常減壓蒸餾裝置適應(yīng)原油輕質(zhì)化的技術(shù)改造

林彥宏

（西南石油大學(xué)，四川成都 610500）

1 案例分析

以石油集團(tuán)下屬的煉化公司為例，其使用了1 200kt/a 的常減壓蒸餾裝置，并在進(jìn)行原油加工的過(guò)程中可以通過(guò)換熱-電脫鹽-換熱-閃蒸-換熱-加熱爐-常壓蒸餾-減壓蒸餾的工序，來(lái)完成對(duì)原油的加工，并且具備有加工高酸混合重質(zhì)原油的能力。而該常減壓蒸餾裝置的技術(shù)特點(diǎn)為：采取了三級(jí)電脫鹽技術(shù)完成了對(duì)原油電脫鹽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；基于閃蒸塔的利用有效簡(jiǎn)化了整體流程，降低了能耗與投資；全填料結(jié)構(gòu)與微濕式操作方式的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整體系統(tǒng)工作效率與質(zhì)量的提升；工藝流程模擬軟件與換熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)用，可以完成對(duì)裝置的系統(tǒng)分析，并優(yōu)化物料平衡條件。而在原油資源限制與結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化的背景下，常減壓蒸餾裝置在進(jìn)行原油的加工時(shí)，其在整體上表現(xiàn)出了輕質(zhì)化特點(diǎn)。這種情況的出現(xiàn)導(dǎo)致了輕質(zhì)油在摻煉過(guò)程中比例的增加，并使常減壓蒸餾裝置在運(yùn)行的過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)常壓塔塔頂超負(fù)荷、側(cè)線裝置溫度超過(guò)控制指標(biāo)、塔頂不凝氣量增加等問(wèn)題，使裝置的加工能力難以保障。因此，為了解決此類問(wèn)題，該公司決定對(duì)常減壓蒸餾裝置進(jìn)行適應(yīng)原油輕質(zhì)化的技術(shù)改造。

2 原油輕質(zhì)化的趨勢(shì)分析

對(duì)于案例裝置而言，其原本設(shè)計(jì)為加工100%的高酸低硫環(huán)烷中間重基油，并且其自身的渣油收率高達(dá)35%（w），而輕質(zhì)油的收率則相對(duì)較低。而案例中的常減壓蒸餾裝置在運(yùn)行的過(guò)程中，共完成了近20種不同性質(zhì)的原油與處于異常狀況下污油的摻煉處理，但在進(jìn)行質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為10%性質(zhì)較輕的原油時(shí)，該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)十分容易受到影響。并且隨著時(shí)間的推移，在該設(shè)備運(yùn)行與加工的過(guò)程中，輕質(zhì)油的比例表現(xiàn)出了一個(gè)逐漸上升的趨勢(shì)，在2013年該設(shè)備所加工的重質(zhì)油總占比約為75.3%，而到2015后其重質(zhì)油加工比例為43%，輕質(zhì)油的加工比例則增長(zhǎng)至35%左右。并且這些輕質(zhì)油與該裝置投入使用時(shí)的設(shè)計(jì)加工原油相比，在密度、運(yùn)動(dòng)黏度、鹽合量、酸值等物性參數(shù)的表現(xiàn)上出現(xiàn)了明顯降低的情況，而且整體的性質(zhì)也表現(xiàn)出了逐漸緩和的趨勢(shì)。此外，結(jié)合案例單位的產(chǎn)品分布來(lái)看，可以發(fā)現(xiàn)其整體收率表現(xiàn)出了逐漸增加的趨勢(shì)，從輕質(zhì)油收率來(lái)看，其2015年增加了近7.4%，而總液體收率則增加了7.5%。

