利用流程模擬軟件優(yōu)化常壓蒸餾單元操作

張璟龍 張獻(xiàn)斌

(中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)分公司，河南洛陽(yáng)，471012)

某公司為調(diào)整全廠煉油結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)原油分儲(chǔ)分煉，實(shí)施了常減壓蒸餾適應(yīng)性改造項(xiàng)目。該項(xiàng)目新增一套常壓蒸餾單元，將優(yōu)質(zhì)原油切割為石腦油、航煤、柴油、常壓渣油等組分，并將優(yōu)質(zhì)常壓渣油送至催化裝置加工，不僅擴(kuò)寬了催化裝置的進(jìn)料來(lái)源，提高了全廠原油加工的靈活性，而且節(jié)約了裝置能耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2021年5月項(xiàng)目建成，2022年1月一次開(kāi)車成功。開(kāi)工后裝置操作人員根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行操作調(diào)整，保證了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行，但由于實(shí)際加工的原油品種與設(shè)計(jì)存在偏差，加之裝置負(fù)荷長(zhǎng)期處于60%—70%左右，因此按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行操作時(shí)，存在換熱終溫偏低、產(chǎn)品分離精確度較差、能耗偏高的問(wèn)題，裝置的操作還有進(jìn)一步優(yōu)化空間。本文通過(guò)Petro-SIM流程模擬軟件，對(duì)常壓蒸餾單元進(jìn)行建模，利用實(shí)際的原油品種、操作參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，并使用校準(zhǔn)后的模型，對(duì)裝置進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化，從而達(dá)到提高分離精確度，增產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，降低裝置能耗和成本的目標(biāo)。

1 裝置簡(jiǎn)介

新建常壓蒸餾單元由中石化洛陽(yáng)工程公司(LPEC)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)規(guī)模2.0Mt/a，采用閃蒸-常壓蒸餾的流程。

原油經(jīng)換熱后進(jìn)入電脫鹽罐脫鹽，脫后原油換熱后進(jìn)入閃蒸塔。閃蒸塔底油經(jīng)換熱和常壓爐加熱后，進(jìn)入常壓塔第47層塔盤，閃蒸塔頂油氣進(jìn)入常壓塔第20層塔盤。常壓塔頂油氣經(jīng)冷卻后，分離為常頂瓦斯和常頂石腦油，常頂瓦斯經(jīng)螺桿壓縮機(jī)加壓后送至一催化裝置，常頂石腦油送至2#重整裝置。常一線自14層塔盤抽出，進(jìn)入汽提塔上段，自汽提塔底抽出換熱后，送至航煤加氫；常二線自26層塔盤抽出，進(jìn)入汽提塔中段，自汽提塔底抽出后，并入常三線；常三線自36層塔盤抽出，進(jìn)入汽提塔下段，自汽提塔底抽出換熱后，與常二線合并，送至柴油加氫裝置；常渣自塔底抽出，經(jīng)換熱后送往催化裝置和罐區(qū)。常壓蒸餾單元流程圖如圖1所示。

圖1 常壓蒸餾單元流程圖

2 優(yōu)化計(jì)算

2.1 建立模型

流程模擬是一種采用數(shù)學(xué)方法來(lái)描述過(guò)程的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)特性，在計(jì)算機(jī)中使用流程模擬軟件進(jìn)行物料平衡、化學(xué)平衡、熱平衡和壓力平衡等計(jì)算，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行模擬的過(guò)程。流程模擬可以在計(jì)算機(jī)中“再現(xiàn)”實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程，但這一“再現(xiàn)”過(guò)程并不會(huì)影響裝置的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，也不會(huì)對(duì)裝置的任何流程管線、設(shè)備、操作帶來(lái)變動(dòng)，因而使得進(jìn)行流程模擬的人員擁有充分的自由度，使其可以在計(jì)算機(jī)上不受限制地進(jìn)行不同方案和工藝條件的探討、分析，以達(dá)到優(yōu)化裝置運(yùn)行、提升指標(biāo)、節(jié)能創(chuàng)效的目的。

本次建模使用Petro-SIM流程模擬軟件，選取2022年3月下旬常壓蒸餾單元的原油性質(zhì)和工況為基準(zhǔn)。模型建立完畢后，通過(guò)調(diào)整塔盤效率等參數(shù)，將模型的各操作參數(shù)和產(chǎn)品性質(zhì)校準(zhǔn)至與實(shí)際工況一致，再使用該模型進(jìn)行后續(xù)的優(yōu)化。表1為本次建模所依據(jù)的原油性質(zhì)和主要操作參數(shù)與模型模擬結(jié)果的對(duì)比情況。

表1 原油性質(zhì)及主要操作參數(shù)對(duì)比

從表1中可以看出，模擬結(jié)果與實(shí)際工況基本一致。表2為實(shí)際化驗(yàn)分析結(jié)果與模擬結(jié)果的對(duì)比，從表2中可以看出，模型模擬出的產(chǎn)品質(zhì)量與實(shí)際基本吻合，說(shuō)明模型與實(shí)際工況基本一致。模型校準(zhǔn)完畢后，利用模型對(duì)裝置進(jìn)行優(yōu)化。

