常減壓裝置減壓流程節(jié)能優(yōu)化改造

宋雙明，王恩廷（揚子石化泰州石油化工有限責(zé)任公司，江蘇 泰州 225300）

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常減壓裝置減壓流程節(jié)能優(yōu)化改造

宋雙明，王恩廷
（揚子石化泰州石油化工有限責(zé)任公司，江蘇 泰州 225300）

摘要：為提高減壓撥出率和改善減壓側(cè)線的產(chǎn)品分布，將減壓塔塔內(nèi)件由舌形塔盤更換為新型規(guī)整填料，并對相應(yīng)的工藝流程進(jìn)行優(yōu)化。改造后減壓塔壓降降低1.15 kPa，側(cè)線餾程寬度下降20 ℃，減壓蠟油拔出率提高4.78%，換熱終溫提高35 ℃，裝置能耗降低1.91 kg標(biāo)油/t。

關(guān)鍵詞：減壓塔；拔出率；塔內(nèi)件；能耗

本廠的常減壓裝置以加工蘇北石蠟基原油為主，生產(chǎn)蠟系相關(guān)產(chǎn)品。經(jīng)多次擴產(chǎn)升級和生產(chǎn)調(diào)整，減壓塔部分操作參數(shù)嚴(yán)重偏離原設(shè)計指標(biāo)。造成不僅塔下部取熱量小、全塔壓降大、減壓拔出率偏低；而且出現(xiàn)減二線餾程寬，減三線質(zhì)量達(dá)不到生產(chǎn)半精煉石蠟的標(biāo)準(zhǔn)，減四線質(zhì)量控制困難、減壓渣油收率偏高等瓶頸。為了改善上述不利局面，對減壓系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造：首先對減壓塔進(jìn)行壓力容器檢驗和防腐處理后，將其改造成“微濕式”全填料型生產(chǎn)裝置；然后對相關(guān)工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化。由投產(chǎn)后效果分析，減壓塔運行平穩(wěn)，側(cè)線產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量和裝置能耗均明顯改善。

1　減壓塔工藝簡介

減壓塔改造前后的工藝示意圖見圖1。

常壓渣油經(jīng)加熱至395 ℃進(jìn)入減壓塔精餾，改造前減壓塔設(shè)4個側(cè)線和2個中段回流，工藝流程及側(cè)線用途見圖1。改造后減壓塔為全填料塔，設(shè)5個側(cè)線和2個中段回流。與改造前相比，增加減五線抽出和減五線回流洗滌油；增設(shè)減一線熱回流和減壓渣油急冷油回流；減三線由催化原料變?yōu)橥窖b置原料，生產(chǎn)半精煉石蠟。增設(shè)爐輻射段入口注汽和塔底過熱蒸汽汽提等。

圖1　減壓塔及側(cè)線用途示意圖（虛線為新增部分）Fig.1 A flow chart of decompression tower and side line uses （dotted line for new parts）

2　減壓系統(tǒng)運行瓶頸

本廠酮苯裝置擴能改造后，對原料減二線的需求增加。為供應(yīng)充足的減二線油，減壓塔需滿負(fù)荷生產(chǎn)并調(diào)整操作參數(shù)，增加減二線產(chǎn)量，形成減二線餾出量、中段回流量和回流溫度偏離設(shè)計值。與原設(shè)計相比，熱量向減壓塔上部移動，導(dǎo)致減壓塔上部負(fù)荷增大，全塔壓降升高。而減壓系統(tǒng)存在的問題有：（1）原產(chǎn)品方案，減三線是酮苯裝置原料，但塔盤分離效率低，減三線與減四線產(chǎn)品重疊嚴(yán)重，質(zhì)量達(dá)不到酮苯裝置要求；（2）減二線餾分餾程寬，產(chǎn)品分餾精度偏低；（3）減壓塔側(cè)線少，側(cè)線質(zhì)量控制手段有限；（4）減壓塔加工負(fù)荷達(dá)到極限，無操作彈性；（5）全塔壓降大，塔底溫度控制困難，制約減壓深拔；（6）換熱終溫偏低（255 ℃）。

