原油减压蒸馏控制系统设计

辽宁石油化工大学继续教育学院论文

原油减压蒸馏控制系统设计

摘要

石油在加热条件下容易受热分解而使油品颜色变深、胶质增加。在常压蒸馏时，为保证产品质量，炉口温度一般不高于370℃，通过常压蒸馏，可以把原油中350℃以前的汽油、煤油、轻柴油等直流产品分离出来。350℃以上的高沸点馏分则难以蒸出，而这部分馏分油是生产润滑油和催化裂化原料油的主要原料，但是由于这部分油在高温下会发生分解反应，只能通过降低系统压力从而降低其沸点的方法来获得，所以一般情况下，炼油厂都会在常压蒸馏之后设置减压蒸馏过程，用以获取更大的经济效益。

根据生产任务的不同减压塔可以分为润滑油型和燃料油型两种。本次设计参考大

庆原油的基本性质，其属于低硫石蜡基原油，其特点是高含蜡，高凝点，沥青质含量低，350~500℃减压馏分的润滑油含量约占原油的15%，而粘度指数可达90~120，是生产润滑油的良好原料，加工大庆原油时可以根据市场对产品的需求、经济效益等方面的因素，采用润滑油型加工方案。

本次设计根据任务书的要求，参照大庆原油的常减压蒸馏的部分操作数据，设计

一座年处理量为300万吨的减压蒸馏装置，设计的主要内容包括：工艺流程的确定；抽真空系统相关参数的计算；加热炉负荷计算。

关键词：减压塔计算 抽真空系统 加热负荷

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ABSTRACT

Oil under heated conditions degrade easily，becomes darker in color, increases in glial, in the atmospheric distillation, in order to ensure product quality, the mouth temperature is not higher than 370 ℃,by atmospheric distillation, gasoline, kerosene, light diesel oil that lower than 350 ℃ of DC products are separated. The high boiling point higher than 350 ℃ distillation fraction is difficult to isolate, but this part o the distillate is the main raw material of producing lubricants and fluid catalytic cracking feedstock. As this part of the oil at high temperatures will decompose, only by reducing the system pressure to reduce its boiling point to obtain, therefore, under normal circumstances, refinery will set the vacuum distillation process after distillation at normal pressure to obtain greater economic benefits.

According to different production tasks, vacuum tower can be divided into two kinds of lubricant type and fuel type, the design references the basic nature of Daqing crude oil. It belongs to low sulfur paraffinic crude oil, characterized by high wax, high pour point, low asphaltene content, 350 ~ 500 ℃ vacuum distillate of crude oil content of about 15%, the viscosity index of 90 to 120,it’s good raw material for production of lubricating oil. Daqing crude oil can be processed in accordance with market demand on the production level, economic and other factors, using lubricant type processing program.

According to the task requirements, refers to the operation data of Daqing crude oil vacuum distillation ,to design an annual handling capacity of 300 tons of vacuum distillation unit. The main design elements include: vacuum tower of the industrial design calculations; vacuum system related calculations; heating load calculation

Key words: vacuum tower calculations；vacuum systems；heating load

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摘要 ............................................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................................ II 1 绪 论 ........................................................................................................................................ 1

1.1 背景 .............................................................................................................................. 1 1.2设计的目的意义及要解决的问题 ............................................................................... 2 1.3 工艺特征 ...................................................................................................................... 2 2 工艺流程设计 ........................................................................................................................ 4

2.3塔器结构 ....................................................................................................................... 5 3.4.1 加热炉的基本控制 ................................................................................................ 12 3.4.3加热炉的单回路控制方案 ..................................................................................... 15 4.9 工业控制计算机的选择 ............................................................................................ 27 参考文献 .................................................................................................................................... 28 致谢 ............................................................................................................................................ 29

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1 绪 论

1.1 背景

我国炼油工业经过50多年的发展，到21世纪初期，已经形成281Mt/a的原油加工能力，生产的汽油、煤油、柴油、润滑油等石油产品基本满足的国民经济的发展和人民生活的需要。但是，进入21世纪，特别是我国成为世界贸易组织的正式成员后，中国炼油行业既面临国民经济腾飞和融入世界经济大潮带来的新的发展机遇，也面临着资源瓶颈制约、入世后国内市场国际化、竞争加剧和环保要求趋严的挑战，中国炼油行业必须加快科技创兴步伐，努力提高国际竞争力[1]。

