省建设投资。 3 ) 提高加热炉效率 加热炉是主要的能源转换设备，在炼油厂综合能耗中约占1 3 是通过加热炉进行转 换和消耗的因此提高加热炉热效率和热负荷已成为挖潜增效的主要措施。目前可采取 的措施有t 开发和应用高效率大能量油气联合燃烧器，以降低过剩空气系数和减少雾化 蒸汽量的技术措施；采用多种型式的扩面管和各种除灰技术；广泛应用陶纤衬里等隔热 材料减少散热损失：加强烟气热回收，减少排烟热损失。 1 4 3 加强监控，优化操作 ( 1 ) 计算机监控与管理 以计算机为中心的现代化进程控制技术，成为当代炼油厂节能增效、竞争赢利的重 要手段。生产装置采用s l p c 、p l c 和d c s 等计算机控制设施，以及各种先进控制策略( 软 件) ，可大大提高产品产率，改进产品质量、节减装置能耗，安全平稳操作，提高经济 效益。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 加热炉节能控制目前主要应用微机和可编程调节器进行支路平衡控制和燃烧约 束控制。据不完全统计，到目前已有1 2 2 台热负荷在1 1 1k w 以上的加热炉应用微机控 制操作，每年可节约燃料约5 0 k t ，效果十分明显。 生产过程节能控制炼油生产装置的过程优化控制技术很多，不少企业已在数据实 时采集、巡回检测、超限报警、设备监控、生产过程的闭环控制和开环指导等方面应用 计算机技术取得了许多进展，同时也提高了水平。 某厂将集散型过程控制与管理系统应用在常减压蒸馏装置上，开发应用了加热炉效 率在线计算及燃烧的闭环控制、常压塔回流取热分配的在线计算及过汽化率测量计算和 操作指导等过程控制和工艺管理软件，使加热炉效率提高3 ，过汽化率从8 下降到3 ， 炉出口温度降低7 。 ( 2 ) 改善操作条件 改善操作条件是不需要大量投资，便于推广易于见效的节能措施，但必须保证产品 质量，并加强管理，尽量配置先进适用的监测调控手段。 过汽化率控制和调整以常压塔为例，过汽化率一般控制在2 3 ，可以降低常压 炉出口温度，实践证明，过汽化率提高1 ，可使加热炉负荷增加0 2 。 回流比控制和调整分馏塔内的回流量是工艺条件中最关键的因素，分馏塔的回 流比可以通过优选方法求得最佳值。 1 4 4 综合分析，优化流程 在对现有装置的节能改造中，要综合考虑挖掘降低工艺总用能、增加全系统回收热 量潜力和提高部分单元设备的热转换效率。经过改进工艺过程和优化换热网络，从原油 特性、塔设备的特性和操作方式等方面综合考虑，选择合适的塔内传质构件，合理匹配 工艺操件条件，提高塔的分馏效率，充分回收工艺过程的各种温位热量，减少供入的燃 料和蒸汽用量。优化设计，寻找更好的生产操作方式，以扩大生产能力和增加操作规程 弹性，提高产品质量，进而提高整个装置的操作效率，以利于提高经济效益，增加市场 竞争力。 增加热回收的技术措施，除了改进工艺流程和操作条件外，更重要的是开发和应用 换热网络优化技术。我国已经拥有多种换热网络优化软件和设计计算方法，应用时应把 所有可资利用的冷流和热流分块匹配，合理安排换热顺序，优选合适换热器规格，使整 个换热系统达到平均温差合理、传热系数高、热流密度大，各路压降低，实现接近最优 的条件。目前，国内最流行的换热网络优化技术是夹点技术。 辽化炼油厂常减压装置用能分析与优化 1 5 夹点技术分析优化换热网络 夹点技术p d f ( p i n c hp o i n td e s i g nm e t h o d ) 是在2 0 世纪7 0 年代，g i l i n n h o f f 等开发的一 项最为成功的过程集成技术【9 】。