不同摻煉比的常減壓裝置模擬研究①

李 敏 魏奇業(yè) 池 亮

(1.吉林化工學(xué)院 2.吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院 3.吉林石化公司乙烯廠)

不同摻煉比的常減壓裝置模擬研究①

李 敏1, 2魏奇業(yè)1池 亮3

(1.吉林化工學(xué)院 2.吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院 3.吉林石化公司乙烯廠)

采用Petro-Sim軟件對(duì)常減壓裝置進(jìn)行模擬，分析現(xiàn)有設(shè)備能否滿足不同的俄羅斯原油摻煉比，并為不同工況下裝置的操作條件調(diào)整提供指導(dǎo)。為防止減壓塔塔頂負(fù)荷過(guò)高，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)減壓爐爐管未投用注汽，增加了油品在爐管內(nèi)的停留時(shí)間，可能會(huì)導(dǎo)致油品的大量裂解和結(jié)焦。通過(guò)減壓爐模擬結(jié)果建立油品結(jié)焦曲線，從而可直觀判斷油品結(jié)焦傾向，判定安全操作區(qū)域，指導(dǎo)裝置生產(chǎn)。

常減壓蒸餾裝置 Petro-Sim 摻煉比 拔出率 減壓爐

隨著流程模擬軟件的快速發(fā)展，使用軟件來(lái)模擬常減壓蒸餾過(guò)程的技術(shù)也日益成熟[1]。利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行原油合成，對(duì)常減壓流程進(jìn)行模擬計(jì)算，可以得到使裝置適應(yīng)不同原油混煉比的生產(chǎn)方案。俄羅斯原油性質(zhì)不同于大慶原油，俄羅斯原油中輕質(zhì)油含量較高。某企業(yè)自加工俄羅斯原油以來(lái)，與原設(shè)計(jì)基準(zhǔn)偏差較大，常減壓系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷不均衡，裝置不能在最佳工況下運(yùn)行。如果初餾塔和常壓塔的輕油收率低，將會(huì)直接影響煉油經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)常減壓裝置進(jìn)行模擬計(jì)算不僅能對(duì)原有操作參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，還能快速、準(zhǔn)確地求解特定工況時(shí)合理的操作參數(shù)，這對(duì)煉油企業(yè)總體技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和下游裝置來(lái)說(shuō)意義重大[2～6]。

在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為防止減壓塔塔頂負(fù)荷過(guò)高，減壓爐爐管未投用注汽，增加了油品在爐管內(nèi)的停留時(shí)間，可能會(huì)導(dǎo)致油品大量裂解和結(jié)焦。通過(guò)對(duì)減壓爐建模，可以預(yù)測(cè)減壓爐爐管的溫度、壓力、油膜溫度、流動(dòng)性質(zhì)及停留時(shí)間等，可以判斷油品結(jié)焦趨向，對(duì)減壓裝置的減壓深拔具有重要的指導(dǎo)意義[2]。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

某企業(yè)的常減壓裝置加工俄羅斯原油與大慶原油的混合原油，俄羅斯原油摻煉比為60%，設(shè)計(jì)加工量為每年600萬(wàn)噸。裝置主要由換熱、電脫鹽、初餾塔系統(tǒng)、常壓爐、常壓塔系統(tǒng)、減壓爐、減壓塔系統(tǒng)及三注等部分組成。生產(chǎn)的主要產(chǎn)品有液化氣、石腦油、煤油、柴油、減壓蠟油及減壓渣油等。工藝流程如圖1所示。

從油品實(shí)沸點(diǎn)(TBP)曲線(圖2)中可以看到大慶原油、混合原油(俄羅斯原油的摻煉比為60%)、俄羅斯原油的實(shí)沸點(diǎn)數(shù)據(jù)有很大差異。俄羅斯原油輕質(zhì)油含量比大慶原油輕質(zhì)油含量高。如果改變俄羅斯原油和大慶原油的混合比例，應(yīng)對(duì)常減壓裝置的操作進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

