常减压蒸馏装置极低负荷运行的困境剖析与破局策略

常减压蒸馏装置极低负荷运行的困境剖析与破局策略一、引言1.1研究背景与意义在石油炼制工业中，常减压蒸馏装置作为原油加工的第一道工序，占据着核心地位。它依据原油中各组分沸点的差异，通过常压蒸馏和减压蒸馏，将原油分离成汽油、煤油、柴油、蜡油及渣油等不同馏分，为后续如催化裂化、加氢裂化等二次加工工序提供关键原料，其运行状况直接关乎整个炼油厂的生产效率、产品质量和经济效益。在实际生产过程中，常减压蒸馏装置有时会面临极低负荷运行的情况。装置负荷率与能源损耗密切相关，当常减压蒸馏装置处于极低负荷运行时，能耗会显著增加。加热炉作为装置的主要耗能设备，在低负荷下，其燃料燃烧效率降低，导致燃料消耗增多，同时，装置整体的散热损失相对增加，进一步提高了单位产品的能耗成本。以国内部分炼油厂为例，当常减压蒸馏装置负荷率低于50%时，单位能耗可比正常负荷时高出20%-30%，这无疑极大地降低了炼油厂的经济效益。极低负荷运行还会对产品质量造成负面影响。在低负荷状态下，蒸馏塔内的气液平衡被打破，导致各侧线产品的馏程变宽，分离精度下降，产品质量不稳定。常一线油的闪点、密度等指标可能出现波动，影响其作为煤油或柴油调和组分的质量；减压馏分油的质量也难以满足后续加氢裂化等工艺对原料的严格要求，进而影响整个炼油流程的产品质量和生产稳定性。从设备安全角度看，极低负荷运行会使设备面临更大的风险。加热炉在低负荷运行时，炉管内物料流速降低，停留时间延长，容易导致炉管结焦，影响加热炉的传热效率，甚至引发炉管烧穿等安全事故。某炼油厂常减压装置在极低负荷运行时，减压炉炉管出现了结焦现象，不仅增加了清焦成本，还导致装置被迫停工检修，严重影响了生产的连续性。此外，低负荷运行时，泵、压缩机等设备的工作效率降低，机械磨损加剧，缩短了设备的使用寿命，增加了设备维护和更换的成本。由此可见，深入研究常减压蒸馏装置极低负荷下的生产运行问题，并提出切实可行的对策，对于提高炼油厂的生产效率、降低能耗、保障产品质量和设备安全，具有重要的现实意义。这不仅有助于炼油企业应对市场变化和原料供应波动带来的挑战，提升自身的竞争力，还能为石油炼制行业的可持续发展提供有力支持。1.2国内外研究现状在常减压蒸馏装置极低负荷运行的研究领域，国内外学者和工程技术人员已开展了大量工作，并取得了一系列有价值的成果。国外在常减压蒸馏技术研究方面起步较早，技术较为成熟。美国、日本等发达国家的研究主要集中在优化蒸馏工艺、提高装置自动化水平以及研发高效节能设备等方面。通过对蒸馏塔内件进行优化设计，如采用新型高效塔板和填料，改善气液传质效果，提高分离精度，以适应不同负荷下的生产需求；运用先进的自动化控制系统，实时监测和调整装置的运行参数，实现对极低负荷工况的精准控制，有效降低能耗和提高产品质量稳定性。国内的研究也紧跟国际步伐，结合国内炼油厂的实际情况，在常减压蒸馏装置的节能降耗、优化操作以及应对极低负荷运行等方面取得了显著进展。学者们通过对装置的工艺流程进行模拟分析，找出极低负荷下影响装置性能的关键因素，并提出针对性的改进措施。针对加热炉在低负荷下热效率降低的问题，研究开发了新型燃烧器和余热回收系统，提高燃料利用率，减少热量损失；在原油换热方面，优化换热网络，采用高效换热器和强化传热技术，提高换热终温，降低装置能耗。然而，当前研究仍存在一些不足之处。一方面，对于极低负荷下常减压蒸馏装置的系统研究还不够全面和深入，各部分研究成果之间缺乏有效的整合和协同应用。现有研究大多侧重于单一设备或局部工艺的优化，而对装置整体性能的综合提升考虑较少，未能充分发挥各部分改进措施之间的协同效应，难以实现装置在极低负荷下的全面优化运行。另一方面，在应对极低负荷运行的动态过程研究方面还相对薄弱。常减压蒸馏装置在负荷变化过程中，各设备和工艺参数之间存在复杂的相互影响和动态响应，但目前的研究在这方面的模型建立和分析方法还不够完善，无法准确预测装置在不同负荷变化情况下的运行状态，从而影响了应对策略的及时性和有效性。此外，随着环保要求的日益严格，常减压蒸馏装置在极低负荷运行时的污染物排放问题也逐渐受到关注，但相关研究还处于起步阶段，缺乏系统的减排技术和措施。综上所述，尽管国内外在常减压蒸馏装置极低负荷运行方面已取得一定成果，但仍存在诸多有待完善和深入研究的空间。本研究旨在通过对现有研究成果的梳理和分析，结合实际生产数据，深入探讨常减压蒸馏装置极低负荷下的生产运行问题，并提出更加全面、系统、有效的应对策略，以填补当前研究的不足，为炼油企业的实际生产提供更具针对性和实用性的指导。1.3研究内容与方法本研究围绕常减压蒸馏装置极低负荷下的生产运行展开，从多方面深入剖析，旨在全面揭示问题并提出有效解决对策。在问题分析方面，本研究全面梳理常减压蒸馏装置在极低负荷运行时出现的各类问题。从能耗角度，详细分析加热炉、泵、压缩机等设备在低负荷下的能源利用效率，研究如何降低单位产品的能耗成本。