夹点技术是从装置的热流分析入手，以热力学为基础， 从宏观的角度分析系统中能量流沿温度的分布，从中发现系统用能的“瓶颈一所在。因 为夹点技术具有简单、直观、实用和灵活等特点，被广泛应用于新过程的设计和旧系统 的改造项目改造后老厂运行能耗平均降低2 0 以上，并且投资回收期平均少于2 a 1 1 n 常压蒸馏装置是炼化工业的“龙头 ，是原油深度加工的基础，能耗约占全厂总能耗的 2 5 3 0 l 协埘。因此，采用夹点技术对常减压蒸馏装置进行优化分析和技术改造。 对炼化企业的节能降排，提高经济效益和环境保护具有重要的意义。 1 ) 夹点的形成与含义 工艺物流的特性曲线可以用温一焓图来表示( 图1 2 ) 。纵坐标为温度t 。横坐标为 热焓h 将过程所有热物流按温度变化区间和相应的焓变化值在温一焓图上连续绘出， 由高温到低温，形成热物流组合曲线( 曲线a b c d ) ；同理，可以做出从低温到高温的冷 物流组合曲线( 曲线e f g h ) 。物流的热量变化量用横坐标两点间的焓差h 表示，冷热 物流组合曲线沿h 轴平移，不改变物流的温位和热量变化量。 t h 图1 2 冷热物流温一焓图 f i g u r e 1 2 t e m p e r a t u r ea n de n t h a l p yo r a p ho f c o l da n dh o ts t r e a m 大连理工大学专业学位硕士学位论文 在利用夹点技术设计换热网络时，要给定一个最小传热温差t ，这是在整个换热 网络中允许出现的最小传热温差。在温一焓图上，热物流组合曲线在左上方，冷物流组 合曲线在右下方，沿h 轴平移冷组合曲线使之靠近热组合曲线，在这个过程中各部位的 传热温差t 逐步变小，直到最后某一部位的传热温差t = x t m i n ，该处即为“夹点”， 此处的热通量为零。图1 2 中的物理意义非常明显，对于一个给定的t m i n ，可以找到一 个夹点。图的右上角表示至少要由热公用工程提供q h m i n 的热量，才能将冷流股提高到目 标温度，左下角表示至少要由冷公用工程提供q c m i n 的冷却量，才能将热流股冷却到目标 温度，中间重叠部分表示通过换热最大可回收的热量q r m 觚。 ( 2 ) 夹点技术的基本设计原则 夹点把网络系统分成2 个在热力学上相互分离的两个子系统。夹点上方的子系统是 热阱系统，热公用工程向其输入热能，而没有任何热能流出；夹点下方的子系统是热源 系统，由冷公用工程从系统带走热量，而没有任何热能从外界流入。而夹点处是设计工 作中约束最多的地方( 即“瓶颈 ) 1 4 - 1 5 】。假如有一定量的热量自热阱系统进入热源系 统，根据热量衡算，不但在热阱系统需要多消耗同样量的热公用工程，而且在热源系统 也多消耗同样量的冷公用工程；如果在夹点之上的热阱系统设置冷却器，冷却器取出的 热量必然要由热公用工程额外输入，这样既浪费了热公用工程，又浪费了冷公用工程， 还浪费了设备投资；同样如果在夹点之下的热源系统设置加热器，这部分热量对系统并 无好处，还要用冷公用工程来取出，浪费冷、热公用工程的同时还增加了设备投资。因 此，为了达到最小公用工程消耗，实现热量最大回收，利用夹点技术对换热网络进行设 计时，必须遵循3 个基本原则：不应有跨越夹点的传热【1 6 1 ；夹点之上不应设置任何 公用工程冷却器；夹点之下不应设置任何公用工程加热器。 2 常减压蒸馏装置能量分析 2 1 5 5 0 万吨年常减压蒸馏装置简介 辽阳石化分公司5 5 0 万吨年常减压蒸馏装置，由中国石化工程建设公司设计，设 计型式为燃料一化工型原油一次加工装置，采用初分馏、常压蒸馏、减压蒸馏三级蒸馏 方案，设计原油加工能力5 5 0 万吨年，原料为5 3 5 万吨年俄罗斯原油和1 5 万吨年辽 河原油的混合原油，该装置于2 0 0 6 年1 2 月建成投产，现加工原料为俄罗斯原油，不掺 炼辽河原油。 