不同摻煉比的常減壓裝置模擬研究①

李 敏 魏奇業 池 亮

(1.吉林化工學院 2.吉林大學化學學院 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1池 亮3

(1.吉林化工學院 2.吉林大學化學學院 3.吉林石化公司乙烯廠)

采用Petro-Sim軟件對常減壓裝置進行模擬，分析現有設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整提供指導。為防止減壓塔塔頂負荷過高，實際生產時減壓爐爐管未投用注汽，增加了油品在爐管內的停留時間，可能會導致油品的大量裂解和結焦。通過減壓爐模擬結果建立油品結焦曲線，從而可直觀判斷油品結焦傾向，判定安全操作區域，指導裝置生產。

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展，使用軟件來模擬常減壓蒸餾過程的技術也日益成熟[1]。利用計算機模擬技術進行原油合成，對常減壓流程進行模擬計算，可以得到使裝置適應不同原油混煉比的生產方案。俄羅斯原油性質不同于大慶原油，俄羅斯原油中輕質油含量較高。某企業自加工俄羅斯原油以來，與原設計基準偏差較大，常減壓系統運行負荷不均衡，裝置不能在最佳工況下運行。如果初餾塔和常壓塔的輕油收率低，將會直接影響煉油經濟效益。對常減壓裝置進行模擬計算不僅能對原有操作參數進行分析和優化，還能快速、準確地求解特定工況時合理的操作參數，這對煉油企業總體技術經濟指標和下游裝置來說意義重大[2～6]。

在實際生產時，為防止減壓塔塔頂負荷過高，減壓爐爐管未投用注汽，增加了油品在爐管內的停留時間，可能會導致油品大量裂解和結焦。通過對減壓爐建模，可以預測減壓爐爐管的溫度、壓力、油膜溫度、流動性質及停留時間等，可以判斷油品結焦趨向，對減壓裝置的減壓深拔具有重要的指導意義[2]。

1 工藝流程簡介

某企業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%，設計加工量為每年600萬噸。裝置主要由換熱、電脫鹽、初餾塔系統、常壓爐、常壓塔系統、減壓爐、減壓塔系統及三注等部分組成。生產的主要產品有液化氣、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。

從油品實沸點(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%)、俄羅斯原油的實沸點數據有很大差異。俄羅斯原油輕質油含量比大慶原油輕質油含量高。如果改變俄羅斯原油和大慶原油的混合比例，應對常減壓裝置的操作進行相應的調整。

2 常減壓流程模擬

筆者采用Petro-Sim 軟件進行常減壓裝置的模擬研究。Petro-Sim是基于HYSYS Refinery上開發的一個多功能圖解式流程模擬模型。它將KBC專有的Profimatics技術和工業化證明成熟的工藝相結合，可更好地為煉油廠和石化廠建立模型。還能夠很方便地預測原油和產品的性質分布，對生產運行有重要的參考價值。

2.1 模塊參數

初餾塔有26塊塔板，筆者按實際板數設置，然后調整板效直到塔板溫度分布接近現場數據[6]。原油經過脫前換熱網絡、脫鹽罐和脫后換熱網絡換熱后溫度達到238℃左右，從第23塊板進入初餾塔。初餾塔塔頂的壓力提至400kPa，使輕烴溶解到初餾塔頂的石腦油餾分中。塔頂油氣

圖1 常減壓裝置工藝流程

圖2 油品實沸點(TBP)曲線

經熱水換熱、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。塔頂油水分離罐脫除的含硫污水經污水線出裝置。初底油經換熱后，進入常壓爐。初餾塔的模塊參數如下：

塔頂壓力 400kPa

塔底壓力 430kPa

塔頂溫度 135.0℃

塔底溫度 235.6℃

進料溫度 238.0℃

進料流量 750t/h

常壓塔有52塊塔板，與初餾塔一樣，按實際板數設置，然后分段調整板效直到塔板溫度分布接近現場數據。初底油經常壓爐加熱到360℃左右，從第47塊板進入常壓塔，常壓塔設有3個側線汽提塔和常頂循、常一中、常二中3個中段循環回流。常頂油氣經空冷器冷卻后，液相由常頂回流和產品泵抽出后，一部分作為塔頂回流返回常壓塔頂，一部分作為產品出裝置。在生產中通過控制一定的進料溫度、塔頂溫度和各側線餾出溫度，取得不同沸點范圍的產品。常壓塔的模塊參數如下：