针对产品质量问题，深入探究蒸馏塔内气液平衡变化对各侧线产品馏程、密度、闪点等质量指标的影响机制。在设备安全层面，重点分析加热炉炉管结焦、设备机械磨损加剧等问题产生的原因及可能引发的安全事故。为获取更具实际价值的研究成果，本研究选取具有代表性的炼油厂常减压蒸馏装置作为案例研究对象。收集其在极低负荷运行期间的详细生产数据，包括装置负荷率、能耗数据（燃料消耗、电能消耗等）、产品质量指标以及设备运行参数（温度、压力、流量等）。通过对这些数据的深入分析，找出该装置在极低负荷运行时存在的具体问题，总结其在应对极低负荷运行过程中的经验与教训，为后续提出针对性的对策提供实践依据。基于对问题的分析以及案例研究的结果，本研究提出一系列切实可行的应对常减压蒸馏装置极低负荷运行的对策。在工艺优化方面，通过调整蒸馏塔的操作参数（如回流比、塔板效率等），优化原油换热流程，提高换热终温，以降低能耗并提升产品质量。在设备改造与维护方面，针对加热炉，采用新型燃烧器、优化炉管结构等措施，提高热效率，减少炉管结焦风险；对于泵、压缩机等设备，进行合理选型和优化维护，降低机械磨损，延长设备使用寿命。同时，从操作管理层面出发，加强操作人员培训，提高其应对极低负荷运行的操作技能和应急处理能力；建立完善的设备监控系统，实时监测设备运行状态，及时发现并解决问题。在研究过程中，本研究综合运用多种研究方法，确保研究的科学性和可靠性。通过广泛查阅国内外相关文献，全面了解常减压蒸馏装置极低负荷运行的研究现状、技术进展以及存在的问题，为研究提供坚实的理论基础。对实际炼油厂常减压蒸馏装置的运行数据进行统计分析，运用数据挖掘和统计分析方法，深入挖掘数据背后的规律和趋势，找出影响装置极低负荷运行的关键因素。通过对典型案例的深入研究，总结成功经验和失败教训，为提出具有针对性和可操作性的对策提供实践支持。这些研究方法相互补充、相互验证，共同推动本研究的顺利进行，为解决常减压蒸馏装置极低负荷运行问题提供全面、系统的研究成果。二、常减压蒸馏装置及极低负荷运行概述2.1常减压蒸馏装置工艺流程常减压蒸馏装置是原油加工的关键环节，其工艺流程主要包括原油预处理、常压蒸馏和减压蒸馏三个核心部分，各部分相互关联，共同实现原油的高效分离和馏分的精准切割。原油预处理是常减压蒸馏的首要步骤，其核心任务是脱除原油中的盐分和水分。原油从油库经泵输送至装置后，首先进入换热器，与装置内的高温馏分油进行热量交换，使原油温度升高至105-160℃。在此温度区间，原油的黏度降低，有利于后续的脱盐脱水操作。随后，升温后的原油进入电脱盐罐，这是原油预处理的关键设备。在电脱盐罐中，向原油中注入占原油质量5%-12%的含氯低的新鲜水，并添加适量的破乳剂和脱金属剂。破乳剂的作用是破坏原油中油水乳化液的稳定性，使微小水滴能够相互聚并；脱金属剂则用于脱除原油中的金属杂质，防止其对后续加工过程产生不良影响。在注入这些添加剂后，原油与水充分混合，形成新的乳状液。此时，在高压电场（电场梯度通常为500-1000V/cm强电场区，150-300V/cm弱电场区）的作用下，微小水滴受电场极化作用聚集成大水滴，由于水与油的密度差异，大水滴借助重力从油中沉降分离，从而实现原油的脱盐脱水。经过两级电脱盐脱水工艺后，要求原油中水的含量降至0.1%-0.2%，盐含量降至5-10mg/L，以满足后续蒸馏工序对原油质量的要求。经过预处理的原油进入常压蒸馏环节。原油先通过换热器进一步升温，随后进入常压炉。在常压炉中，原油被加热至360-380℃，获得足够的能量使其部分汽化。高温原油从常压炉出来后，进入常压塔。常压塔是一个具有多层塔板（一般为30-50层）的精馏设备，其内部存在复杂的气液传质过程。在常压塔中，根据各组分沸点的不同，轻组分不断汽化上升，在塔顶得到富集；重组分则不断冷凝下降，在塔底得到富集。塔顶逸出的油气主要为轻石脑油和常顶气，经冷凝冷却后，轻石脑油一部分作为回流返回塔顶，以控制塔顶温度和保证精馏效果，另一部分作为产品送出装置，可作为化工原料或重整原料；常顶气则可进行回收利用。常一线、常二线和常三线分别采出航煤、柴油等产品。这些侧线产品在采出后，通常会进入汽提塔，通过通入水蒸气，进一步脱除其中的轻组分，以提高产品质量，确保产品的闪点、馏分轻端等指标符合要求。常压塔底的产物为常底油，主要是蜡油及渣油混合物，可作为催化裂化装置的原料，也可进入减压蒸馏系统进一步处理。常压塔底油经常底油泵升压后，进入减压蒸馏阶段。首先，常底油进入减压炉被加热至380-410℃，由于常压渣油中含有大量高沸点组分，在常压下难以气化分离，且高温下易发生裂解反应，因此需要在减压条件下进行蒸馏。加热后的常压渣油进入减压塔，减压塔通过抽真空系统，将塔内压力降低至较低水平（一般为1-10kPa），从而降低油品的沸点，使高沸点组分在较低温度下得以汽化分离。减压塔内同样设有多层塔板或高效填料，以促进气液传质。减压塔顶馏出的主要是轻烃和减顶油，可作为产品回收或进一步加工。