原油蒸馏装置控制系统设计毕业设计.doc

原油蒸馏装置控制系统设计摘 要原油蒸馏是炼油厂加工原油的第一道工序，即原油的一次加工，在炼油厂加工总流程中有重要作用，通过蒸馏的方法将原油分割成不同沸点的组分，以适应产品和下游工艺装置对原料的要求。原油蒸馏装置的控制和操作的好坏，对炼油厂的产品质量、收率以及原油的有效利用都有很大影响。本文通过分析原油蒸馏的工艺特点，采用单回路控制、串级控制等技术对原油蒸馏装置进行控制系统设计。原油蒸馏的典型流程为三塔流程，即三段气化原油常减压工艺流程，分为原油初馏、常压蒸馏和减压蒸馏等三个部分。炼油厂的加工能力一般都用原油常压蒸馏装置的加工能力来表示，也就是说常压蒸馏是石油炼制的关键部分。所以本论文是对常压蒸馏部分的控制系统设计。装置的工艺参数和产品的质量指标都有严格的要求，根据这些要求，设计出合理、有效的控制方案，提高产品收率，降低装置能耗，使装置能够安全、稳定运行。关键字：原油蒸馏；控制；工艺参数；加热炉；分馏塔 Crude Distillation Installment Control System DesignAbstractCrude distillation is processing crude oil the first working procedure in the refinery. That is the first of crude oil processing, it plays an important role in total refinery processing, by the distilled method of the crude oil will be separated into different components of different boiling point, to adapt products and lower reaches of the process is the requirement of raw materials. Crude distillation installment control and operation quality, to the refinery product quality, receiving rate as well as the crude oil effective use has the very tremendous influence.This article use single-loop control and cascade control to carry on the control system to design the crude distillation installment by analysis crude distillation craft characteristic. Crude distillations typical flow is three tower flows. namely three sections of gasified crude oils often the reduced pressure technical process, divides into the crude oil forerunning, the atmospheric distillation and the reduced pressure distillation three parts. The refinery processing capacity of crude oil is generally used atmospheric distillation unit of processing capacity to express. This means that atmospheric distillation is a key part of the crude oil refining. Therefore, the present paper designs the atmospheric distillation part control system. The installment technological parameters and the products qualitative index have the strict request, according to these requests, design a reasonable and effective control program, reduces the installment energy consumption, enhances product receiving rate , can be safe and stable operation.Key words: crude distillation; control; technical parameters; heating furnace; fractionating tower目 录摘 要IAbstractII第1章 引言11.1原油蒸馏的地位和作用11.2 石油的物理性质和元素组成11.3 石油的馏分组成21.4 我国石油蒸馏的发展情况及应用21.5 原油蒸馏的产品及使用要求3第2章 蒸馏系统设计52.1 蒸馏的基本概念和原理52.1.1 蒸馏的基本概念52.1.2 原油蒸馏的定义及特点52.1.3 蒸馏的方式72.2 原油蒸馏工艺流程简述82.3 蒸馏装置主要设备的构造和性能92.3.1 分馏塔92.3.2 加热炉102.3.3 换热器102.3.4 减压塔抽空装置112.3.5 机泵112.4 蒸馏工艺参数设计112.4.1 常压塔工艺参数操作指标112.4.2 加热炉工艺参数操作指标152.5 分馏塔控制方案设计162.6 常压炉控制方案设计21第3章 原油预处理电脱盐设计及装置节能和设备防腐措施243.1 金属盐类等杂质对原油蒸馏过程的影响243.2 电脱盐的原理243.3 电脱盐工艺流程253.4 蒸馏装置防腐蚀措施253.5 蒸馏装置节能措施26第4章 蒸馏装置控制系统在组态软件中的实现及设备选型274.1 组态软件介绍274.2 组态工程的五大部分284.3 控制画面304.3.1 主控制画面304.3.2 实时曲线334.4 设备选型344.4.1 压力检测仪表的选用344.4.2 流量检测仪表的选用354.4.3 液面测量仪表的选用374.4.4 温度测量仪表选用384.4.5 调节阀的选用384.4.6 仪表清单及概算39第5章 原油蒸馏的未来发展方向41第6章 结论45参考文献46谢 辞4748第1章 引言1.1 原油蒸馏的地位和作用石油是重要的能源之一，我国的工业生产和经济运行都离不开石油，但是又不能直接作为产品使用，必须经过加工炼制过程，炼制成多种在质量上符合使用要求的石油产品才能投入使用。原油精馏装置时炼油企业的“龙头”，是炼油工业的第一道工序，为二次加工装置提供原料，是原油加工的基础，其能量的综合利用程度和拔出率高低体现在石化企业的效益上，因此，开展常压精馏装置的研究非常有意义。原油常减压蒸馏1作为原油的第一次加工工艺，在原油加工总流程中占有重要作用在炼厂具有举足轻重的地位，其运行的好坏直接影响到后续的加工过程。常减压装置将原油用蒸馏的方法分割成为不同沸点范围的组分，以适应产品和下游工艺装置对原料的要求。通过常减压蒸馏要尽可能多地从石油中得到馏出油，减少渣油量，提高原油的总拔出率。因此，精馏装置的设计对炼油企业的经济效益有着重要的意义。1.2 石油的物理性质和元素组成石油（或原油）是从地下深处开采出来的黄色乃至黑色的流动和半流动的粘稠液体。石油按其产地不同，性质也有不同程度的差异。它是由烃类和非烃类组成的复杂混合物，其沸点范围很宽，从常温到500以上，相对分子质量范围从数十到数千。石油主要是由炭和氢两种元素所组成，它占石油总量的9099%，其中碳占8387%，氢占1114%，除此之外，还含有氧、硫、氮等元素。在石油灰分中，还发现有氯、碘、磷、钾、钠、钙、铁等元素。 1.3 石油的馏分组成研究原油馏分组成的方法是原油的真沸点蒸馏。原油的真沸点蒸馏是先把原油放在蒸馏釜内，然后用电炉加热，此时沸点最低的组分先蒸馏出来，当蒸到占原油的3%左右时，把它收集到一起，这样收集到的馏分，沸点范围很窄，称为窄馏分。将窄馏分一个个收集起来，釜低温度就会逐步升高。当釜底温度升到350时，停止蒸馏，因为在加热，釜底所剩下的油就会分解。在这过程中就是常压下原油的馏分。1.4 我国石油蒸馏的发展情况及应用原油的一次加工能力即原油蒸馏装置的处理能力，常视为一个国家炼油水平的标志。我国现有原油加工能力已超过200Mt/a，居世界第四位。1999年，在中国石化镇海化工股份公司（镇海炼化）建成8Mt/a的常减压蒸馏装置，2001年该装置改造后达到10Mt/a，并开车一次成功，成为我国第一套加工能力为10Mt/a的常减压蒸馏装置，这标志着我国常减压蒸馏装置大型化技术已经走向成熟。2003年，我国共有单套能力在5Mt/a以上的常减压蒸馏装置十套，其中中国石化7套，中国石油2套，国外最大已达到12.5Mt/a。未来几年，随着炼油装置的结构不断调整，大型常减压蒸馏装置还将得到进一步发展，因此我国已进入发展大型化蒸馏装置的重要时期。实践证明，我国的大型常减压蒸馏装置已经达到了较高的运行水平，中国石化茂名分公司5Mt/a常减压蒸馏装置从进油到全部产品合格仅用时36.7h；镇海炼化8Mt/a开车一次成功，装置能耗为459.46MJ/t大连西太平洋石油化工有限公司8Mt/a常减压蒸馏装置达到三年一修，能耗为442.13MJ/t2。1.5 原油蒸馏的产品及使用要求石油产品现约有800余种，一般不包括以石油为原料合成的石油化工产品，主要分为六大类：燃料、润滑油、石油沥青、石油蜡、石油焦、溶剂和化工原料。