石油是重要的能源之一，我国的工业生产和经济运行都离不开石油，但是又不能直接作为产品使用，必须经过加工炼制过程，连制成多种在质量上符合使用要求的石油产品，才能投入使用。

国民经济和国防部门众多的各种应用场合对石油产品提出了许多不同的使用要求。随着我国社会经济情况的变化、科学技术水平以及工业生产水平的大幅度提高，对石油产品质量指标的要求不断严格，所要求的石油产品的品种和数量也不断增加。目前，我国原油的年加工量约为2亿吨。而国内所能提供原油量仅为1.3亿吨，为了满足原油的需求量，则需要每年从国外二十多个国家和地区进口约6940万吨原油。为了更好的提高石油资源的利用率，增加企业的经济效益，对从国外进口的原油炼制构成进行开发研究也是十分必要的。

目前，我国将石油产品分为燃料、润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、溶剂和化工原料六大类。

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1.2设计的目的意义及要解决的问题

在工业生产过程中，一个良好的控制系统在一定的约束条件下， 不但要保证系统的稳定性和整个生产的安全，而且应该带来一定的经济效益和社会效益。然而设计这样的控制系统会带来许多困难，特别是复杂工业过程往往具有不确定性，因此对于控制系统的设计，不能采用单一的基于定量的数学模型的传统控制理论和控制技术。必须进一步开发高级的控制系统，研究先进的过程控制规律[1]。常减压蒸馏装置是炼油化工工程中的首要生产环节，是炼油厂最重要的加工装置之一，也是取得经济效益的关键装置。因此，对常减压蒸馏装置实施先进控制和优化控制一直都是控制界，工艺界和工厂工程师关注的重点之一。炼油化工过程中的先进控制技术的研究日趋深入，如何将其成果成功的应用到生产实际当中去成为该项研究的最终环节。常减压蒸馏装置在石油炼制与石油化工过程中具有非常重要的地位，在常减压蒸馏装置上应用先进控制技术实现对传统炼油装置控制水平的提升，对提高产品质量合格率，操作平稳率和节能降耗效果显著，已成为炼油厂新的利润增长点。但在炼厂实施先进控制过程中以及投用后往往由于炼油工艺过程的复杂多变导致先进控制投用率较低。本文正是基于以上考虑，来设计适应常减压蒸馏装置的工艺特点和实际工作情况的控制流程[3]。

本课题的理论意义和应用价值在于随着中国经济的不断开放，市场化，国际化和全球化竞争不断加剧，在与国际巨头的竞争中，我国企业必须提高自身的技术水平，增加科技含量，降低成本效益否则将无法生存。这一点以成为业内人士的共识，尤其对炼油化工这一能源支柱产业，更是迫在眉睫。常减压蒸馏装置在石油炼制与石油化工工程中作用无可替代，它一方面为后续深加工提供合理的馏分油，满足二次加工的需要，另一方面又消耗大量的能源，资料表明，常减压蒸馏的能耗约占炼油总能耗的六分之一，因此在常减压蒸馏装置上应用高新技术实现传统炼油工艺的，技术提升，对提高产品质量和节能降耗具有极为重要的意义[4]。

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1.3 工艺特征

润滑油型减压塔为后续的加工过程提供润滑油料，它的分馏效果的优劣直接影响到其后的加工过程和润滑油的产品质量。从蒸馏过程本身来说，对润滑

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油料的质量要求主要是粘度合适、残碳值低、色度好，在一定程度上也要求馏程要窄。因此，对润滑型减压塔的分馏精确度的要求与原油常压分馏差不多，故它的设计计算也与常压塔大致相同。