减一线、减二线和减三线分别采出柴油、蜡油等产品。减压塔底的产物为减压渣油，可根据生产需求，用作丙烷脱沥青原料、氧化沥青、焦化、减粘裂化或渣油加氢原料，也可作为燃料油调合出厂。为了提高减压蒸馏的分离效果，部分减压塔还会在塔底注入少量蒸汽，以降低塔内油气分压，促进高沸点组分的汽化；同时，在最重侧线与进料段之间设置1-2个洗涤段，通过洗涤油对上升的油气进行洗涤，减少重组分携带的杂质，提高侧线产品的质量。2.2极低负荷运行的界定及常见场景在石油炼制领域，常减压蒸馏装置的负荷水平是衡量其运行状态的关键指标之一。极低负荷运行通常指装置的加工量显著低于其设计负荷。目前，行业内虽尚未形成统一的极低负荷标准，但一般将装置负荷率低于50%视为极低负荷运行状态。这一界定并非随意确定，而是综合考虑了装置在不同负荷下的能耗、产品质量、设备运行稳定性等多方面因素。当负荷率低于50%时，装置内各设备的运行工况发生明显变化，能源利用效率大幅下降，产品质量波动加剧，设备面临的安全风险也显著增加。在极低负荷运行时，常减压蒸馏装置呈现出一系列独特的特点。装置内的物料流量大幅减少，这使得各塔内的气液负荷降低。在蒸馏塔中，气液传质过程依赖于合适的气液流量和接触面积，极低负荷下，气液接触不充分，传质效率急剧下降，进而导致产品的分离精度难以保证。由于物料流量小，设备内的流速降低，尤其是加热炉炉管内的物料流速，这使得物料在炉管内的停留时间延长，增加了炉管结焦的风险。导致常减压蒸馏装置极低负荷运行的常见情况较为复杂，市场因素和生产安排等多方面原因均可能引发。市场需求的大幅波动是常见原因之一。在经济形势不稳定或行业竞争激烈的情况下，油品市场需求可能突然萎缩。在全球经济危机期间，工业生产放缓，交通运输业需求下降，导致汽油、柴油等成品油的市场需求锐减，炼油厂为避免产品积压，不得不降低常减压蒸馏装置的负荷，使其进入极低负荷运行状态。原油供应的不稳定也是导致装置极低负荷运行的重要因素。原油供应受到国际政治局势、自然灾害、油田开采状况等多种因素的影响。当国际地缘政治冲突导致原油进口受阻，或者油田遭遇自然灾害影响开采时，炼油厂可能面临原油供应不足的困境，从而被迫降低常减压蒸馏装置的负荷。此外，炼油厂内部的生产调整和设备检修也会使装置进入极低负荷运行状态。为了优化生产流程、提高产品质量或进行设备的维护保养，炼油厂可能会对常减压蒸馏装置进行临时的减产或停产操作，在这个过程中，装置会经历极低负荷运行阶段。三、极低负荷下生产运行问题分析3.1设备运行问题3.1.1减压炉冷油流速偏低与结焦风险在常减压蒸馏装置的正常运行过程中，减压炉冷油流速保持在一个合理的范围，能够确保物料在炉管内均匀受热，避免局部过热现象的发生。然而，当装置处于极低负荷运行状态时，减压炉的进料量大幅减少，这直接导致了减压炉冷油流速显著降低。正常负荷下，减压炉冷油流速一般可维持在1.5-2.0m/s，但在极低负荷时，冷油流速可能降至0.8m/s以下。这种冷油流速的降低，使得物料在炉管内的停留时间明显延长。物料在炉管内长时间停留，会导致其受热时间增加，进而引发一系列不利于装置运行的问题。物料中的重组分在长时间高温作用下，会发生脱氢、缩合等复杂的化学反应，这些反应会逐渐生成焦炭等物质，附着在炉管内壁上，形成结焦现象。结焦的形成对减压炉的传热效率产生严重的负面影响。随着结焦层在炉管内壁的不断增厚，炉管的导热性能逐渐下降。炉管原本良好的传热能力被削弱，使得热量难以有效地传递给管内的物料，导致炉管表面温度升高。炉管表面温度的异常升高，不仅增加了能源消耗，还会使炉管材料的性能发生变化，如强度降低、脆性增加等。当炉管表面温度超过其材料的许用温度时，炉管可能会发生鼓包、破裂等严重损坏，这将直接影响减压炉的安全稳定运行，甚至可能引发火灾、爆炸等重大安全事故，给炼油厂带来巨大的经济损失和安全隐患。3.1.2减压塔底渣油停留时间过长与结焦风险在常减压蒸馏装置的运行中，减压塔底渣油的停留时间是一个关键参数，它对装置的正常运行和产品质量有着重要影响。当装置处于极低负荷运行状态时，减压塔的进料量大幅减少，这使得减压塔底渣油的停留时间显著延长。在正常负荷下，减压塔底渣油的停留时间一般控制在较短的范围内，约为1-2小时，但在极低负荷时，停留时间可能会延长至4小时以上。渣油是原油经过蒸馏后剩余的重质组分，其中含有大量的胶质、沥青质等大分子物质。在减压塔底的高温环境下，这些大分子物质本身就具有较高的反应活性。当渣油停留时间过长时，它们在高温的持续作用下，会发生更为剧烈的分解和缩合反应。分解反应会产生小分子的气体和轻质馏分，而缩合反应则会使大分子物质进一步聚合，形成更大分子量的焦炭前驱体，这些前驱体最终会转化为焦炭，在减压塔底和塔壁上逐渐沉积。随着结焦的不断发展，减压塔的运行会受到多方面的严重影响。结焦会导致塔底的流通面积减小，使得渣油的排出变得困难，进而造成塔底液位升高。