燃料包括汽油、柴油和喷气燃料油等发动机燃料以及灯用煤油、燃料油等我国的石油燃料约占石油产品的80%，其中，约60%为各种发动机燃料。润滑剂品种最多，品种达到百种以上，但产量不高，仅占石油产品总量的2%左右，溶剂和化工原料包括生产乙烯的裂解原料、石油芳氢及各种溶剂油，约占石油产品总量的10%左右。石油沥青、石油蜡和石油焦约占石油产品总量的5%6%。（1）汽油汽油作为点燃时发动机燃料的石油轻质馏分，车用汽油按该油在汽缸中燃烧时抗爆震燃烧性能的优劣区分，标记为RON辛烷值90、93、97或更高,标号越大，性能越好。汽油好坏有两个主要指标：第一个是汽油的馏程。10%流出温度表示汽油含轻组分的多少。50%流出温度表示汽油的平均蒸发性能。90%流出温度和干点是控制车用汽油中重质组分的指标。第二个重要指标是辛烷值，就是人们一般所说的汽油的牌号值。我国车用汽油的牌号有90号、93号、97号等。（2）柴油发动机的特点是热功率高，耗油省，所以在工业上大功率的运输工具和固定式动力机械都采用柴油机，例如拖拉机、重型车辆等。柴油机是压燃式发动机的石油轻馏分，其使用要求适应具有：良好的雾化性能、蒸发性能和燃烧性能；良好的燃料供给性能等。轻柴油的牌号按凝点划分，分为10号轻柴油、5号轻柴油、0号轻柴油、-10号轻柴油、-20号轻柴油、-30号轻柴油和-50号轻柴油等7个牌号。（3）润滑油润滑油按其使用场合一般分为四类，即内燃机润滑油，包括汽油机油、柴油机油等；齿轮油；液压油及液力传动油；工业设备润滑油，包括机械油、汽轮机油、压缩机油、汽缸油以及电绝缘油等。其中内燃机润滑油用量最大，约占润滑油总量的一半。润滑油的质量要求黑多，有黏度、黏温性质、抗氧化安定性、清净分散性、低温流动性和抗磨性等指标。（4）燃料油燃料油是家用或工业燃烧器上所用的液体燃料，要求具有良好的雾化性能和底腐蚀性能主要性能指标有黏度、低温性能含硫量及安定性等。第2章 蒸馏系统设计2.1 蒸馏的基本概念和原理2.1.1 蒸馏的基本概念蒸流操作广泛应用于炼油过程之中。蒸馏是是液体混合物分离为一定纯度组分的重要方法。常减压蒸馏是原油加工的第一道工序。在此工序中，通过加热、汽化、分馏、冷凝和冷却等过程将原油分割成一定沸点范围的馏分。如汽油、煤油、柴油、裂化原料或润滑油等原料。因此，将会影响到全厂各加工工序。2.1.2 原油蒸馏的定义及特点原油蒸馏使用的是常压蒸馏和减压蒸馏的方法，即用常减压装置对原油进行分馏出石油产品。炼油工业的主要目的是从原油中提炼出各种燃料、润滑油、化工原料、和其他石油产品（例如，石油焦、沥青等）。常压蒸馏的定义及特点：常压蒸馏是指将脱盐脱水后的原油在常压下进行蒸馏。所谓蒸馏，就是将原油或其他液体混合物加热使之气化，气化了的各种不同沸点的组分先后分别冷凝下来，从而分离成为各个不同沸点范围的馏分，达到使原油或其他液体混合物连续分馏成各种馏分的目的。其主要特点是：1.常压塔的原料和产品都是组成复杂的混合物；2.常压塔是一个复杂塔结构；3.常压塔下部设置汽提段，侧线产品设汽提塔；减压蒸馏的定义及特点：液体的沸点是指它的蒸气压等于外界压力时的温度，因此液体的沸点是随外界压力的变化而变化的，如果借助于真空泵降低系统内压力，就可以降低液体的沸点，这个过程就叫做减压蒸馏。其主要特点是：1.减压精馏塔分燃料型和润滑油型两种；2.减压蒸馏塔的塔径大、板数少、压降低、真空度高；3.油在减压塔内的停留时间2；2.1.3 原油蒸馏的原理原油蒸馏的原理是根据组成石油的各种烃类等化合物沸点的不同，利用换热器、加热炉和分馏塔等设备，把原油加热后，在蒸馏塔中进行多次部分气化和部分冷凝，使气、液两相进行反复充分的物质交换和热交换，从而达到将原油分离成不同沸程的汽油、柴油、煤油、润滑油馏分或各种二次加工原料及渣油的加工过程。原油蒸馏一般包括常压蒸馏和减压蒸馏两个部分。所谓常压蒸馏，即为原油在常压（或稍高于常压）下进行蒸馏，所用的蒸馏设备叫做常压蒸馏塔（简称常压塔）。减压蒸馏就是在压力低于100kPa的负压状态下进行的蒸馏过程。常压蒸馏和减压蒸馏都属于精馏过程。与一般的精馏蒸馏和原油常压精馏相比，减压精馏塔有如下特点：1.原油减压蒸馏也采用多侧线的复合塔，设有2至3个中断循环回流，与常压蒸馏不同的是塔顶不出产品，也就没有冷回流，塔顶回流的是减一线油；2.根据生产任务不同，减压精馏塔分燃料型与润滑油型两种；3.减压精馏塔的塔板数少，压降小，真空度高，塔径大；4.缩短渣油在减压塔内的停留时间，塔底减压渣又是重要的物料，如果在高温下停留时间过长，则其分解、缩合等反应会加剧进行，导致不凝气增加使塔的真空度下降，塔底部分结焦，影响塔的正常操作；2.1.3 蒸馏的方式蒸馏有多种形式，可归纳为闪蒸（平衡气化或一次气化），简单蒸馏（渐次气化）和精馏三种2。（1）闪蒸平衡汽化闪蒸过程是将液体混合物料加热至部分气话，经过减压阀，在一个容器（闪蒸罐、蒸发塔）的空间内，于一定温度压力下，使气液两相迅速分离，得到相应的气相和液相产物。