3　減壓系統(tǒng)技術(shù)改造

3.1改造方案

經(jīng)過設(shè)計單位測算，原減壓塔塔體狀況良好，塔基礎(chǔ)強度符合改造要求。只要對減壓塔進(jìn)行挖潛增效，用分離效率更高的規(guī)整填料作塔內(nèi)件，即可滿足生產(chǎn)需求。而用規(guī)整填料對減壓塔進(jìn)行擴能和優(yōu)化，在國內(nèi)有成功的經(jīng)驗［1，2］。規(guī)整填料具有傳熱傳質(zhì)效率高、分離精度高、壓降小、處理量大等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于提高加工能力、增加產(chǎn)品收率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高減壓拔出率等方面［3，4］，并取得了較好的經(jīng)濟效益。工藝計算和流程模擬結(jié)果表明，采取適當(dāng)加高減壓塔，塔內(nèi)件全部更換為規(guī)整填料，并對工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，減壓側(cè)線的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量就能滿足本廠需求。

本廠確定更換減壓塔塔內(nèi)件的技術(shù)改造方案，并新增部分設(shè)備，根據(jù)減壓側(cè)線的流量和性質(zhì)，優(yōu)化換熱流程。

3.2改造內(nèi)容

3.2.1塔體改造

對原有減壓塔進(jìn)行增高處理，在減壓塔變徑部位切割后加高5.2 m；原餾出口進(jìn)行利舊或封堵，按設(shè)計文件要求在塔體上新開餾出口。

3.2.2塔內(nèi)件改造

原減壓塔共設(shè)29層舌形塔盤，改造時將原塔內(nèi)件全部拆除，改用規(guī)整填料。減壓塔的操作彈性定為設(shè)計值的0.5～1.2倍。進(jìn)料采用雙切環(huán)流氣液進(jìn)料分布結(jié)構(gòu)，并配合能量分布器；汽提段采用四層淋降塔盤。

3.2.3減壓系統(tǒng)工藝流程優(yōu)化

增設(shè)減五線餾出口及減五線洗滌油流程，控制減三線、減四線產(chǎn)品質(zhì)量；增設(shè)減一線熱回流流程，有效控制減一線產(chǎn)品質(zhì)量；增設(shè)減壓渣油急冷回流流程，控制減壓塔底溫度，防止塔底結(jié)焦。使用“窄點”技術(shù)，重新設(shè)計換熱流程，裝置換熱終溫由260℃提高至290 ℃，實現(xiàn)裝置節(jié)能。

3.2.4設(shè)備更新

減頂氣采用比表面蒸發(fā)空冷冷卻；減壓塔塔底管線加設(shè)緊急事故切斷閥；新增11臺換熱器，提高換熱效果。

3.3減壓塔填料流體力學(xué)核算

減壓塔填料的流體力學(xué)性質(zhì)是衡量規(guī)整填料優(yōu)劣的重要標(biāo)志，減壓塔填料的力學(xué)核算結(jié)果見表1。

表1　規(guī)整填料流體力學(xué)核算數(shù)據(jù)Table 1　Regular packing fluid mechanics calculation data

從表1可知，各填料段的氣液相負(fù)荷的分布合理，減壓塔各段規(guī)整填料的泛點率均低于70%，遠(yuǎn)低于減壓塔各段填料的理論泛點率（80%），表明減壓塔具有提高加工能力的空間，操作彈性大。并且各段填料的壓力降均低于1.2 mbar，總壓降低于10 mbar（1 kPa），達(dá)到總壓降不大于2 kPa的預(yù)期要求。

