基于Petro-SIM的常減壓流程模擬和參數(shù)優(yōu)化

羅 凡，陳夕松，，梅 彬，張向榮

（1.東南大學(xué)自動化學(xué)院，江蘇南京210096；2.南京富島信息工程有限公司，江蘇南京210061）

優(yōu)化與控制

基于Petro-SIM的常減壓流程模擬和參數(shù)優(yōu)化

羅 凡1，陳夕松1，2，梅 彬2，張向榮2

（1.東南大學(xué)自動化學(xué)院，江蘇南京210096；2.南京富島信息工程有限公司，江蘇南京210061）

利用流程模擬軟件對常減壓裝置進(jìn)行工藝流程模擬和操作參數(shù)優(yōu)化對于指導(dǎo)生產(chǎn)具有重要意義。以金陵石化公司所加工的原油為基礎(chǔ)，通過原油數(shù)據(jù)校正選擇合適的原油數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)，基于Petro-SIM進(jìn)行初餾塔和常壓塔的模擬計(jì)算。同時，通過對部分操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在保證側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，有效地改善了常二線和常三線的分離精度，提高了常二線輕柴油的收率和常壓塔的整體收率。

流程模擬；操作參數(shù)優(yōu)化；原油數(shù)據(jù)校正；分離精度

通過流程模擬可對生產(chǎn)過程中的質(zhì)量和能量平衡，相態(tài)和化學(xué)平衡進(jìn)行嚴(yán)格的控制，尋求實(shí)際生產(chǎn)過程的模擬結(jié)果，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)［1，2］。Petro-SIM軟件是英國KBC公司結(jié)合Hysys軟件和Profimatics動力學(xué)包開發(fā)的煉油裝置穩(wěn)態(tài)流程模擬軟件。該軟件不僅能夠?qū)窝b置進(jìn)行模擬，而且可以建立全廠流程模型，在國內(nèi)外有廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用Petro-SIM軟件可建立常減壓裝置的工藝模型，并在此基礎(chǔ)上對裝置進(jìn)行工況分析、操作參數(shù)優(yōu)化等，對指導(dǎo)生產(chǎn)有著十分重要的意義［3，4］。

1 工藝流程模擬

1.1 原油數(shù)據(jù)校正

在對常減壓裝置進(jìn)行流程模擬前，需要確定原油的組成。原油是一種成分復(fù)雜的混合物，測定其準(zhǔn)確組成較為困難。目前大多數(shù)煉油廠采用原油實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)作為原油的性質(zhì)數(shù)據(jù)，但這種方法可能會帶來一定的誤差。為了獲取更真實(shí)值的原油性質(zhì)數(shù)據(jù)，需要對原油數(shù)據(jù)進(jìn)行校正［5］。

該文采用一種面向常減壓裝置的原油數(shù)據(jù)校正方法，對利用近紅外技術(shù)得到的原油快速評價數(shù)據(jù)（原油快評數(shù)據(jù)）、經(jīng)過調(diào)合頭靜態(tài)混合器實(shí)現(xiàn)原油在線調(diào)合后成品油質(zhì)量實(shí)時跟蹤分析數(shù)據(jù)（組分跟蹤數(shù)據(jù)）以及依據(jù)原油組分占比和常煉原油性質(zhì)計(jì)算所得的常煉原油數(shù)據(jù)進(jìn)行基于相似度比較的原油數(shù)據(jù)整定，旨在對常減壓裝置進(jìn)行模擬優(yōu)化前，選擇合理準(zhǔn)確的原油數(shù)據(jù)［6］。

以金陵石化公司第3套常減壓裝置某段時間內(nèi)加工的阿曼—科威特原油為例，經(jīng)過原油數(shù)據(jù)校正后的數(shù)據(jù)見表1。

表1 原油校正數(shù)據(jù)

1.2 工況模擬

基于實(shí)際工況，應(yīng)用Petro-SIM對該套常減壓裝置進(jìn)行模擬［7，8］，見圖1。

圖1 常壓塔工藝流程

模型中原油經(jīng)罐區(qū)換熱后進(jìn)入電脫鹽罐脫鹽脫水，再次換熱后進(jìn)入初餾塔。

初餾塔共31層塔盤，以初餾塔頂冷凝器作為最后1塊塔盤，從第4層塔盤進(jìn)料。塔頂產(chǎn)品為初頂油和初頂不凝氣；初底油經(jīng)常壓爐加熱后進(jìn)入常壓塔。