2 常減壓流程模擬

筆者采用Petro-Sim 軟件進(jìn)行常減壓裝置的模擬研究。Petro-Sim是基于HYSYS Refinery上開(kāi)發(fā)的一個(gè)多功能圖解式流程模擬模型。它將KBC專有的Profimatics技術(shù)和工業(yè)化證明成熟的工藝相結(jié)合，可更好地為煉油廠和石化廠建立模型。還能夠很方便地預(yù)測(cè)原油和產(chǎn)品的性質(zhì)分布，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行有重要的參考價(jià)值。

2.1 模塊參數(shù)

初餾塔有26塊塔板，筆者按實(shí)際板數(shù)設(shè)置，然后調(diào)整板效直到塔板溫度分布接近現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)[6]。原油經(jīng)過(guò)脫前換熱網(wǎng)絡(luò)、脫鹽罐和脫后換熱網(wǎng)絡(luò)換熱后溫度達(dá)到238℃左右，從第23塊板進(jìn)入初餾塔。初餾塔塔頂?shù)膲毫μ嶂?00kPa，使輕烴溶解到初餾塔頂?shù)氖X油餾分中。塔頂油氣

圖1 常減壓裝置工藝流程

圖2 油品實(shí)沸點(diǎn)(TBP)曲線

經(jīng)熱水換熱、空冷、水冷器冷卻后，一部分做塔頂冷回流，一部分去輕烴回收系統(tǒng)。塔頂油水分離罐脫除的含硫污水經(jīng)污水線出裝置。初底油經(jīng)換熱后，進(jìn)入常壓爐。初餾塔的模塊參數(shù)如下：

塔頂壓力 400kPa

塔底壓力 430kPa

塔頂溫度 135.0℃

塔底溫度 235.6℃

進(jìn)料溫度 238.0℃

進(jìn)料流量 750t/h

常壓塔有52塊塔板，與初餾塔一樣，按實(shí)際板數(shù)設(shè)置，然后分段調(diào)整板效直到塔板溫度分布接近現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。初底油經(jīng)常壓爐加熱到360℃左右，從第47塊板進(jìn)入常壓塔，常壓塔設(shè)有3個(gè)側(cè)線汽提塔和常頂循、常一中、常二中3個(gè)中段循環(huán)回流。常頂油氣經(jīng)空冷器冷卻后，液相由常頂回流和產(chǎn)品泵抽出后，一部分作為塔頂回流返回常壓塔頂，一部分作為產(chǎn)品出裝置。在生產(chǎn)中通過(guò)控制一定的進(jìn)料溫度、塔頂溫度和各側(cè)線餾出溫度，取得不同沸點(diǎn)范圍的產(chǎn)品。常壓塔的模塊參數(shù)如下：

塔頂壓力 131.3kPa

塔底壓力 165.0kPa

塔頂溫度 121℃

塔底溫度 352℃

進(jìn)料溫度 360℃

進(jìn)料流量 687.3t/h

常頂循抽出位置 4

常頂循返回位置 1

常一中抽出位置 18

常一中返回位置 16

常二中抽出位置 32

常二中返回位置 30

常一線抽出位置 14

常一線汽提板數(shù) 6

常一線返回位置 13

常二線抽出位置 28

常二線汽提板數(shù) 4

常二線返回位置 27

常三線抽出位置 40

常三線汽提板數(shù) 4

常三線返回位置 39

減壓塔為填料塔，有5段填料，在模擬時(shí)將填料折算成理論塔板，設(shè)定減壓塔為14塊理論板[6]。常底油經(jīng)減壓爐加熱到385℃后，由于減壓塔的負(fù)壓作用，部分油品汽化，進(jìn)入減壓塔進(jìn)料段，未被汽化的渣油進(jìn)入塔底，汽化的油品沿塔盤(pán)逐步上升，在回流的作用下得到減一、二、三線產(chǎn)品。減壓塔設(shè)有減一中、減二中和減三中這3個(gè)中段循環(huán)。在正常生產(chǎn)中，減壓塔塔頂壓力(絕壓)不大于5kPa。減壓塔的模塊參數(shù)如下：