为了维持塔底液位的稳定，操作人员不得不降低装置的处理量，这进一步加剧了装置的低负荷运行状态。结焦还会影响减压塔内的气液分布，使气液传质效率降低，导致产品的分离效果变差，产品质量下降。例如，减压渣油中的杂质含量会增加，影响其后续作为燃料油或其他加工原料的使用性能；减压馏分油的馏程变宽，影响其作为催化裂化、加氢裂化等二次加工装置原料的质量。此外，结焦还会增加设备的腐蚀风险，缩短设备的使用寿命，增加设备维护和更换的成本。3.1.3减压塔内汽液相负荷偏低与干吹结焦风险在常减压蒸馏装置的减压塔中，正常的汽液相负荷对于保证蒸馏过程的高效稳定运行至关重要。当装置处于极低负荷运行状态时，减压塔的进料量大幅减少，这直接导致塔内的汽液相负荷显著偏低。正常负荷下，减压塔内的汽相负荷能够提供足够的上升动力，使气相中的轻组分能够顺利上升，与液相中的重组分进行充分的传质传热；液相负荷则能保证塔板上有足够的液体，形成良好的液膜，促进气液之间的物质交换。但在极低负荷时，汽相负荷可能降至正常情况的40%以下，液相负荷也会大幅降低。汽液相负荷偏低会引发干吹结焦现象。当汽相负荷过低时，气相无法携带足够的热量和动量，导致塔内的液体无法被充分汽化和携带上升。此时，塔板上的液体可能会在重力作用下迅速流下，而气相则无法与之充分接触，形成干吹状态。在干吹状态下，塔板上的液体分布不均匀，局部区域的液体流量过小，甚至出现干涸现象。这使得塔板上的物料无法得到有效的传热和传质，导致局部温度升高。在高温和物料停留时间过长的双重作用下，塔板上的物料会发生裂解、缩合等反应，生成焦炭等物质，附着在塔板和塔壁上，形成干吹结焦。干吹结焦现象会对减压塔的性能产生严重的危害。结焦会使塔板的效率大幅降低，导致塔内的分离效果变差。原本能够通过塔板实现有效分离的轻重组分，由于结焦的影响，无法充分进行传质传热，使得轻组分中混入较多的重组分，重组分中也含有较多的轻组分，产品质量受到严重影响。结焦还会增加塔内的阻力，导致塔顶压力升高，为了维持塔顶压力在正常范围内，抽真空系统需要消耗更多的能量，增加了装置的能耗。此外，结焦还会加速塔板和塔壁的腐蚀，缩短设备的使用寿命，增加设备维护和检修的工作量和成本。3.2产品质量问题3.2.1分馏精度下降在常减压蒸馏装置中，分馏精度是衡量产品质量的关键指标之一，它直接取决于蒸馏塔内的气液传质效率和塔板效率。当装置处于极低负荷运行状态时，蒸馏塔内的气液平衡被严重打破，进而导致分馏精度显著下降。以常压蒸馏塔为例，在极低负荷下，塔内的气相负荷大幅降低。气相作为携带热量和轻组分上升的载体，其负荷的降低使得轻组分无法充分汽化并上升至塔顶。这导致塔顶产品中重组分的含量增加，如汽油馏分中混入了过多的煤油或柴油组分，使得汽油的干点升高，馏程变宽，辛烷值等质量指标受到影响。同时，由于气相负荷不足，气液接触不充分，塔板上的液膜无法得到有效的更新和扰动，传质效率降低，使得各侧线产品之间的分离效果变差，相邻侧线产品的重叠度增加。常一线产品中可能含有较多的常二线产品组分，导致常一线产品的闪点、密度等指标偏离正常范围，影响其作为煤油或柴油调和组分的质量。对于减压蒸馏塔，极低负荷运行同样带来严重问题。减压塔的作用是在较低压力下将常压渣油中的高沸点馏分进一步分离出来，为后续加工提供优质原料。然而，在极低负荷时，减压塔内的汽液相负荷均偏低。汽相负荷低使得高沸点组分难以充分汽化，液相负荷低则导致塔板上的液体分布不均匀，局部区域液体流量过小。这使得减压塔内的分馏过程难以正常进行，各侧线产品的馏出率异常。减压蜡油的馏出率可能降低，而减压渣油中的轻组分含量增加，导致减压渣油的残炭值、沥青质含量等指标发生变化，影响其作为燃料油或其他加工原料的性能。此外，由于分馏精度下降，减压馏分油的质量难以满足后续加氢裂化、催化裂化等工艺对原料的严格要求，如馏分油中的杂质含量增加，会影响催化剂的活性和寿命，进而影响整个炼油流程的产品质量和生产稳定性。3.2.2产品收率降低常减压蒸馏装置的产品收率是衡量装置经济效益的重要指标之一，它直接关系到炼油企业的生产成本和市场竞争力。在极低负荷运行状态下，装置的产品收率会受到显著影响，各馏分的收率均出现不同程度的降低。在极低负荷下，原油的处理量大幅减少，这使得各馏分的绝对产量相应降低。由于蒸馏塔内的气液平衡被打破，分馏精度下降，各馏分之间的分离效果变差，导致部分馏分不能充分分离出来，进一步降低了产品收率。轻馏分在塔内的汽化不完全，部分轻馏分随重馏分一起被采出，使得轻馏分的收率降低；重馏分中混入了较多的轻馏分，导致重馏分的质量下降，收率也受到影响。以汽油馏分为例，在极低负荷运行时，由于气相负荷不足，轻组分无法充分汽化上升至塔顶，使得汽油馏分的收率降低。部分本应成为汽油馏分的轻组分残留在煤油或柴油馏分中，导致煤油和柴油馏分的质量变重，收率也相应下降。对于减压馏分油，由于极低负荷下减压塔内的汽液相负荷偏低，分馏效率降低，使得减压蜡油和减压渣油的分离效果变差，减压蜡油的收率降低，减压渣油中的轻组分含量增加，导致减压渣油的收率升高，但质量下降。