5 5 0 万吨年常减压蒸馏装置包括原油电脱盐、换热网络、初分馏、常压蒸馏、减 压蒸馏和三塔顶不凝气回收压缩机系统等部分，原油在装置内经过脱盐脱水、初蒸馏、 常压蒸馏、减压蒸馏后被分割为石脑油馏分、柴油馏分、蜡油馏分和减压渣油。 辽化炼油厂常减压装置用能分析与优化 5 5 0 万吨年常减压蒸馏装置设计原则：在满足生产方案、产品质量的前提下，从以 下几个比较大的技术进展进行综合考量，以获得高拔出率，低能耗的效果。 ( 1 ) 电脱盐系统是原油蒸馏装置的重要设施，原油经过电脱盐后，可有效减轻装 置设备的腐蚀，同时降低下游装置原料中金属离子等有害物料的含量。本装置设计中， 采用吸收引进的p e t r o l i t e 公司开发的高速电脱盐成套技术，具有脱盐效率高。处理能 力大、电耗低、占地面积小等优点。高速电脱盐的处理能力是低速电脱盐的1 7 5 2 0 倍设计采用二级电脱盐工艺技术，可确保原油脱后含盐牛3 m g n a c l 1 。 ( 2 ) 全填料干式减压蒸馏。干式减压是燃料型常减压蒸馏装置的重要节能手段 与板式塔相比，填料塔具有更大的通量及效率，在相同的空间高度内，可提供更多的理 论板使馏份之间分离的更清晰，同时其压降又极低。减压塔采用天津大学专利产品双 向金属折峰式波纹填料z u p a c 系列规整填料n 刀。内设5 段填料，及相应的汽、液分布系 统采用组合填料床层，并配以重力型组合式液体分布器及汽体分布器。这种结构既保 证了大直径、低床层的填料塔对分布器的液体多点分布均匀的要求，也有效地增加了抗 堵塞能力，并有效地利用了有限的空间高度。z u p a c 填料具有良好的传质、传热效果， 可保证换热段取热要求；在结构上的优化使气液流路得到优化、传质效率提高：开孔率 加大使通量提高、压降更低；比表面积提高使理论板数有所增加，抗堵塞能力强、填料 刚度大粼系列规整填料的应用保证了减压塔能在较大的操作弹性范围内正常操作 5 3 0 ，减压塔最下股蜡油产品 9 5 多点温度i 5 6 5 ，以实现减压深拔，提高蜡油收率。 表2 1常减压装置分馏系统现场操作参数 t a b l e2 1p r e s e n tf r a c t i o n a t i n gs y s t e mo p e r a t i o np a r a m e t e r si na t m o s p h e r i ca n dv s g u i 瑚 d i s t i l l a t i o nu n i t ( 4 ) 低温余热未充分回收 表2 2 是基于2 0 0 8 年1 1 月4 日现场操作数据统计的装置低温余热。 表2 2 常减压装置现有低温余热统计 大连理工大学专业学位硕士学位论文 t a b l e2 2s t a t i s t i c sd a t ao fp r e s e n tl o wt e m p e r a t u r ee x h a u s th e a ti na t m o s p h e r i ca n dv a c u u m d i s t i l l a t i o nu n i t 从表中可看出全装置现有8 0 。c 前的低温余热总量为9 7 1 6 2 1 0 4 k c a l h 。因此，装 置内的低温热回收还可以有所作为，如果减压蜡油( 包括减一线、减二线、减三线、过 汽化油) 部分能通过热水换热后间