3 常減壓蒸餾裝置適應(yīng)原油輕質(zhì)化的具體改造措施與效果

3.1 常壓系統(tǒng)改造

在進(jìn)行常減壓蒸餾裝置適應(yīng)原油輕質(zhì)化改造的過(guò)程中，首先應(yīng)確保在技術(shù)改造的過(guò)程中，能夠遵循主工藝流程不變、最大化應(yīng)用現(xiàn)有設(shè)備、所選用工藝與技術(shù)設(shè)備成熟且先進(jìn)、選材應(yīng)按原設(shè)計(jì)考慮的原則進(jìn)行展開(kāi)。案例常減壓蒸餾裝置的處理能力為1 200kt/a，常頂石腦油的收率為8.5%，而其加工的混合原油中，所使用的重質(zhì)油為70%、輕質(zhì)油為30%。同時(shí)，需要注意的是該設(shè)備常壓塔與汽提塔的總體操作彈性需要在50%～120%，并且常頂循環(huán)液相負(fù)荷的上限設(shè)計(jì)為140%，常一中、常二中段液相的負(fù)荷上限則為130%。

在實(shí)現(xiàn)常減壓蒸餾裝置原油輕質(zhì)化改造的過(guò)程中，其常壓塔改造是自身在適應(yīng)原油輕質(zhì)化過(guò)程中的關(guān)鍵內(nèi)容。從原油輕質(zhì)化的特點(diǎn)來(lái)看，在氣液相負(fù)荷增加的情況下，對(duì)常壓塔塔盤進(jìn)行開(kāi)孔率設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要基于水力學(xué)計(jì)算的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行調(diào)整，并且塔內(nèi)的部件應(yīng)盡可能利用設(shè)備原有部件。而在對(duì)其進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保塔板數(shù)設(shè)計(jì)壽命、內(nèi)件腐蝕裕量、塔內(nèi)件材質(zhì)仍應(yīng)為此裝置原設(shè)計(jì)中適應(yīng)高酸原油的標(biāo)準(zhǔn)。而其常頂循環(huán)回流以及常二中循環(huán)回流兩側(cè)的降液管在寬度設(shè)計(jì)上需要增加。在案例設(shè)備的適應(yīng)原油輕質(zhì)化改造過(guò)程中，其寬度便由662mm 增至960mm。并且需要改造8層塔支撐架，其余的塔盤支撐件則應(yīng)當(dāng)保持不變。在對(duì)案例項(xiàng)目進(jìn)行常壓塔塔盤后，其能夠在滿負(fù)荷狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)自身的穩(wěn)定運(yùn)行，并且在常頂循環(huán)回流量增大的背景下，可以在提高常壓塔中段回流取熱負(fù)荷的同時(shí)，降低常頂冷回流，并滿足常頂系統(tǒng)摻煉30%輕質(zhì)原油的能力需求。

3.2 常頂瓦斯壓縮機(jī)與常一線水冷機(jī)的增設(shè)

常減壓蒸餾裝置的設(shè)計(jì)中，需要通過(guò)將常頂、減頂瓦斯引入至加熱爐中作為燃料應(yīng)用。而在加工原油表現(xiàn)出輕質(zhì)化的趨勢(shì)后，常頂瓦斯的收率由0.01%增加至了0.08%，導(dǎo)致塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)了超負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)。并且，在一些輕質(zhì)原油中，其硫化氫的含量相對(duì)較高，導(dǎo)致在使用該材料進(jìn)行摻煉的過(guò)程中，其所產(chǎn)生的常頂瓦斯中硫化氫體積分?jǐn)?shù)由設(shè)計(jì)上的0.10%增至0.94%，而且加熱爐出口煙氣中的含硫化合物也隨之增加，煙氣露點(diǎn)的溫度也提升了8℃。在這種情況下，為了避免熱爐漏電腐蝕問(wèn)題的加劇，需要排煙溫度能夠由120℃提升至130℃，但這就導(dǎo)致了加熱爐效率下降的問(wèn)題。針對(duì)此種問(wèn)題，就要在常減壓蒸餾裝置適應(yīng)原油輕質(zhì)化改造的過(guò)程中，于常頂氣進(jìn)入加熱爐前增設(shè)一臺(tái)壓縮機(jī)，完成對(duì)常頂瓦斯的升壓處理后，再將其輸送至催化裂化裝置粗油液分液罐中，并基于對(duì)吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的利用，來(lái)回收其中40%（w）的液態(tài)烴，使其不再需要進(jìn)入到加熱爐中，令加熱爐的效率能夠恢復(fù)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。并且，在常頂及減頂壓縮機(jī)投入到實(shí)際應(yīng)用后，常減壓蒸餾裝置自身的操作適應(yīng)性也得到了大幅提升，常頂壓力也更加穩(wěn)定。