产品收率的降低对企业经济效益产生严重影响。一方面，收率降低意味着企业在相同的原料投入下，产出的合格产品减少，销售收入下降。另一方面，为了维持生产，企业仍需支付设备运行、人员工资等固定成本，这使得单位产品的生产成本大幅增加，企业的利润空间被压缩。在市场竞争激烈的情况下，产品收率的降低会削弱企业的市场竞争力，影响企业的可持续发展。3.3能耗问题3.3.1加热炉燃料消耗增加在常减压蒸馏装置的运行过程中，加热炉作为关键的耗能设备，其燃料消耗直接影响装置的能耗水平。当装置处于极低负荷运行状态时，加热炉的热效率会显著降低，进而导致燃料消耗大幅增加。极低负荷下加热炉热效率降低的原因是多方面的。在极低负荷时，加热炉的燃料供应量大幅减少，使得燃料与空气的混合比例难以维持在最佳状态。由于燃料量少，燃烧过程中产生的火焰稳定性变差，容易出现熄火、回火等现象，导致燃烧不充分。在正常负荷下，燃料与空气能够均匀混合，在炉膛内形成稳定的火焰，实现高效燃烧。而在极低负荷时，燃料量的减少使得空气过剩系数难以精确控制，空气过多或过少都会影响燃烧效果。当空气过多时，大量冷空气进入炉膛，会降低炉膛温度，带走部分热量，使热效率降低；当空气过少时，燃料无法充分燃烧，产生不完全燃烧产物，不仅浪费燃料，还会降低热效率。加热炉的负荷变化会导致其散热损失相对增加。在极低负荷下，加热炉的散热面积并未改变，但由于燃料供应量减少，炉膛内产生的热量减少，使得散热损失在总热量中的占比相对增大。加热炉的炉体、炉管等部位都会向周围环境散热，在正常负荷下，这些散热损失占总热量的比例相对较小，但在极低负荷时，由于总热量减少，散热损失的影响就变得更加明显。某常减压蒸馏装置在正常负荷运行时，加热炉的散热损失占总热量的5%左右，而在极低负荷运行时，散热损失占比可能会增加到10%以上。受热面积灰结垢也是导致热效率降低的重要原因。在极低负荷运行时，加热炉内的烟气流量和流速降低，使得烟气中的灰尘、杂质更容易在受热面上沉积，形成积灰结垢。积灰结垢会在受热面表面形成一层隔热层，阻碍热量的传递，使加热炉的传热效率降低。以对流段受热面为例，正常负荷下，对流段的传热系数较高，能够有效地将烟气中的热量传递给管内的物料。但在极低负荷时，积灰结垢的增加会使对流段的传热系数降低，导致烟气中的热量无法充分传递给物料，只能通过烟囱排出，造成热量浪费。燃料消耗的增加对企业成本产生了显著的影响。燃料成本是常减压蒸馏装置运行成本的重要组成部分，燃料消耗的增加直接导致企业的生产成本上升。在市场竞争激烈的情况下，成本的增加会削弱企业的市场竞争力，降低企业的盈利能力。以某炼油厂为例，当常减压蒸馏装置处于极低负荷运行时，加热炉的燃料消耗比正常负荷时增加了30%左右，按照该厂每年的原油加工量和燃料价格计算，每年因燃料消耗增加而导致的成本增加高达数百万元。此外，燃料消耗的增加还会导致企业的能源消耗总量上升，不利于企业实现节能减排的目标，增加了企业在环保方面的压力。3.3.2装置电耗上升常减压蒸馏装置在极低负荷运行时，除了加热炉燃料消耗增加外，装置的电耗也会显著上升，这进一步加剧了企业的能耗成本负担。在极低负荷运行时，装置内的泵、压缩机等设备的运行效率会大幅降低。这些设备通常是按照设计负荷进行选型和配置的，当装置负荷降低时，设备的实际运行工况偏离了其设计工况。以离心泵为例，在正常负荷下，离心泵的叶轮能够在高效区运行，其水力效率较高，能够以较小的功率消耗输送一定量的液体。但在极低负荷时，泵的流量大幅减少，叶轮的工作点偏离高效区，导致泵的水力效率降低。为了维持一定的流量，泵需要消耗更多的电能来克服阻力，从而导致电耗增加。研究表明，当离心泵的流量降低到设计流量的50%时，其电耗可能会增加20%-30%。极低负荷运行时，装置的物料流量减小，这使得一些设备需要在更高的压力或转速下运行，以满足生产要求，从而增加了电耗。在减压蒸馏系统中，为了维持减压塔的真空度，抽真空设备需要消耗更多的电能。由于物料流量减小，塔内的不凝气和蒸汽量也相应减少，这使得抽真空设备的工作难度增加。为了保证减压塔的真空度在正常范围内，抽真空设备需要提高转速或增加工作时间，从而导致电耗上升。某常减压蒸馏装置在极低负荷运行时，抽真空设备的电耗比正常负荷时增加了40%左右。装置在极低负荷运行时，为了保证产品质量和设备安全，可能需要增加一些辅助设备的运行时间或功率，这也会导致电耗上升。为了防止减压塔内的物料结焦，可能需要增加塔底吹汽量或提高塔底温度，这会使蒸汽发生器等设备的电耗增加；为了保证加热炉的安全运行，可能需要增加风机的转速或运行时间，以提供足够的空气量，这也会导致风机的电耗上升。装置电耗的上升对企业运营成本产生了明显的影响。电耗的增加直接导致企业的电费支出增加，这在企业的生产成本中占据了相当大的比例。随着能源价格的不断上涨，电耗成本的增加对企业的经济效益影响更为显著。某炼油厂常减压蒸馏装置在极低负荷运行时，每月的电费支出比正常负荷时增加了数十万元。