常壓塔共56層塔盤，以常壓塔頂冷凝器作為最后1塊塔盤，從第4層塔盤進(jìn)料。塔頂產(chǎn)品為常頂油和常頂不凝氣。

常壓塔共設(shè)3條側(cè)線:常一線從第40層塔盤抽出，常二線從第22層塔盤抽出，常三線從第10層塔盤抽出。3條側(cè)線抽出經(jīng)汽提后送出裝置，3條側(cè)線的產(chǎn)品分別為航空煤油、輕柴油、重柴油。

常壓塔共設(shè)1個頂回流和2個中段回流，各循環(huán)回流取走剩余熱量以降低能耗。常壓塔底油抽出后作為減壓塔的原料。

1.3 模擬結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)方案對裝置進(jìn)行模擬計(jì)算，得到各塔主要操作參數(shù)見表2；常壓塔產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)見表3。

表2 主要操作參數(shù)模擬計(jì)算結(jié)果

從表2，3可知，各塔主要操作參數(shù)在實(shí)際工況要求操作范圍內(nèi)時，得到的常減壓側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)與實(shí)際化驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度較高，說明該模型可較好地模擬出生產(chǎn)方案下的常減壓裝置流程。

從常壓塔的側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)來看，常頂石腦油和常一線航煤、常一線航煤和常二線輕柴油之間的分離效果較好，但常二線輕柴油和常三線重柴油的分離效果不理想，常二線終餾點(diǎn)和常三線10%餾出點(diǎn)之間有著28.4℃的重疊。此外，常壓塔的整體收率較低，只有23.29%，會增加減壓塔的負(fù)荷。提高常壓塔整體收率的關(guān)鍵在于降低常二線輕柴油和常三線重柴油的重疊度，提高常二線輕柴油的收率。

2 操作參數(shù)的優(yōu)化

2.1 操作變量的確定

在已建立了較為準(zhǔn)確的常減壓裝置模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察操作變量對常壓塔側(cè)線產(chǎn)品性質(zhì)及產(chǎn)量的影響。

表3 常壓塔側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量模擬計(jì)算結(jié)果

2.1.1 常三線汽提蒸汽量的影響 固定常二線的抽出量不變，考察常三線汽提蒸汽量對常壓塔側(cè)線產(chǎn)品性質(zhì)及分離精度的影響，見圖2。

圖2 常三線汽提蒸汽量的影響

由圖2可見，改變常三線汽提蒸汽量對常一線和常二線的分離精度影響不大，對常二線和常三線的分離精度有一定的影響。隨著常三線汽提蒸汽量的增加，常三線10%餾出點(diǎn)變大。汽提蒸汽量的增加，有利于減小向下流動的液體中的油氣分壓，使側(cè)線產(chǎn)品中的輕組分更易分離，降低油品中輕質(zhì)產(chǎn)品的含量。

2.1.2 常頂抽出量的影響 固定常二線的抽出量不變，考察常頂抽出量對常壓塔側(cè)線產(chǎn)品性質(zhì)及分離精度的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 常頂抽出量的影響

由圖3可見，改變常頂抽出量對常一線和常二線的分離精度影響不大，對常二線和常三線的分離精度有一定的影響。隨著常頂抽出量的降低，常二線終餾點(diǎn)和常三線10%餾出點(diǎn)有著不同程度的減小，對常二線終餾點(diǎn)影響的程度更大，有利于常二線和常三線的分離。常頂采出量的減小，說明更多的輕組分將向下轉(zhuǎn)移到側(cè)線產(chǎn)品中。

2.1.3 常壓爐出口溫度的影響 固定常壓塔側(cè)線產(chǎn)品的終餾點(diǎn)不變，改變常壓爐的出口溫度，考察常底油5%餾出點(diǎn)溫度的變化情況，見圖4。

圖4 常壓爐出口溫度的影響

由圖4可見，隨著常壓爐出口溫度的升高，常底油5%餾出點(diǎn)溫度逐漸上升，350℃前餾分含量降低，有利于常壓塔整體收率提高。

2.2 優(yōu)化結(jié)果

以常三線汽提蒸汽量、常頂抽出量、常壓爐出口溫度作為操作變量，以常壓塔產(chǎn)品的終餾點(diǎn)作為約束條件，以常二線的抽出量最大化為優(yōu)化目標(biāo)，在各個參數(shù)要求的操作范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的操作結(jié)果見表4；主要產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)及收率優(yōu)化前后對比見表5。