在原油輕質(zhì)化的影響下，常一線的收率也出現(xiàn)了大幅增加的情況。在進(jìn)入到夏季后，會(huì)由于循環(huán)水溫度升高、空氣冷卻效果下降的問(wèn)題，導(dǎo)致常一線油出裝置的溫度達(dá)到了45℃以上，超過(guò)了罐區(qū)存儲(chǔ)的安全溫度。通過(guò)水冷機(jī)的增設(shè)，能夠?qū)υ退淦鬟M(jìn)行引用，使循環(huán)水能夠作為新增水冷器中的冷卻水，以有效解決常一線油出裝置溫度超標(biāo)的問(wèn)題。

3.3 常頂石腦油系統(tǒng)的改造

案例裝置中其常頂石腦油系統(tǒng)在管線設(shè)計(jì)上的最大流量為90t/h，輸送泵設(shè)計(jì)額定流量則為85.1t/h。但在加工石油輕質(zhì)化后，其在運(yùn)行的過(guò)程中，常頂石腦油流量增至120t/h，而冷回流的循環(huán)流量為40～50t/h。這使得想要令案例設(shè)備能夠在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中符合原油輕質(zhì)化的要求，需要其對(duì)常頂石腦油系統(tǒng)管線的管徑進(jìn)行拓寬，而案例工程在將其管徑由DN150擴(kuò)大至DN200后，還額外增設(shè)了一臺(tái)額度流量為230t/h 的汽油泵。并且，需要注意是下游重整裝置的應(yīng)用，使常頂石腦油的最大設(shè)計(jì)進(jìn)料量達(dá)到了100t/h，而多余的20t/h 則可以用于石腦油汽柴油加氫裝置中。但案例裝置并未設(shè)計(jì)該流程，而基于焦化裝置汽油直供汽柴油加氫裝置，并且其焦化裝置與常減壓蒸餾裝置相鄰的特點(diǎn)，而設(shè)置了常頂石腦油至焦化裝置的流程，使其與焦化汽油完成合并后，再進(jìn)入到汽柴油加氫裝置當(dāng)中，以完成對(duì)過(guò)剩石腦油的加工處理。在這種處理方式下，不僅能夠有效解決重整裝置在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題，也使得常減壓蒸餾裝置的生產(chǎn)加工負(fù)荷能夠維持在一個(gè)合理的負(fù)荷限度之內(nèi)。并且，基于對(duì)常一線新增水冷裝置的運(yùn)用，可以使常一線油冷后的溫度由55℃降至37℃，在恢復(fù)常一線設(shè)計(jì)流量的同時(shí)，使其油出裝置的整體工藝指標(biāo)得到滿足。而且要在運(yùn)行過(guò)程中盡可能在常壓系統(tǒng)中完成混合柴油的拔出，以提升減頂?shù)恼婵斩取?/p>

3.4 常壓塔中段回流取熱負(fù)荷的提升

在案例裝置的設(shè)計(jì)中，其常一中泵的設(shè)計(jì)額定流量為295t/h，但在輕質(zhì)化的影響下，由于流量不足的問(wèn)題會(huì)使其在運(yùn)行過(guò)程中的回流取熱能力無(wú)法保障，導(dǎo)致了其返塔溫度超過(guò)了設(shè)計(jì)溫度35℃，達(dá)到了185℃。為此，需要通過(guò)在常壓塔中段回流改造的過(guò)程中，運(yùn)用小溫差大流量的方式，來(lái)使裝置的換熱效果得到提升，其中案例項(xiàng)目的具體改造方案為；對(duì)常壓塔中段其中一臺(tái)泵的額定流量進(jìn)行提升，使其可以達(dá)到395t/h，并新增一臺(tái)換熱器，實(shí)現(xiàn)常一中泵的擴(kuò)能，結(jié)合常壓塔的熱量分布狀態(tài)完成對(duì)回流量的調(diào)整，使自產(chǎn)0.35MPa蒸汽產(chǎn)量得到提升，而后配合換熱器的新增來(lái)控制常二中段的回流反塔溫度，使其可以由231℃降低到206℃。