此外，电耗的增加还会增加企业的设备维护成本和设备更新成本。高电耗会使设备的运行温度升高，机械磨损加剧，从而缩短设备的使用寿命，增加设备的维修和更换频率，进一步增加了企业的运营成本。四、案例分析4.1案例一：某炼油厂常减压蒸馏装置极低负荷运行实例某炼油厂的常减压蒸馏装置设计年加工能力为500万吨，其工艺流程涵盖原油预处理、常压蒸馏以及减压蒸馏等关键环节。在原油预处理阶段，通过电脱盐罐脱除原油中的盐分和水分，确保进入后续蒸馏工序的原油质量达标；常压蒸馏部分利用常压炉将原油加热至特定温度后，在常压塔中进行分馏，产出汽油、煤油、柴油等产品；减压蒸馏则是对常压塔底油进一步加工，通过减压炉和减压塔的协同作用，获取减压馏分油和减压渣油等产品。在一段时间内，由于市场需求的急剧下降，该装置不得不处于极低负荷运行状态，负荷率一度降至35%。在极低负荷运行期间，装置暴露出一系列设备运行问题。减压炉冷油流速大幅降低，从正常负荷时的1.8m/s降至0.6m/s，导致物料在炉管内停留时间延长，进而引发炉管结焦现象。经过检测发现，炉管表面的结焦厚度达到了3-5mm，严重影响了炉管的传热效率，使得加热炉的燃料消耗大幅增加。减压塔底渣油停留时间过长，从正常的1.5小时延长至4.5小时，渣油在高温环境下发生裂解和缩合反应，在塔底和塔壁形成了大量的结焦，堵塞了部分塔板和管线，导致减压塔的分离效果严重恶化。减压塔内汽液相负荷偏低，汽相负荷降至正常的30%，液相负荷降至正常的40%，引发了干吹结焦现象，塔板效率大幅降低，产品质量受到严重影响。产品质量方面，分馏精度下降显著。常压蒸馏塔的各侧线产品馏程变宽，常一线油的干点从正常的180℃升高至200℃，导致其作为煤油调和组分时，影响了煤油的燃烧性能；减压蒸馏塔的减压蜡油馏出率从正常的25%降至20%，减压渣油中的轻组分含量增加，残炭值升高，影响了减压渣油作为燃料油或其他加工原料的质量。产品收率也明显降低，汽油收率从正常的12%降至10%，柴油收率从正常的25%降至22%，减压蜡油收率从正常的25%降至20%，企业的经济效益受到严重影响。能耗问题同样突出。加热炉燃料消耗大幅增加，与正常负荷相比，燃料消耗增加了40%。这是由于热效率降低，燃料燃烧不充分，以及散热损失相对增加等多种因素导致的。装置电耗也显著上升，泵、压缩机等设备的电耗增加了30%。由于物料流量减小，设备需要在更高的压力或转速下运行，以满足生产要求，从而导致电耗上升。通过对该炼油厂常减压蒸馏装置极低负荷运行实例的分析，可以得出以下经验教训：在装置设计阶段，应充分考虑可能出现的极低负荷运行情况，优化设备选型和工艺流程，提高装置在低负荷下的适应性；在运行过程中，要加强对设备的监测和维护，及时调整操作参数，避免因参数不合理导致设备损坏和产品质量下降；企业应加强市场调研和预测，合理安排生产计划，尽量避免装置长期处于极低负荷运行状态，以降低生产成本，提高经济效益。4.2案例二：另一炼油厂的应对措施及效果另一炼油厂的常减压蒸馏装置同样面临过低负荷运行的挑战，该装置设计年加工能力为300万吨。在某一阶段，由于原油供应不足，装置负荷率降至40%。针对设备运行问题，该厂采取了一系列有效措施。在减压炉方面，通过优化进料分配系统，使物料均匀分布，成功提高了冷油流速，从极低负荷时的0.9m/s提升至1.2m/s，有效降低了炉管结焦风险。为解决减压塔底渣油停留时间过长的问题，对塔底抽出泵进行了改造，提高了泵的输送能力，将渣油停留时间从原本的4小时缩短至2.5小时，减少了渣油在塔底的结焦现象。针对减压塔内汽液相负荷偏低的问题，在塔内增加了高效规整填料，改善了气液分布，提高了传质效率，有效避免了干吹结焦现象的发生。在产品质量方面，为提高分馏精度，该厂对蒸馏塔的回流比进行了优化调整。根据不同的原料性质和产品要求，通过精确计算和实验，将常压塔的回流比从极低负荷时的3.5调整至4.2，减压塔的回流比从2.8调整至3.5。这一调整使得各侧线产品的馏程更加集中，分馏精度得到显著提高。常一线油的干点从205℃降低至190℃，产品质量得到明显改善。通过优化操作参数，产品收率也有所提高。汽油收率从极低负荷时的9%提高至11%，柴油收率从23%提高至25%，减压蜡油收率从20%提高至23%，有效提升了企业的经济效益。能耗方面，该厂采取了多项节能措施。在加热炉燃料消耗控制上，对燃烧器进行了升级改造，采用了新型高效燃烧器，使燃料与空气能够更充分地混合，燃烧更加完全。同时，优化了加热炉的控制系统，实现了对燃料供应量和空气量的精准控制，有效提高了热效率，降低了燃料消耗。与极低负荷运行初期相比，加热炉燃料消耗降低了30%。为降低装置电耗，对泵和压缩机等设备进行了变频改造，根据实际物料流量自动调整设备转速，使设备在高效区运行。这一改造使得泵和压缩机的电耗降低了25%，有效降低了装置的整体电耗。