塔頂壓力 3kPa

塔底壓力 5kPa

塔頂溫度 50.0℃

塔底溫度 364.1℃

進(jìn)料溫度 385.0℃

進(jìn)料流量 450.3t/h

減一中抽出位置 2

減一中返回位置 2

減二中抽出位置 5

減二中返回位置 4

減三中抽出位置 9

減三中返回位置 8

2.2 模擬值與標(biāo)定數(shù)據(jù)比較

通過(guò)對(duì)比各塔的操作溫度、產(chǎn)品指標(biāo)及流量等數(shù)據(jù)來(lái)確保模型準(zhǔn)確，模擬值與標(biāo)定值的比較見(jiàn)表1。

表1 模擬值與標(biāo)定值比較

通過(guò)對(duì)比模擬值和標(biāo)定值，除常頂油流量外，其他的模擬值與標(biāo)定值基本相符。標(biāo)定的常頂油產(chǎn)量參照俄羅斯原油摻煉比為55%設(shè)計(jì)值采出，改變摻煉比后，常頂油產(chǎn)量并未進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。因此，可以認(rèn)為模型準(zhǔn)確，能較好地反映常減壓裝置的實(shí)際運(yùn)行情況。

2.3 俄羅斯原油和大慶原油摻煉比工況研究

在進(jìn)行摻煉比的工況研究時(shí)，先依據(jù)俄羅斯原油摻煉比為60%，加工量為每年600萬(wàn)噸的標(biāo)定數(shù)據(jù)設(shè)置常壓塔和減壓塔的各中段回流流量和返回溫度，因?yàn)檫@些參數(shù)可以從工廠獲得。待模型收斂后再調(diào)整為中段取熱量和溫差，然后改變俄羅斯原油的摻煉比，待模型收斂之后，再通過(guò)各產(chǎn)品指標(biāo)調(diào)整各產(chǎn)品的采出量，產(chǎn)品產(chǎn)出對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 不同俄羅斯原油摻煉比的產(chǎn)品產(chǎn)出對(duì)比

在模型的計(jì)算中，保持常壓塔和減壓塔的進(jìn)料溫度不變?？梢钥闯觯跐M足產(chǎn)品指標(biāo)的情況下，隨著俄羅斯原油摻煉比的增加，各產(chǎn)品流量變化較大，輕質(zhì)油的收率和總拔收率也逐漸增加，為實(shí)際生產(chǎn)操作提供了理論依據(jù)和方向。

3 減壓爐模擬

模擬減壓爐對(duì)于常減壓裝置的減壓深拔具有非常重要的意義。提高減壓爐的出口溫度是實(shí)現(xiàn)原油減壓深拔的常用方法，但溫度的提高必然會(huì)增加油品結(jié)焦傾向。而減壓爐中油品的流速、油膜溫度和停留時(shí)間會(huì)直接影響到油品的結(jié)焦傾向，油品在一定條件下存在臨界結(jié)焦界線和安全操作區(qū)域[7]。對(duì)減壓爐進(jìn)行模擬可以預(yù)測(cè)減壓爐的爐管表面油膜溫度和爐管的結(jié)焦曲線，直觀判斷減壓爐中爐管結(jié)焦趨勢(shì)，從而判定安全操作區(qū)域，以便指導(dǎo)實(shí)際裝置。

在Petro-Sim中，通過(guò)減壓爐模型輸入爐管數(shù)量和爐管尺寸，并調(diào)整取熱因子使對(duì)流轉(zhuǎn)輻射爐管的溫度和實(shí)際溫度相匹配，調(diào)整摩擦系數(shù)使減壓爐的壓降和實(shí)際壓降匹配。根據(jù)爐管的實(shí)際輻射段高度調(diào)整K1值(與減壓爐輻射段的爐管高度相關(guān))，根據(jù)爐子的爐火分布和所用燃料調(diào)整K2(與減壓爐的爐管受熱情況相關(guān))和K3值(與爐子使用的燃料類型有關(guān))，使模型更為準(zhǔn)確。