由表5可見，利用Petro-SIM進(jìn)行操作參數(shù)優(yōu)化，在嚴(yán)格控制常壓塔主要產(chǎn)品指標(biāo)的前提下，常二線終餾點(diǎn)與常三線10%餾出點(diǎn)的重疊度由優(yōu)化前的28.4℃減小到25℃，常二線的收率有了明顯的提高。在提高常三線汽提蒸汽量、減小常頂采出量、提高常壓爐出口溫度時，常二線輕柴油的抽出量由38.04 t/h變?yōu)?4.50 t/h，增加了6.46 t/h，相比優(yōu)化前的收率提高了1.13%。常一線航煤的抽出量由16.74 t/h變?yōu)?8.00 t/h，增加了1.26 t/h；常三線重柴油的抽出量由13.14 t/h變?yōu)?7.75 t/h，增加了4.61 t/h。常壓塔的整體收率變?yōu)?4.95%，相比優(yōu)化前的23.29%，提高了1.66%，一定程度上降低了減壓塔的負(fù)荷。

表4 優(yōu)化操作結(jié)果

表5 主要產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)及收率優(yōu)化前后對比

3 結(jié)束語

應(yīng)用Petro-SIM軟件對金陵石化公司常減壓裝置進(jìn)行工藝流程模擬和操作參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果表明，建立的模擬裝置可很好地模擬實(shí)際工況。在此基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)提高常三線汽提蒸汽量、減小常頂采出量、提高常壓爐出口溫度等措施，有效地降低了常二線終餾點(diǎn)和常三線10%初餾點(diǎn)的重疊度，使常二線收率相比優(yōu)化前提高了1.13%。利用該結(jié)果可以有效地指導(dǎo)生產(chǎn)，對提高常壓塔側(cè)線產(chǎn)品產(chǎn)量具有積極的指導(dǎo)意義。

同時也應(yīng)該注意到，為了增加常二線輕柴油收率而采取的一些措施，可能帶來的一些影響。比如，在提高常三線汽提蒸汽量的同時，可能會使常壓塔側(cè)線產(chǎn)品中水汽含量增大，產(chǎn)品的質(zhì)量有所下降；在提高常壓爐出口溫度的同時，增加了裝置的能耗，加大了常壓塔頂?shù)呢?fù)荷。因此，在實(shí)際裝置中應(yīng)采取何種措施提高輕柴油的收率，還有待深入研究。

［1］李志強(qiáng).原油蒸餾工藝與工程［M］.北京:中國石化出版社，2010:39-43.

［2］屈一新.化工過程數(shù)值模擬及軟件［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006:35-37.

［3］金紹元.先進(jìn)控制技術(shù)在常減壓裝置上的作用［J］.煉油與化工，2006（2）:44-46.

［4］Eiden U，Scholl S.Use of Simulation in Rating and Design of Distillation Units［J］.Computers&Chemical Engineering& Processing，2004，43（3）:483-493.

［5］姚月華，陳晏杰，張香平，等.原油常減壓蒸餾裝置的流程模擬及參數(shù)優(yōu)化［J］.過程工程學(xué)報，2011，11（3）:405-413.

［6］Juma Haydray，Tomas Pavlik.Steady-state and Dynamic Simulation of Crude Oil Distillation Using Aspen Plus and Dynamics［J］.Petroleum and Coal，2009，51（2）:100-109.

［7］Alfradique M F，Castier M.Modeling And Simulation Of Reactive Distillation Columns Using Computer Algebra［J］.Computers& Chemical Engineering，2005，29（9）:1875-1884.

［8］徐文斌.常減壓蒸餾裝置提高常壓輕油收率措施［J］.加工工藝，2008，23（5）:9-11.

Process simulation and parameter optimization of atmospheric&vacuum distillation unit based on Petro-SIM

Luo Fan1，Chen Xisong1,2，Mei Bin2，Zhang Xiangrong2
（1.School of Automation，Southeast University，Nanjing 210096，China；2.Nanjing Richisland Information Engineering Co.，Ltd，Nanjing 210061，China）

Application of process simulation software to make process simulation and operating parameter optimization of the atmospheric&vacuum distillation unit has significant meaning for guiding production.With the crude oil processed by Jinling Petrochemical Company as the basis，by correcting crude oil data to select proper crude oil data and combining the process date from the site，simulation calculation was made to the primary tower and atmospheric tower based on Petro-SIM.In the same time，by optimizing part operating parameters，and under the premise of ensuring side draw product quality，the separation accuracy of the atmospheric cut 2 and atmospheric cut 3 was effectively improved，and the yield of the atmospheric cut 2 light diesel and overall yield of the atmospheric tower were improved.

process simulation；operating parameter optimization；crude oil data correction；separation accuracy

TE624

B

1671-4962（2017）02-0053-04

2016-11-15

羅凡，男，2014年畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)自動化專業(yè)，現(xiàn)就讀于東南大學(xué)自動化學(xué)院控制理論與控制工程專業(yè)，攻讀碩士學(xué)位。