通过实施这些应对措施，该炼油厂常减压蒸馏装置在极低负荷运行时的设备运行稳定性得到了显著提升，产品质量和收率得到改善，能耗明显降低。这表明，通过合理的设备改造、优化操作参数以及有效的节能措施，常减压蒸馏装置能够在极低负荷下实现相对稳定、高效的运行，为炼油厂在复杂生产条件下的持续发展提供了有力保障。五、应对策略5.1优化操作参数5.1.1调整减压炉操作在常减压蒸馏装置极低负荷运行时，减压炉的操作参数调整对解决设备运行问题和降低能耗至关重要。增大减压炉炉管注汽量是一项关键措施。在极低负荷下，物料在炉管内的流速降低，容易导致炉管结焦。通过增大注汽量，能够增加炉管内的气液混合物的流速，使物料在炉管内的停留时间缩短，从而有效降低炉管结焦的风险。研究表明，当注汽量增加10%-20%时，炉管内的物料流速可提高15%-25%，大大减少了结焦的可能性。降低减压炉出口温度也是重要的调整策略。在极低负荷下，过高的出口温度不仅会增加燃料消耗，还会加剧炉管结焦和物料裂解。通过适当降低出口温度，可减少燃料的消耗，同时降低炉管结焦的风险，延长炉管的使用寿命。一般来说，将减压炉出口温度降低10-15℃，在保证产品质量的前提下，可使燃料消耗降低10%-15%。但需要注意的是，出口温度的降低不能影响产品的拔出率和质量，因此需要结合实际生产情况，通过精确计算和实验，确定最佳的出口温度。优化减压炉的燃烧空气量也是提高其热效率的重要手段。在极低负荷下，由于燃料供应量减少，燃烧空气量的控制变得更加关键。通过安装先进的燃烧空气控制系统，实时监测和调整燃烧空气量，使燃料与空气充分混合，实现完全燃烧，从而提高热效率，降低燃料消耗。当燃烧空气量调整到最佳比例时，热效率可提高5%-10%，燃料消耗相应降低。5.1.2优化减压塔操作在常减压蒸馏装置极低负荷运行时，优化减压塔的操作对于改善装置运行状况、提高产品质量和降低能耗具有重要意义。启用减压塔底渣油循环线是一项有效的措施。在极低负荷下，减压塔底渣油停留时间过长，容易导致结焦。通过启用渣油循环线，可使部分渣油从塔底抽出后，经过冷却降温再返回塔内，从而降低渣油在塔底的温度，减少渣油的裂解和缩合反应，有效缩短渣油的停留时间，降低结焦风险。某炼油厂在极低负荷运行时启用渣油循环线后，渣油停留时间从4小时缩短至2.5小时，结焦现象得到明显改善。调整中段回流流量也是优化减压塔操作的关键。在极低负荷下，塔内的汽液相负荷偏低，影响分馏效果。通过适当调整中段回流流量，可增加塔内的液相负荷，改善气液分布，提高分馏精度。当减压塔中段回流流量增加15%-25%时，塔内的气液接触更加充分，分馏精度得到显著提高，各侧线产品的馏程更加集中，产品质量得到有效改善。优化侧线收率也是重要的操作优化策略。在极低负荷下，根据市场需求和产品质量要求，合理调整侧线收率，可提高产品的经济效益。当市场对柴油需求较大时，适当提高减压塔侧线柴油的收率，通过调整塔板温度、回流比等参数，使更多的柴油组分从侧线采出，同时保证柴油的质量符合标准。这样既能满足市场需求，又能提高企业的销售收入。5.2设备改造与维护5.2.1设备改造措施在常减压蒸馏装置极低负荷运行时，对关键设备进行改造是提升装置性能、解决运行问题的重要手段。对于减压炉炉管，采用扩径改造是一种有效的方法。当装置处于极低负荷时，进料量大幅减少，炉管内物料流速降低，容易导致炉管结焦。通过扩径改造，增大炉管的内径，在进料量不变的情况下，可使物料在炉管内的流速相对提高。以某常减压蒸馏装置为例，对减压炉炉管进行扩径改造后，炉管内径增大了20%，在极低负荷运行时，物料流速从原来的0.8m/s提高到了1.2m/s，有效地降低了炉管结焦的风险。这是因为流速的提高减少了物料在炉管内的停留时间，降低了物料因长时间受热而发生结焦反应的可能性。在减压塔塔盘或填料方面，采用高效规整填料替代传统塔盘具有显著优势。在极低负荷下，传统塔盘的气液传质效率会因气液相负荷偏低而大幅下降。而高效规整填料具有更大的比表面积和更合理的结构，能够改善气液分布，增强气液之间的传质效果。某炼油厂将减压塔的传统塔盘更换为高效规整填料后，在极低负荷运行时，塔内的传质效率提高了30%-40%。这使得减压塔的分离精度得到显著提升，各侧线产品的馏程更加集中，产品质量得到有效改善。例如，减压蜡油的馏程范围变窄，其作为后续加工原料的质量稳定性得到增强；减压渣油中的轻组分含量减少，提高了减压渣油的品质，有利于其进一步加工利用。此外，对减压塔的进料分布器进行优化改造也是关键。在极低负荷运行时，进料分布不均会加剧塔内气液分布的不合理，导致分离效果变差。通过改进进料分布器的结构和设计，使其能够在低流量下实现更均匀的进料分布。采用新型的多点进料分布器，可将进料均匀地分布在减压塔的横截面上，避免局部气液相负荷过高或过低的情况。某常减压蒸馏装置优化进料分布器后，在极低负荷下，塔内的气液分布更加均匀，各塔板上的传质条件得到改善，产品的分离精度提高了20%-30%，有效提升了减压塔在极低负荷下的运行性能。