（2）简单蒸馏渐次计划液体混合物在蒸馏釜中被加热，在定压力下温度达到混合物的泡点温度时，液体即开始汽化，生产微量蒸汽，生成的蒸汽当即被引出并经冷凝冷却后收集起来，同时液体继续加热，继续生成蒸汽并被引出。这种蒸馏方式称为简单蒸馏或微分蒸馏。（3）精馏精馏是分离混合物的有效手段，精馏有连续式和间歇式两种，施工石油加工中装置中采用连续式精馏而间歇式一般用于小型装置和实验室。精馏过程主要是依靠多次汽化和多次冷凝的方法，实现对液体混合物的分离，精馏过程沿着精馏塔高度需建立两个梯度：温度梯度和浓度梯度，即自塔底到塔顶温度逐级降低，气液相物流的轻组分浓度逐级增大。由于这两个梯度的存在，在每个气液接触级中，由下而上的较高温度和较低轻组分的气相与由上而上的较低温度和较高轻成分的液相相互接触实现气液相的传热和传质，因此温度梯度和浓度梯度的建立以及气液相接触的设施是精馏过程中进行的必要条件1。2.2 原油蒸馏工艺流程简述在原油蒸馏过程中，精馏塔是最重要的设备，除此之外，还有原油的预处理、加热炉、换热器和冷凝冷却器等设备以及机原、工艺管线自控仪表等，这些设备按一定的关系和次序组成一个有机的整体就形成常减压装置的工艺流程，工艺流程体现了原油的加工方案。40左右的原油由罐区进入装置，由原油泵升压后经过换热器换热至130左右，首先进入电脱盐装置（原油预处理设施），在电场、破乳剂作用下进行脱盐脱水，要求脱盐后原油含盐量小于3mg/L，含水小于0.5%；脱盐后的原油在经过换热器换热至200240进入初馏塔顶流出汽油组分或重整原料，经塔顶泵一部分送回初馏塔顶打回流控制塔顶温度令一部分作为产品送出装置。初馏塔顶油由初馏塔底泵升压经换热后送至常压加热炉，加热到360370进入常压蒸馏塔。原油在常压塔进行分馏塔顶馏出汽油组分或重整原料，其中一部分打回流，侧线抽出根据生产要求可生产溶济油、分子筛脱蜡原料、煤油、喷气原料以及轻重柴油等侧线馏分，经汽提塔汽提后进入换热网络换热至60左右送出装置。常压塔一般设置两个中段循环回流，一是可以使全塔的气液相负荷分布更加均匀，二是更合理的利用高温位的热源，提高能量利用效果，降低装置能耗。常压塔底是高于350的组分，称为常压重油，常压重油用泵输送至减压加热炉加热后进入减压分馏塔，通过抽真空系统，使常压重油在减压条件下进行蒸馏，为防止常压重油中的胶质、沥青质在高温下发生分解、结焦反应、一般控制减压炉出口温度不大于420。减压塔顶馏出的主要是裂解气、蒸汽、及少量的油气、减压蜡油由侧线抽出，根据原油性质和生产方案可作为催化裂化、加氢裂化的原料，也可以作为润滑油原料减压渣油因富含胶质、沥青质，一般作为燃料油、焦化原料，也可以进一步加工成高黏度润滑油、沥青或催化裂化原料1。2.3 蒸馏装置主要设备的构造和性能2.3.1 分馏塔塔是整个常压装装置的核心。原油在分馏塔通过传热、传质实现分馏作用，最终将原油分离成不同的产品。三段汽化流程的常减压装置中的塔包括初馏塔或闪蒸塔、常压汽提塔和减压塔。（1）初馏塔及闪蒸塔原油经换热至220240左右，进入初馏塔分馏或闪蒸塔，流入塔部分送至常压炉，气相上升至塔顶，在初馏塔顶分馏出重整原料或轻汽油（也称石脑油）。初馏塔主要有以几点作用。（2）常压塔常压塔的作用是在接近常压状态下分离出原油中的部分组分，获得汽油，煤油和柴油等产品。初馏塔底油经常压炉加热至370左右进入常压塔。分馏出常顶汽油、常一线煤油、常二线轻柴油和常三线柴油或蜡油等，塔底油经泵进至减压炉。（3）汽提塔由于常压塔是复合塔，只有精馏段而无提馏段，因此每一个侧线产品一般还需设一个汽提塔作为提馏段，以保证产品质量。汽提塔的目的是对侧线产品用蒸汽汽提或热虹吸的方法，以除去侧线产品中的低沸点组分，使产品的闪点和馏程符合质量要求。最常用的汽提方法是采用温度比侧线抽出温度高的水蒸气进行直接汽提。汽提塔顶的气体则返回到侧线抽出层的气相部位。（4）减压塔减压塔的作用是在减压状态下，对经常压分馏后的常底油继续进行分馏，获得重柴、蜡油或者基础油等产品。常底油经减压炉加热到385左右进入减压塔，塔顶接抽真空系统，一般不直接出产品。抽真空系统抽出的油气冷凝后并入常二线或常三线作为柴油出装置。减一线出重柴油组分，部分可做装置机泵封油；减二、减三线出蜡油。蜡油可作催化裂化和加氢裂化原料。减压塔一般设有多个回流，即减一中回流、减二中回流和减三中回流及洗涤油回流等2。2.3.2 加热炉加热炉是常减压蒸馏装置取得精馏操作所需热量的基本设备。在加热炉的炉膛内，燃料燃烧产生高温火焰，通过辐射和对流的传热方式，把热量传递给炉管内的油品，从而把油品加热至一定温度。以防止辐射传热的部分成为辐射室；以对流传热的部分称对流室。另外，加热炉还附有加热饱和水蒸气以提供精馏过程中所需的过热水蒸气的任务。加热炉一般有圆筒炉、立式炉、双斜顶炉、方箱炉、箱式直立炉、无焰炉等。2.3.3 换热器换热器是炼油厂用以加热原料、回收热量、冷却产品的重要设备。在一个大型炼油装置中往往需要许多台换热器才能完成换热和冷却的任务。