表2 主要產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比

2.2 常壓塔底汽提蒸汽量對(duì)常壓塔拔出率的影響

優(yōu)化前，常壓塔底汽提蒸汽流量為0.9t/h，通過(guò)模擬尋找合適的汽提蒸汽流量。汽提蒸汽量由0.1t/h提高至1.5t/h進(jìn)行對(duì)比分析。

隨著常壓塔底汽提蒸汽量的提高，汽化段內(nèi)油氣分壓降低，其他操作條件及產(chǎn)品質(zhì)量不變的情況下，常三線收率增加，常渣中350℃前含量下降。常壓塔底汽提蒸汽量對(duì)常三線產(chǎn)量及常渣350℃含量的影響如表3及圖2所示。

表3 不同常底汽提蒸汽量下常三線產(chǎn)量及常渣350℃前含量的變化

圖2 不同常底汽提蒸汽量下常三線產(chǎn)量及常渣350℃前含量的變化

從表3和圖2中可以看出，當(dāng)常壓塔底汽提蒸汽量達(dá)到0.8t/h以上時(shí)，常三線產(chǎn)量的增加和常渣350℃前含量的下降逐漸趨緩。從節(jié)能和產(chǎn)品收率兩個(gè)角度綜合考慮，在當(dāng)前加工負(fù)荷下塔底注汽量控制在0.8t/h左右較為合適。

2.3 常二線抽出量對(duì)常一線抽出量的影響

由于常減壓裝置的常壓塔相較于化工裝置精餾塔而言，分離精確度較低，因此各側(cè)線產(chǎn)品之間存在一定的重合度，例如常一線和常二線就存在餾程重疊的情況。在增產(chǎn)常一線航煤的工況下，降低常二線的抽出量，可以將常二線中的輕質(zhì)組分從常一線中抽出，從而減少了航煤組分的損失，達(dá)到增產(chǎn)航煤的目的。

表4中，將常二線從正常抽出的11t/h逐步降低至0，觀察常一線在冰點(diǎn)質(zhì)量不變的情況下，抽出量的變化。

表4 常二線流量變化對(duì)常一線流量的影響

從表4中可以看出，隨著常二線抽出量的逐步降低，常一線的收率逐步提高，而冰點(diǎn)可以保持不變。常二線中的柴油組分從常三線中抽出，在常三線質(zhì)量基本保持穩(wěn)定的前提下，常二線+常三線的總收率基本保持不變。因此在增產(chǎn)航煤的工況下，可以盡量壓低常二線的抽出量，以提高常一線產(chǎn)量。

2.4 閃蒸塔進(jìn)料溫度對(duì)閃頂油氣和能耗的影響

脫后原油經(jīng)過(guò)換熱后進(jìn)入閃蒸塔，閃蒸塔進(jìn)料溫度直接決定了塔頂蒸出的油氣量。由于閃蒸塔頂油氣直接進(jìn)入常壓塔進(jìn)行分離，跳過(guò)了加熱爐加熱的步驟，因此提高閃蒸塔進(jìn)料溫度，增加閃蒸塔頂油氣量對(duì)于節(jié)約加熱爐燃料氣，降低裝置能耗應(yīng)該具有正作用。

在當(dāng)前工況下，閃蒸塔進(jìn)料溫度僅有168℃，距離205℃的進(jìn)料溫度存在接近40℃的溫差。在模型中通過(guò)將閃底油換熱熱量轉(zhuǎn)移至脫后換熱流程中，在總熱量不變的前提下，提高閃蒸塔進(jìn)料溫度，觀察對(duì)換熱終溫(即加熱爐進(jìn)料溫度)及加熱爐熱負(fù)荷的影響。

從表5中可以看出，當(dāng)閃蒸塔進(jìn)料溫度從168℃提高至205℃時(shí)，換熱終溫(即加熱爐進(jìn)料溫度)下降了近6℃，但由于閃頂油氣增加了11.5t/h，加熱爐進(jìn)料量同步降低，因此加熱爐的熱負(fù)荷是下降的。按照加熱爐熱效率93%，燃料氣熱值39710kJ/kg計(jì)算，每小時(shí)可節(jié)約燃料氣0.11t，裝置能耗可降低0.7kgeo/t，按照燃料氣2000元/噸進(jìn)行計(jì)算，每年節(jié)約燃料氣成本約185萬(wàn)元。

表5 閃蒸塔進(jìn)料溫度對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)及加熱爐熱負(fù)荷的影響

3 結(jié)束語(yǔ)

在本次優(yōu)化中，利用Petro-SIM流程模擬軟件對(duì)某公司常壓蒸餾單元進(jìn)行了工藝流程模擬和操作優(yōu)化。從模擬的情況看，建立的模型與實(shí)際生產(chǎn)工況較為吻合，利用該模型進(jìn)行的模擬優(yōu)化可以提高裝置經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，降低裝置能耗，對(duì)裝置優(yōu)化提升具有較好的指導(dǎo)意義。