4　生產(chǎn)情況分析

4.1裝置改造前后的實際操作條件對比

減壓裝置改造前與改造后的操作條件和設(shè)計操作條件見表2。

從表2可知，改造減壓塔采用的規(guī)整填料選型合理，全塔壓降降至1.58 kPa，下降了1.15 kPa，有助于提高精餾效果。減一中、減二中的餾出量是改造前的2倍，有利于取出減壓塔高溫部分熱量，降低全塔熱負(fù)荷。減二中回流溫度與改造前相比降低35 ℃，表明減二中換熱器設(shè)計合理，熱量有效傳遞至低溫物料。這符合高溫位多取熱原則，提高了裝置的節(jié)能效果［5，6］。換熱終溫比改造前提高 35 ℃，主要原因是采用“窄點”技術(shù)設(shè)計的換熱流程合理，同時增加11臺換熱器，提高了換熱效率。

表2　減壓裝置改造前后的操作參數(shù)對比Table 2　Comparison of operation parameters of the decompression unit before and after transformation

4.2產(chǎn)品收率對比

減壓塔系統(tǒng)改造后，減壓塔壓降降低，真空度上升，有利于提高側(cè)線產(chǎn)品拔出率，降低減壓渣油產(chǎn)率，提高減壓系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。改造前、改造后減壓側(cè)線、渣油的收率見表3。

表3　改造前后產(chǎn)品收率對比Table 3　Comparison of the yield of products before and after transformation

由表3可知，減壓裝置改造后，減壓渣油收率由30.23%下降至25.45%，下降了4.78%，即常減壓裝置總拔出率提高4.78%。主要原因是采取規(guī)整填料技術(shù)及新型液體分配器，使減壓塔汽化率提高，塔內(nèi)汽液分布更加合理，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分割效率進(jìn)一步提高。減三線、減四線是高溫?zé)嵩?，其收率增加，即提高其餾出量，有助于減壓塔下部取熱，平衡全塔熱量分布。

4.3減壓側(cè)線質(zhì)量對比

減壓側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量是衡量減壓塔改造效果的重要指標(biāo)，也是技術(shù)改造的主要目的。產(chǎn)品化驗數(shù)據(jù)比對數(shù)據(jù)顯示，減壓側(cè)線的餾程寬度、初餾溫度均高于改造前，側(cè)線的凝點、比色等指標(biāo)符合產(chǎn)品的質(zhì)量要求。具體數(shù)據(jù)見表4、表5。

表4　改造前主要的減壓側(cè)線產(chǎn)品性能Table 4　Properties of main side-line products from decompression unit before transformations

表5　改造后主要的減壓側(cè)線產(chǎn)品性能Table 5　Properties of main side-line products from decompression unit after transformation

從表4、表5可以看出，減一線、減二線、減三線的餾程寬度減少 20 ℃以上，產(chǎn)品精度得到提高，符合減壓塔側(cè)線的“窄餾分”的生產(chǎn)要求。經(jīng)數(shù)據(jù)分析和工業(yè)試驗，減三線產(chǎn)品滿足酮苯裝置對原料性質(zhì)的要求，試生產(chǎn)結(jié)果表明減三線產(chǎn)品通過酮苯裝置加工、白土精制后得到合格的 58#半精煉微晶蠟。減四線產(chǎn)品符合生產(chǎn)A型復(fù)合微晶蠟原料的要求，減五線產(chǎn)品作為控制其它側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量的手段，抽出后作為催化裂化裝置的原料。

4.4減壓渣油性質(zhì)分析

減壓渣油的收率和性質(zhì)是衡量常減壓裝置經(jīng)濟效益的主要指標(biāo)，尤其是潤滑油型減壓裝置，減壓渣油是低附加值產(chǎn)品。提高裝置總出拔率，降低渣油收率，是常減壓裝置的發(fā)展趨勢。在實際操作中，常利用減壓渣油餾出 5%時的溫度、540 ℃的餾出體積等判斷減壓塔的深拔程度。改造前后減壓渣油的性質(zhì)見表6。從表6可知，改造后減壓渣油的5%餾出溫度、10%的餾出溫度提高約20℃，密度、運動粘度、殘?zhí)康染忻黠@增加，實現(xiàn)了減壓深拔的目標(biāo)。技術(shù)改造后實現(xiàn)深拔的主要原因為：（1）減壓塔采用新型環(huán)流進(jìn)料分布結(jié)構(gòu)，并配合流量分布器，減壓塔進(jìn)料合理，有利于精餾；（2）增加渣油冷回流流程，能平穩(wěn)的控制塔底溫度，防止塔底結(jié)焦，這為提高減進(jìn)料出口溫度，增加減壓深拔創(chuàng)造了條件。