原油常减压蒸馏装置中，一般换热器约占建设总投资的20%，占工艺设备重量的40%左右。按其作用可分为：换热器、冷凝器、冷却器、加热器、蒸发器、和重沸器等。2.3.4 减压塔抽空装置为了造成减压塔的真空，在塔顶馏出线上安装真空设备。由于抽真空方式有间接冷凝和直接冷凝两种，所以需要的设备也不同。在直接冷凝中，有大气冷凝器、混合冷凝器和蒸汽喷射抽空器；在间接冷凝中有管壳式冷凝器和蒸汽喷射抽空器。2.3.5 机泵在化工生产中，为满足工艺条件的要求，常需要把液体从一处送往另一处，有时还需要提高液体的压力或将设备抽成真空，这就需要为流体提供能量的输送设备。通常，我们把用来抽吸输送液体和使液体增加压力的机器统称为泵。机泵的种类有很多，在常减压蒸馏装置中常用的是离心泵5。2.4 蒸馏工艺参数设计2.4.1 常压塔工艺参数操作指标一温度（1）塔顶温度常减压蒸馏温度的控制主要是塔顶温度、侧线抽出温度和进料温度。塔顶温度主要是塔顶产品在其本身油气分压下的露点温度。塔顶温度可以灵敏的反应塔内热平衡的变化，温度的变化还反应塔内气液相负荷的变化。常压塔和初馏塔塔顶主要生产石脑油，石脑油主要根据下游装置对产品的要求，控制其馏程。操作中通过调节塔顶温度控制其馏程范围，在操作压力条件下，提高顶温，干点降低，塔顶产品收率降低。同样产品质量若不能满足要求，石脑油干点较高，馏程较重，可适当降低塔顶温度，石脑油干点稍低，馏程较轻可适当提高塔顶温度。通过调节塔顶温度可实现对塔顶产品质量的控制，塔顶温度是控制塔顶产品质量的重要手段。（2）侧线抽出温度分馏塔侧线抽出温度出产品在该处油气压下的泡点温度。在进料量和温度一定的情况下，侧线抽出温度的高低与侧线抽出量的大小有关，增大侧线抽出量，抽出温度升高，减小抽出量侧线温度降低。侧线抽出量的变化直接影响着塔内气液相负荷分布，对塔内分馏效果和侧线馏分效果和侧线馏分影响较大。（3）进料温度分馏塔进料温度主要是根据操作压力、油品的性质和所需的汽化率所决定。过汽化率低提高，就越省能；从生产操作度看，提高进料温度，从节能角度看就越省能；从生产操作角度看，提高进料温度，过汽化率提高，可以降低常底油。350前馏分含量，提高轻油产率，常压塔闪蒸段压力与汽提蒸汽量保持不变时，汽化段提高4，常压塔汽化率可以增加1%。常压过汽化率第上升一个百分点，则加工每吨原油能耗增加8.37MJ，并且过汽化率过高，过汽化油和与过汽化油相邻的侧线拔出率高，内回流量增大，分馏精度提，分馏精提高，侧线馏分的馏程变窄。进料温度确定后一般保持相对恒定，不作为调节手段，常压加热炉出口温度，生产喷气燃料时，最高加热温度一般为360365，而生产一般石油产品时可放宽至370。（4）进料段和塔底温度（作为汽提控制）进料段温度是汽化的气相温度。进料段温度3和进料线温度有一个温降，它是由进料在进料段进一步汽化和与塔内过汽化油换热共同引起的。塔底温度是常压重油经汽提后的温度，由于部分组分的汽化，塔底温度较进料温度略低，在一定程度上也反映了汽提段的汽提效果。（5）汽提塔温度侧线产品经汽提塔汽提后，由于部分组分汽化吸热，侧线汽提塔的温度一般较侧线抽出温度低，温度的变化反映了侧线产品抽出时的组成和汽提蒸汽量的大小，可以作为调节侧线产品质量的参数。在油品的闪点和初馏点低时，其调节手段之一就是适当增加提蒸汽量。二压力常压塔的压力一般是通过塔底回流罐气相通大气取得平衡。假如回流罐顶的低压可燃气体引至加热炉作为燃料时，这时的塔顶压力由低压可燃气体从加热炉放出来取得压力平衡。所以，常压塔的压力不设压力调节系统只设压力记录。塔顶压力反应了整个塔内操作压力的大小。塔顶压力低，可以使汽化段保持低较油气分压，有利于拔出率的提高，当气化段温度和汽提蒸汽量不变时，汽化段压力降低15.3kPa,可以使汽化率提高1%。塔顶压力高，在保持相同的汽化率下，需要较高的进料温度，不利于拔出率的提高，也使燃料消耗增大，但由于整个塔的操作温度上升，侧线和回流抽出温度升高，有利于热量的回收。塔顶压力除塔顶冷凝冷却系统的压降影响外，引起塔顶压力变化还有其它较多的因素，操作中炉出口温度升高时，原油性质变轻、进料量增大，都会使塔内气相负荷增大，引起塔顶压力上升，而原油含水量增加，常压塔汽提蒸汽量增加，或回流带水也会使塔顶压力升高。当塔顶压力变化应及时查找分析原因，采取措施首先稳定塔压力，并对操作相应调节，保证产品质量。塔顶压力是控制产品质量的重要参数，操作中要密切注意塔压的变化。三回流回流是分馏塔操作的必要条件，分馏塔精馏段内上升的气相与液相在回流在塔板上充分接触，每块都进行着同样的传质和传热过程，进行着部分汽化和部分冷凝的过程。塔内回流量由上而下逐层减少，温度由下而上则逐层降低，油品组成越往上越轻越往下越重。气液两项在一定的条件下，由平衡到不平衡、由不平衡到平衡这一规律交替进行气化和冷凝的变化，如此反复，最终达到分离产品的目的。回流操作不仅改变塔内气液负荷，影响每一块塔板的分馏效果，同时也改变了塔内气液负荷，影响每一块塔板的分馏效果，同时也改变了塔的热平衡和塔内和塔热量分布。