塔頂壓力 131.3kPa

塔底壓力 165.0kPa

塔頂溫度 121℃

塔底溫度 352℃

進料溫度 360℃

進料流量 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 6

常一線返回位置 13

常二線抽出位置 28

常二線汽提板數 4

常二線返回位置 27

常三線抽出位置 40

常三線汽提板數 4

常三線返回位置 39

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

塔頂壓力 3kPa

塔底壓力 5kPa

塔頂溫度 50.0℃

塔底溫度 364.1℃

進料溫度 385.0℃

進料流量 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 模擬值與標定數據比較

通過對比各塔的操作溫度、產品指標及流量等數據來確保模型準確，模擬值與標定值的比較見表1。

表1 模擬值與標定值比較

通過對比模擬值和標定值，除常頂油流量外，其他的模擬值與標定值基本相符。標定的常頂油產量參照俄羅斯原油摻煉比為55%設計值采出，改變摻煉比后，常頂油產量并未進行相應的調整。因此，可以認為模型準確，能較好地反映常減壓裝置的實際運行情況。

2.3 俄羅斯原油和大慶原油摻煉比工況研究

在進行摻煉比的工況研究時，先依據俄羅斯原油摻煉比為60%，加工量為每年600萬噸的標定數據設置常壓塔和減壓塔的各中段回流流量和返回溫度，因為這些參數可以從工廠獲得。待模型收斂后再調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，再通過各產品指標調整各產品的采出量，產品產出對比見表2。

表2 不同俄羅斯原油摻煉比的產品產出對比

在模型的計算中，保持常壓塔和減壓塔的進料溫度不變。可以看出，在滿足產品指標的情況下，隨著俄羅斯原油摻煉比的增加，各產品流量變化較大，輕質油的收率和總拔收率也逐漸增加，為實際生產操作提供了理論依據和方向。

3 減壓爐模擬

模擬減壓爐對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現原油減壓深拔的常用方法，但溫度的提高必然會增加油品結焦傾向。而減壓爐中油品的流速、油膜溫度和停留時間會直接影響到油品的結焦傾向，油品在一定條件下存在臨界結焦界線和安全操作區域[7]。對減壓爐進行模擬可以預測減壓爐的爐管表面油膜溫度和爐管的結焦曲線，直觀判斷減壓爐中爐管結焦趨勢，從而判定安全操作區域，以便指導實際裝置。

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

減壓爐爐管的設計尺寸見表3，其中第1根表示減壓爐轉油線，出口是減壓塔的閃蒸區，第5根表示輻射段最后一根爐管，第28根表示對流轉輻射爐管，第31根表示對流室入口爐管。

表3 減壓爐爐管的設計尺寸

(續表3)

可以從模擬結果中看到減壓爐轉油線和爐管的溫度、壓力、油膜溫度、流動性質及停留時間等，這是確定加熱爐結焦趨勢的主要手段。圖3是減壓爐的結焦曲線。結果表明，在出口溫度385 ℃，壓力為12kPa的條件下，油膜溫度仍遠低于結焦溫度。減壓爐的生產負荷也小于設計值，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料汽化率，有利于進一步提高總拔收率。

圖3 減壓爐結焦曲線

4 結論

4.1 所建立的常減壓裝置模擬模型，模擬值和標定值較為吻合，模型可以較準確地反映常減壓裝置的實際生產過程。

4.2 改變俄羅斯原油的摻煉比后，在滿足產品指標的情況下，各產品流量變化較大，模擬結果為實際生產操作和穩定工藝參數提供了理論依據和方向，這對煉油企業總體技術經濟指標和下游裝置來說意義重大。提高俄羅斯原油的摻煉比，輕質油的收率和總拔收率也隨之增加，這可以帶來可觀的經濟效益。

4.3 減壓爐爐管實際生產中未投入注汽沒有導致油品大量裂解和結焦，減壓爐的生產負荷小于設計值，說明減壓爐有進一步提溫余地。提高減壓爐出口溫度，可以增加減壓塔的進料汽化率，有利于進一步提高總拔收率，對降低生產成本和提高經濟效益有著重要的參考價值。

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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，從事過程模擬方向的研究。

TE624

A

1000-3932(2017)03-0248-06

聯系人魏奇業(1964-)，教授，從事化工過程系統工程領域的研究，weiqiye@163.com。

2016-08-25，

2017-01-05)