在此種改造模式下，可以基于對(duì)中段換熱器的增設(shè)，使常減壓蒸餾裝置的取熱能力得以提升，并優(yōu)化在抽出與反塔時(shí)的溫差，令系統(tǒng)在整體上的熱源利用與換熱終溫得以提升。而且在加熱爐出口溫度相同的條件下，案例裝置的燃料氣用量由11.7t/h 降至10.9t/h，使設(shè)備的加熱爐負(fù)荷與燃料消耗得到了有效的控制。從改造前后案例設(shè)備常頂與中斷回流流量以及溫差的表現(xiàn)來(lái)看，其常一中、常二中的高位熱源回收率以及運(yùn)行效率均實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定提升，并且在完成適應(yīng)輕質(zhì)化改造后，案例設(shè)備的蒸汽發(fā)生器也實(shí)現(xiàn)了自身產(chǎn)氣能力的提升，到達(dá)了15t/h，使自產(chǎn)蒸汽與自用蒸汽達(dá)到了一個(gè)相互平衡的狀態(tài)，使設(shè)備的能耗得到了全方位的優(yōu)化與控制。

3.5 減壓系統(tǒng)的改造

從案例裝置在減壓系統(tǒng)改造過(guò)程中所設(shè)計(jì)的方案可以看出，其重點(diǎn)放在了控制減頂溫度、避免液滴夾帶等方面。其具體設(shè)計(jì)為：通過(guò)新增一臺(tái)減一線泵，避免柴油量過(guò)大造成的額定流量不足問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)減頂溫度的有效控制；在減壓塔過(guò)汽化油集油箱下方安置MCVV20C 拆板除沫器，來(lái)避免霧沫在經(jīng)過(guò)進(jìn)料分布器后，直徑為10～20μm 的滴液無(wú)法被去除，并夾帶的問(wèn)題。

結(jié)合案例裝置在完成對(duì)減壓系統(tǒng)優(yōu)化與改造后的表現(xiàn)來(lái)看，其基于折板觸除沫器的應(yīng)用，使設(shè)備當(dāng)中近90%的微小滴液都可以實(shí)現(xiàn)二次脫除，令其在整體上的抗堵能力得到進(jìn)一步提升，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽化油殘?zhí)己康挠行Э刂?，而且新增設(shè)的折板除沫器在壓降上的表現(xiàn)僅為1.2Pa，對(duì)于整塔的壓降并沒(méi)有明顯影響。而在完成改造核算后也可以發(fā)現(xiàn)，其在減二線泵、減三線泵的應(yīng)用上，均在相應(yīng)的操作范圍內(nèi)。并且由于減底泵位于高效工作區(qū)域的邊緣，使得其在正常負(fù)荷下進(jìn)行裝置操作的過(guò)程中，均可以滿足對(duì)應(yīng)的工控要求。此外，需要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)避免加工負(fù)荷過(guò)低或是加工原料油過(guò)輕的問(wèn)題，以避免其泵脫離高效工作區(qū)，使其自身的運(yùn)行效率與操作穩(wěn)定性受到影響。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著行業(yè)的發(fā)展，原油的輕質(zhì)化已經(jīng)成為了現(xiàn)階段中石油煉化行業(yè)所需面臨的主流趨勢(shì)。為此，便需要結(jié)合原油輕質(zhì)化的特點(diǎn)與需求，從常壓系統(tǒng)改造、設(shè)備增設(shè)、常頂石腦油系統(tǒng)改造、常壓塔中段回流取熱負(fù)荷的提升以及減壓系統(tǒng)的改造出發(fā)，使常減壓整流裝置的運(yùn)行更符合原油輕質(zhì)化的技術(shù)指標(biāo)。