回流的形式有三种：塔顶回流、塔顶循环回流和中段循环回流。四液位和流量常减压蒸馏过程有比较多的液位和界位控制，如回流罐的液位控制、电脱盐罐的界位、汽提塔液位以及减压塔的中段集油箱液位控制等。在众多的液位控制参数数中，初馏塔底液位、常压塔底液位以及减压塔底的液位控制是最为重要的三个参数，直接关系到装置的物料平衡和和平稳操作。因为液位的控制与进出装置各物流量密切相关，实际操作中，要么以进料量大小调节液位的高低，要么液位的高低，要么以液位的高低控制出装置的物流流量，液位和流量的稳定是装置平稳操作的关键。初馏塔液位的控制一般是固定塔底泵流量，以原油泵流量的变化即初馏塔进料量来稳定初馏塔底液面。这样常压炉的进料量稳定，炉出口温度容易控制，有利于常压塔的平稳操作。常压炉进料量的大小直接关系到常减压蒸馏装置加工量的高低，装置加工量的控制主要以控制和调节常压炉的进料量来实现，提高常压炉进料量来实现，提高常压炉进料，则使装置加工量增大，降低常压炉进料，则使装置加工量减小。2.4.2 加热炉工艺参数操作指标一温度加热炉是利用燃料在炉膛内燃烧产生的热量，将炉内炉管中通过的物料加热至下游工艺过程所需的温度，很好的满足下游工艺过程对工艺介质温度的要求。加热炉出口温度的控制是加热炉操作的目的和操作核心。其包括：1.炉出口温度，炉出口温度是指被加热介质流出加热炉时的温度；2.炉膛温度，又称火墙温度，是指烟气离开辐射室进入对流室的温度；3.炉膛四角温度；4.对流段温度；5.排烟温度；二压力在加热炉的操作中，压力控制，不仅关系着加热炉的平稳运行，而且也关系着加热炉的常周期安全运行，它包括对炉膛压力、燃料压力、雾化蒸汽压力的监控。为保证加热炉长期、平稳、高效、安全的运行，各个企业常常把这些压力参数作为加热炉的工艺控制指标，在日常的操作和维护中严格加以执行。包括：有炉膛压力、燃料气压力和雾化蒸汽压力。三过剩空气系数和烟气含氧量炉子供风是保证燃料充分燃烧的重要的条件，供风不足，将使燃料燃烧得不到足够得氧气，燃料不能充分燃烧，增大燃料得不完全燃烧得热损失，增大了对燃料得消耗，降低了加热炉得热效率，严重通风不足，将造成炉膛黑暗，烟道气中一氧化碳含量增加，烟囱冒黄烟，甚至在对流室、烟囱、或空气预热器内发生二次燃烧或爆炸，损坏炉管等设备，给加热炉得安全运行带来不利得影响；供风量过大，不仅降低火焰燃烧温度，影响了炉子得辐射传热效果，同时由于烟气量得增大，增大了排烟热损失使炉子热效率降低。因此，加热炉的供风操作显得尤为重要。四加热炉进料量常减压蒸馏装置加热炉进料量，直接关系到装置的加工量，进料量发生变化或波动都会打破装置原有的物料平衡，进而影响到装置的热量平衡，不仅影响加热炉的运行工况，还将影响蒸馏装置的操作，引起操作波动，影响产品质量和装置的安全生产。2.5 分馏塔控制方案设计分馏塔的控制方案设计要保证分馏塔的能够安全、平稳的运行。分馏塔的平稳操作实质就是控制好塔的物料平衡、热量和气液相平衡。物料平衡指的是单位时间内进塔的物料量应等于离开塔的诸物料量之和。物料平衡体现了塔的生产能力，它主要是靠进料量和塔顶、塔底出料量来调节的。气液相平衡是指气液两相不同状态的混合物，存在一个系统中，在两相间进行物质传递，最终系统的温度、压力保持恒定，各相的组成保持不变。气液相平衡主要体现了产品的质量及收率损失情况。它是靠调节塔的操作条件（温度、压力）及塔板上气液接触的情况来达到的。热量平衡是指进塔热量和出塔热量的平衡，具体反映在塔顶温度上。热量平衡是物料平衡和气液相平衡得以实现的基础，反过来又依附于他们。掌握好物料平衡、气液相平衡和热量平衡是精馏塔操作的关键所在，三个平衡之间相互影响、相互制约。在操作中通常是以控制物料平衡为主，相应调节热量平衡最终达到气液相平衡的目的。（1）对常压塔顶温度控制塔顶的温度通过塔顶回流进行控制。为克服回流方面的干扰，确保塔顶温度稳定，通常采用塔顶温度回流流量串级调节系统。在塔顶采用空冷器时，外回流温度往往拨动较大，为保证塔的稳定操作，有时考虑内回流控制。当顶回流量有较大波动时，副回路可以进行超前控制，把顶回流量波动控制在一定的范围内，使对温度的影响减小，温度的设定值是由已知的原油和塔的各侧线产品实沸点蒸馏曲线4，塔上各部位的温度、压力以及入塔出塔各物流的流量等实时参数，通过物料平衡和热平衡计算得出。由于工艺对塔顶产品质量要求较高，所以这部分的控制是常压塔控制的关键。顶回流量的温度早40左右，回流罐压力在0.110.3MPa，塔顶温度为85120。如图2.1所示。图2.1 常压塔顶温度-回流串级控制及进料流量控制（2）常压塔顶压力控制常压塔的压力一般是通过塔顶回流罐气相通大气取得平衡。假如回流灌顶的低压气体引致加热炉作为燃料时，这时的塔顶压力由低压气体从加热炉放出来取得压力平衡。所以，常压塔顶的压力不设压力调节系统。（3）对进料量进行控制，在其他条件一定时，当进料量太大就会使塔顶温度升高不利于蒸馏，这时我们采用单回路控制其进料量，使控制阀的开度减小，是进料量恢复正常。相反，当进料量太小，应加大控制阀开度。如图2.1所示。