表6　減壓渣油的性質(zhì)Table 6　Properties of vacuum residue

5　效益分析

5.1社會效益分析

減壓塔通過技術(shù)改造，側(cè)線的流量較改造前變化幅度較大，原換熱流程效果差，運用“窄點”技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，換熱終溫由255 ℃提高到295 ℃，換熱終溫提高40 ℃。通過計算換熱終溫提高40 ℃時節(jié)約的能耗。

其中：Q — 熱量，kJ/h；

Cp—比熱容，取2.6 kJ/（kg·℃）；

M — 流量，取5.2×104（kg·h-1）；

Δt — 改造前后的換熱終溫的溫差，取35 ℃。

將數(shù)據(jù)代入式（1），可得Q = 4.73×106kJ/h。

按1kg標(biāo)油折算41 800 kJ熱量計算，換熱流程優(yōu)化后，節(jié)約113.1 kg 標(biāo)油/時，按裝置年運行時間8 000 h，原油年加工量47萬t計算，裝置能耗降低1.91 kg標(biāo)油/t。

由計算結(jié)果可知，改造后對裝置能耗降低效果明顯，具有良好的社會效益。

5.2經(jīng)濟效益分析

減壓系統(tǒng)改造后，減壓拔出率提高了 4.78%。按年加工原油 47萬 t計算，年增產(chǎn)蠟油 47×4.78%=2.24萬t。渣油價格4 700元/t，蠟油價格6 500 元/t，差價為 1 800元/t，年增加效益 1 800×2.24=4032萬元。

6　結(jié) 論

減壓裝置技術(shù)改造后，一次開車成功，裝置運行平穩(wěn)，減壓側(cè)線產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量均達(dá)到預(yù)期目的，實現(xiàn)了減壓深拔。

（1）裝置改造成全填料塔后，裝置處理量、各抽出口流量、側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量均有提升，提高了減壓拔出率；重要的是提高了減三線產(chǎn)品質(zhì)量，拓寬了酮苯裝置原料來源，為本廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了條件。

（2）新型規(guī)整填料有助于減壓塔汽液分離，全塔壓降1.58 kPa，有利于增加減壓塔汽化率，提高分餾效果。

（3）換熱終溫提高35 ℃，降低了裝置能耗。

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Energy Conservation Optimization of the Decompression Process of the Atmospheric and Vacuum Distillation Unit

SONG Shuang-min，WANG En-ting
（YPC Company Limited Taizhou Petrochemical Branch，Jiangsu Taizhou 225300，China）

Abstract：In order to increase the decompression yield and improve the product distribution of decompression line，column internals of decompression tower were replaced by new structured packing，and the related process flow was optimized.After above transformation，the pressure drop of decompression tower decreases 1.15 kPa，the side distillation range drops 20 ℃，VGO pull-out rate increases by 4.78%.Meanwhile，heat transfer final temperature increases by 35 ℃，and device energy consumption reduces the 1.91 kg standard oil / ton.

Key words：Decompression tower；Pull-out rate；Column internal；Energy consumption

中圖分類號：TQ 021

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0175-04

收稿日期：2015-09-11

作者簡介：宋雙明（1969-），男，江蘇泰州人，工程師，1991年畢業(yè)于河海大學(xué)學(xué)校機械設(shè)計與制造專業(yè)，研究方向：長期從事裝置生產(chǎn)、設(shè)備管理和技術(shù)改造等工作。E-mail：tzssm69@sohu.com。