5.2.2加强设备维护管理制定设备维护计划是确保常减压蒸馏装置在极低负荷下稳定运行的基础。设备维护计划应涵盖装置内的所有关键设备，包括加热炉、蒸馏塔、泵、压缩机等。对于减压炉，根据其运行特点和极低负荷下的风险，应制定详细的维护方案。在极低负荷运行时，由于炉管结焦风险增加，应缩短炉管检查周期，从正常情况下的每季度检查一次，缩短至每月检查一次。通过定期检查炉管的表面状况、壁厚变化以及结焦情况，及时发现潜在问题。同时，制定清焦计划，根据炉管结焦程度，合理安排清焦时间。当炉管结焦厚度达到一定程度（如2-3mm）时，及时进行清焦处理，可采用化学清焦或机械清焦等方法，确保炉管的传热效率和安全运行。加强日常检查和保养是延长设备使用寿命的关键。对于泵和压缩机等设备，在极低负荷运行时，由于工况变化，机械磨损加剧。因此，应加强对这些设备的日常巡检，增加巡检次数，从原来的每天巡检一次增加到每天巡检两次。在巡检过程中，重点检查设备的振动、温度、压力等参数，通过专业的检测仪器，如振动分析仪、红外测温仪等，对设备的运行状态进行实时监测。当发现设备振动异常增大、温度过高或压力波动超出正常范围时，及时进行分析和处理。定期对设备进行润滑保养，根据设备的使用要求，选择合适的润滑剂，并严格按照规定的时间和剂量进行添加或更换，减少设备的机械磨损，延长设备的使用寿命。建立维修档案对于设备管理具有重要意义。维修档案应详细记录设备的维修历史，包括维修时间、维修内容、更换的零部件以及维修后的运行状况等信息。在极低负荷运行时，通过查阅维修档案，可以快速了解设备的薄弱环节和常见故障，为制定针对性的维护措施提供依据。如果某台泵在极低负荷运行时频繁出现密封泄漏问题，通过查阅维修档案，发现该泵在过去的维修中多次更换密封件，但问题仍未得到彻底解决。此时，可根据维修档案的记录，分析问题的根源，可能是密封件的选型不合适或安装方法不正确，进而采取相应的改进措施，如更换更适合低负荷运行工况的密封件或优化密封件的安装工艺，提高设备的可靠性和稳定性。5.3工艺优化5.3.1改进工艺流程在常减压蒸馏装置极低负荷运行时，采用热联合技术是降低能耗、提高装置效率的有效途径。热联合技术通过优化装置内不同设备之间的热量传递和利用，实现能量的梯级利用，减少能源浪费。将常压塔塔顶的高温油气与减压塔塔底的低温渣油进行热交换，利用常压塔塔顶油气的余热来加热减压塔塔底渣油，从而减少减压炉的燃料消耗。某炼油厂在常减压蒸馏装置中应用热联合技术后，减压炉的燃料消耗降低了15%-20%。这是因为热联合技术使减压塔塔底渣油的初始温度升高，在进入减压炉时所需的加热量减少，从而降低了减压炉的负荷，提高了能源利用效率。热联合技术还可以提高装置的整体热回收率，减少冷却介质的用量，降低装置的运行成本。优化换热网络也是改进工艺流程的关键措施。通过对常减压蒸馏装置内原油与各馏分油之间的换热流程进行优化设计，合理安排换热器的位置和连接方式，可提高换热终温，降低装置的能耗。采用新型高效换热器，如板式换热器、螺旋板式换热器等，这些换热器具有传热效率高、占地面积小等优点，能够在有限的空间内实现更高效的热量传递。某常减压蒸馏装置在更换为板式换热器后，换热终温提高了10-15℃，装置能耗降低了10%-15%。这是因为板式换热器的传热系数比传统管壳式换热器更高，能够更有效地将热量从高温流体传递到低温流体，使原油在进入加热炉前能够吸收更多的热量，从而减少加热炉的燃料消耗。通过优化换热网络，还可以减少装置内的热量损失，提高能源利用效率，进一步降低装置的运行成本。5.3.2引入先进控制技术在常减压蒸馏装置中引入先进控制技术，能够显著提升装置在极低负荷下的运行性能。基于模型的预测控制（MPC）是一种有效的先进控制算法，它通过建立常减压蒸馏过程的动态数学模型，根据当前的过程状态和未来的设定值，预测系统在未来一段时间内的行为，并据此计算出最优的控制策略，以实现对过程的精确控制。在极低负荷运行时，常减压蒸馏装置的各操作参数变化复杂，相互之间存在强耦合关系。采用MPC技术，能够充分考虑这些复杂因素，对多个关键变量进行协同控制。MPC技术可以根据原油性质、装置负荷等实时变化情况，预测加热炉的燃料需求、蒸馏塔的回流比等参数的变化趋势，并提前调整控制策略，使装置始终保持在最佳运行状态。某炼油厂在常减压蒸馏装置中应用MPC技术后，产品质量的稳定性得到显著提高，产品的关键质量指标如馏程、密度等的波动范围缩小了30%-40%，有效满足了市场对高质量产品的需求。模糊控制（FC）也是一种适用于常减压蒸馏装置的先进控制技术。它将操作人员的经验和知识转化为模糊规则，通过模糊推理对系统进行控制，不依赖于精确的数学模型，对于常减压蒸馏过程中一些难以建立精确数学模型的非线性、时滞环节，如原油性质变化等不确定因素的影响，模糊控制能够根据模糊规则做出合理的控制决策，具有较强的鲁棒性和适应性。在极低负荷下，当原油性质突然发生变化时，模糊控制可以迅速调整蒸馏塔的操作参数