（4）常压塔侧线抽出流量控制常压塔侧线引出喷气燃料和轻重柴油等馏分，对侧线汽提塔的液位汽提塔塔底馏出量分别采用单回路定值控制。这时汽提塔液位的较大波动不会影响轻质组分的吹出即初馏点的变化。一般汽提塔的液位控制的控制阀安装在常压分馏塔侧线的馏出口管线上。在进料量和温度一定的情况下，侧线抽出温度的高低与侧线抽出量的大小有关。增大侧线抽出量，抽出温度升高，减小抽出量，侧线温度降低。侧线抽出量的变化直接影响着塔内气液相负荷分布，对塔内分馏效果和侧线馏分影响较大侧线温度降低，反映侧线馏分变轻，要适当增加侧线抽出量，侧线温度升高则侧线馏分变重，就应适当降低侧线抽出量。因此在实际操作中侧线抽出多为流量控制。如图2.2所示。图2.2 常压塔侧线抽出流量控制（5）回流控制中段回流的控制一般倾向于大流率小温差。大流率有助于提高传热系数，小温差有助于提高取热温位，国外的经验是每个中段回流的取热量应占该段剩余热量的60%70%，以确保该中段回流上部塔板有足够的内回流，使上一侧线生产出合格的产品。中段回流的取热传统控制方案是采用中段回流流量控制5，加上回流返塔进口处的气相温度，调节和控制中段取热。如图2.3所示。图2.3 常压塔中段回流取热控制（6）常压塔底液位与液位控制 图2.4 常压塔底液位与流量的串级控制常压塔塔底产物为常压重油。常压塔即要保持塔底液位在一定范围内稳定，又要保正减压炉进料流量的稳定，因此一般采用液位与流量组成的均匀串级调节系统。控制方案如图2.4所示。把塔底液位作为被控变量流量为副变量。塔底液位做主变量可以使塔底储存的油与蒸汽能有充分的接触，确保停留时间，有利于轻馏分的吹出。这液位不能过低也不能过高。前者造成停留时间太短轻馏分被塔顶油带走，后者重质馏分会被上升蒸汽带走，将会影响临近塔底的侧线抽出产品的质量。塔顶流量为副变量，可以使塔底产品即减压塔进料量的波动减小，以减缓进料变化对减压炉温度控制和减压塔平稳操作的影响。如图2.4所示对常压塔控制影响的量还有很多，在这里我们只对起主要作用的量进行了控制。2.6 常压炉控制方案设计（1）温度常压炉的作用是把原料油加热至360370，形成的气液混合物送入常压塔，所以其主要控制指标为炉出口温度。加热炉炉出口温度控制一般都采用串级调节控制系统，串级调节的副控制回路能及时测量到来自燃料波动的干扰，并对此加以控制，缩短了反馈和调节的通道，为路出口温度的控制创造了有利的条件，对于主回路的干扰，福控制回路虽然不能直接进行调解，但由于福控制回路能及时测量到来自燃料波动的干扰，并快速进行消除，加快了调解过程，减少了动态偏差。如图2.5所示。（2）进料量对于常压炉的进料（原料油）采用单回路流程控制，这样可以保持进料量稳定。如图2.5所示。这里我们采用炉膛温度和燃料气压力进行船机控制。如图2.6所示。炉膛负压是指内压力与炉外同标高处大气压力之差。她它是炉膛抽力大小的反应，炉膛负压不足，将会造成空气入炉困难，烟气不能及时排除，燃烧不能正常进行，严重会造成炉膛回火爆炸。炉膛负压过大，将会造成加热炉漏风量增大，大量空气进入炉膛，这不仅会造成炉管的加速氧化脱落，而且还会造成加热炉热效率的降低。图2.5 常压炉的温度和进料量控制自然通风炉，一般是通过调节烟道挡板的开度来调节路膛负压的，对强制通风的加热炉是通过引风机入口蝶阀的开度来控制路膛负压的。燃料压力也是加热炉日常操作中的一个重要工艺指标，我们通过燃料压力与炉出口温度串级控制。如图2.6所示。图2.6 燃料压力与炉出口温度串级控制第3章 原油预处理电脱盐设计及装置节能和设备防腐措施从地下油层中开采出来的石油都伴有水，如NaCl,MgCl2和CaCl2等这些水中都溶解有无机盐。原油含水含盐给原油运输，储存，加工和产品质量都会带来危害。在油田，原油经过脱水和稳定，可以把大部分水及水中的盐脱除，但仍有部分水不能脱除，因为这些水是以乳化状态存入原油中。3.1 金属盐类等杂质对原油蒸馏过程的影响原油中的盐类和水的存在对加工过程的危害主要表现在：（1）在换热器，加热炉中，随着水的蒸发，盐类沉积在管壁上形成盐垢，不仅降低了传热效率，也会减少管内流通面积而增大流动阻力，水汽化后体积明显增大也会造成系统压力上升，这些都会使原油泵的出口压力增大，严重时甚至会阻塞管路导致停工。（2）造成设备腐蚀。（3）影响二次加工原料的质量。3.2 电脱盐的原理原油中的盐大部分溶于所含水中，故脱盐脱水是同时进行的。为了脱除悬浮在原油中的盐粒，需要在原油中注入一定量的新鲜水（注入量一般为5%），充分混合，然后在破乳剂的高压电场作用下，使微小水滴逐步聚集成交大水滴，借重力从油中沉降分离，达到脱盐脱水的目的，通常被成为电化学脱盐脱水过程。原油乳化液通过高压电场时，在分散相水滴上形成感应电荷，带有正、负电荷的水滴在做定向位移时，相互碰撞而合称为水滴，从而加剧沉降。3.3 电脱盐工艺流程原油自管区进入装置，经换热达到规定温度，与破乳剂和水混合后从脱盐罐底部进入脱盐罐7，首先经弱电场进行脱水，在进入强电场中，此时原油中残存的水滴进一步凝结，最后形成大水滴，大水滴靠油水密度差继续下沉，进入脱盐罐底部的净水层中，进而被排除罐外，脱盐原油由灌顶流出，原油脱盐过程完成。