減壓爐爐管的設(shè)計(jì)尺寸見(jiàn)表3，其中第1根表示減壓爐轉(zhuǎn)油線，出口是減壓塔的閃蒸區(qū)，第5根表示輻射段最后一根爐管，第28根表示對(duì)流轉(zhuǎn)輻射爐管，第31根表示對(duì)流室入口爐管。

表3 減壓爐爐管的設(shè)計(jì)尺寸

(續(xù)表3)

可以從模擬結(jié)果中看到減壓爐轉(zhuǎn)油線和爐管的溫度、壓力、油膜溫度、流動(dòng)性質(zhì)及停留時(shí)間等，這是確定加熱爐結(jié)焦趨勢(shì)的主要手段。圖3是減壓爐的結(jié)焦曲線。結(jié)果表明，在出口溫度385 ℃，壓力為12kPa的條件下，油膜溫度仍遠(yuǎn)低于結(jié)焦溫度。減壓爐的生產(chǎn)負(fù)荷也小于設(shè)計(jì)值，表明減壓爐仍有提溫余地[8]。提高爐出口溫度，可以增加減壓塔的進(jìn)料汽化率，有利于進(jìn)一步提高總拔收率。

圖3 減壓爐結(jié)焦曲線

4 結(jié)論

4.1 所建立的常減壓裝置模擬模型，模擬值和標(biāo)定值較為吻合，模型可以較準(zhǔn)確地反映常減壓裝置的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程。

4.2 改變俄羅斯原油的摻煉比后，在滿足產(chǎn)品指標(biāo)的情況下，各產(chǎn)品流量變化較大，模擬結(jié)果為實(shí)際生產(chǎn)操作和穩(wěn)定工藝參數(shù)提供了理論依據(jù)和方向，這對(duì)煉油企業(yè)總體技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和下游裝置來(lái)說(shuō)意義重大。提高俄羅斯原油的摻煉比，輕質(zhì)油的收率和總拔收率也隨之增加，這可以帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 減壓爐爐管實(shí)際生產(chǎn)中未投入注汽沒(méi)有導(dǎo)致油品大量裂解和結(jié)焦，減壓爐的生產(chǎn)負(fù)荷小于設(shè)計(jì)值，說(shuō)明減壓爐有進(jìn)一步提溫余地。提高減壓爐出口溫度，可以增加減壓塔的進(jìn)料汽化率，有利于進(jìn)一步提高總拔收率，對(duì)降低生產(chǎn)成本和提高經(jīng)濟(jì)效益有著重要的參考價(jià)值。

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SimulationStudyofAtmospheric-vacuumDistillationUnitwithDifferentCrudeOilBlendingRatios

LI Min1, 2, WEI Qi-ye1, CHI Liang3

(1.JilinInstituteofChemicalTechnology; 2.CollegeofChemistry,JilinUniversity; 3.EthylenePlant,JilinPetrochemicalCompany)

Petro-Sim software was adopted to simulate atmospheric-vacuum distillation unit so as to analyze whether the existing equipment can meet different blending ratios and to provide the guidance for adjusting the device’s operating conditions under different working conditions. To prevent high load at the vacuum tower overhead, the vacuum furnace tube didn’t implement steam injection in the actual production, and increasing the residence time of the oil in the furnace tube may lead to a large number of oil cracking and coking. Having the results of simulating vacuum furnace based to create coking curves can visually determine oil coking tendency and determine safe operating area as well as guide the production.

atmospheric-vacuum distillation unit, Petro-Sim, mixing ratio, cut yield, vacuum furnace

李敏( 1992-)，碩士研究生，從事過(guò)程模擬方向的研究。

TE624

A

1000-3932(2017)03-0248-06

聯(lián)系人魏奇業(yè)(1964-)，教授，從事化工過(guò)程系統(tǒng)工程領(lǐng)域的研究，weiqiye@163.com。

2016-08-25，

2017-01-05)