原油电化学脱盐过程一般要经过三个步骤：一是向原油中注水，目的是稀释和洗涤原油中的盐分。二是原油注水充分混合，将原油中原有的盐水、沉淀物、晶结盐得到充分的稀释或溶解。其三尽可能多的将原油中的盐水分离出去，以达到原油脱盐的效果。3.4 蒸馏装置防腐蚀措施（1）“一脱四注”工艺防腐措施工艺防腐蚀措施主要是从工艺角度入手来解决问题。经国外炼油厂多年实践，摸索并形成了一整套包括原油脱盐、注碱、注氨（或胺）、注水和注缓蚀剂的工艺防腐措施，即所谓的“一脱四注”措施。由于注碱对二次加工装置的催化剂寿命影响很大，又易引起碱脆和设备结垢，目前在多数炼厂已基本取消，改为“一脱三注”，有的炼厂将注氨和缓蚀剂改为注有机胺中和剂，变为“一脱二注” 9。（2）选择耐蚀材料选择合适的耐腐蚀材料可以显著降低设备的腐蚀。根据各个部位的工艺特点及原油的性质，选择适当的耐腐蚀材料，如塔顶冷凝冷却系统主材料仍以碳钢为主。（3）选择表面涂层技术（4）操作条件的优化93.5 蒸馏装置节能措施1.优化操作，减少工艺总用能；（1）优化塔的设计，减少分离用能（2）采用新的节能型工艺流程（3）减少工艺用汽2.降低热量损失，提高热量回收率；（1）优化塔的取热比例（2）实施装置热联合（3）优化换热网络，提高原油换热终温3.提高热能转换和传输环节效率；（1）提高加热炉效率（2）采用高效换热器，提高换热效率（3）采用变频电机，降低电能损耗6第4章 蒸馏装置控制系统在组态软件中的实现及设备选型4.1 组态软件介绍从工业自动化控制角度来看，一般将监控软件称为工业组态软件或组态控制软件。自20世纪80年代初期诞生至今，组态软件已有20年的发展历史。应该说组态软件作为一种应用软件，是随着PC机的兴起而不断发展的。MCGS为解决工程监控问题提供了丰富多样的手段，从设备驱动（数据采集）到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出、曲线显示等各个环节，均有丰富的功能组件和常用图形库可供选用，用户只需根据工程作业的需要和特点，进行方案设计和组态配置，即可生成用户应用软件系统。设立“设备工具箱”，针对外部设备的特征，用户从中选择某种“构件”，设置于设备窗口内，赋予相关的属性，建立系统与外部设备的连接关系，即可实现对该种设备的驱动和控制。不同的设备对应于不同的构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，从这一意义上讲，MCGS是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备局部改动，而影响整个系统。利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面。以图象、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的的状态、品质及异常报警等有关信息。用变化大小、改变颜色、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果。图元、图符对象定义相应的状态属性，即可实现动画效果。同时，MCGS为用户提供了丰富的动画构件，模拟工程控制与实时监测作业中常用的物理器件的动作和功能。每个动画构件都对应一个特定的动画功能。如：实时曲线构件、历史曲线构件、报警显示构件、自由表格构件等。设立“对象元件库”，解决了组态结果的积累和重新利用问题。所谓对象元件库，实际上是分类存储各种组态对象的图库。组态时，可把制作完好的对象（包括图形对象，窗口对象，策略对象，以至位图文件等）以元件的形式存入图库中，也可把元件库中的各种对象取出，直接为当前的工程所用。随着工作的积累，对象元件库将日益扩大和丰富，组态工作将会变得越来越简单方便。MCGS组态软件的整体结构。MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成,图4.1为组态环境下和运行环境下的图标。两部分互相独立，又紧密相关。图4.1 组态软件的整体结构4.2 组态工程的五大部分组态软件所建立的工程由运行策略、主控窗口、设备窗口、用户窗口和实时数据库运行策略五部分构成9，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程（ifthen脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。图4.2 组态软件各窗口及功能主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。4.3 组态软件的动态效果组态软件为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对