由于减压下馏分之间的相对挥发度较大，而且减压塔内采用较大的板间距，故两个侧线馏分之间的塔板数比常压塔少。有的减压侧线抽出板采用升气管式抽出板。这种抽出板形式对于集油和丑油操作比较好，但是他没有精馏作用，其压降约0.13~0.26kPa。减压塔各点的温度条件的求定方法按理应与常压塔相同，但是在减压塔中，内回流对油气分压的作用比较难以确定，因此，对减压塔的温度条件常按如下经验来求定：

侧线温度——取抽出板上总压的30%~50%作为油气分压计算在该分压下侧线油品的泡点；

塔顶温度——是不凝气和水蒸气离开塔顶的温度，一般比塔顶循环回流进塔温度高出28~40℃；

塔底温度——通常比汽化段温度低5~10℃，也有多达摄氏十几度者[3]。

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2 工艺流程设计

2.1减压蒸馏

减压蒸馏也称真空蒸馏。原油中重馏分沸点约370～535°C,在常压下要蒸馏出这些馏分,需要加热到420°C以上,而在此温度下,重馏分会发生一定程度的裂化。因此,通常在常压蒸馏后再进行减压蒸馏。在约2～8kPa的绝对压力下，使在不发生明显裂化反应的温度下蒸馏出重组分。常压渣油经减压加热炉加热到约380～400°C送入减压蒸馏塔。减压蒸馏可分为润滑油型和燃料油型两类。前者各馏分的分离精确度要求较高，塔板数24～26，后者要求不高，塔板数15～17。

[7]

2.2减压蒸馏的工艺流程

常减压蒸馏的工艺流程如图2.1所示：

图2.1 原油常减压蒸馏工艺流程

注: C - 1: 初馏塔; C - 2: 常压塔; C - 4: 减压塔; C - 3, C - 5, C - 6:

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汽提塔;

F- 1: 常压塔加热炉; F- 2: 减压塔加热炉; D-: 汽液分离罐, P- :离心泵

炉F-2为减压塔加热炉，其作用就是为油品的汽化提供热源。在加热炉中，燃料在炉膛内燃烧，产生高温火焰与烟气，传热给炉管内流动的油品使其达到工艺需要的温度，为蒸馏过程提供稳定的气化量和热量。

从炉F-2加热出来的常底油（395℃）进入塔C-4第4层，在塔内93~98kPa真空度下进行减压分馏。

塔C-4顶油气、水蒸气由挥发线引出（为了防腐注有氨水），分三路进行冷却，冷凝油水进行油水分离，未冷凝油汽经过蒸汽抽空器进行冷却，最后的不凝气引到炉子燃烧，或向塔C-4顶放空排入大气。

减压一线自塔C-4全凝段集油箱馏出，由泵抽送去与炉用空气预热，然后进行冷却至45 ~ 60℃，部分打回塔C-4顶作冷回流，另一部分作重柴油或催化料装置。

减压二线自塔C-4第17层集油箱馏出，由泵抽出，然后进行冷却至60 ~ 80℃，作加氢裂化或催化原料，进行冷却前一部分打回塔C-4作减二回流。出口引一支路去作重质封油用。

减压三线自塔C-4第11层 馏出，由泵抽出后，一小部分作减三轻洗油打回塔C-4第10层，另外大部分减三油一部分作减三回流打回塔C-4第16层，另一部分油冷却至60 ~ 80℃，作加氢裂化或催化原料出装置。

减压四线自塔C-4第6层集油箱馏出，由泵抽出，一部分作燃料油到炉子燃烧，另一部分经冷却至70 ~ 80℃作燃料油或催化料出装置。

减底渣油由泵抽出，经换热后进入冷却器，然后作氧化沥青，焦化或丙烷脱沥青原料出装置。

塔底通入过热水蒸气，目的是降低油气分压，提高拨出率[8]。

2.3塔器结构

根据设计要求和实际情况，采用板式塔。各种板式塔有关结构性能比较如

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下表：

表2-5 各种塔板比较

塔板 泡罩塔板 优点 不容易发生漏液现象，有较好的操作弹性， 对脏物不敏感 筛板 结构简单，造价低，气体，压降小 缺点 结构复杂造价高，塔板压降大，雾末夹带现象严重．塔板效率均匀 操作弹性地，筛孔小，易堵塞 浮阀塔板 喷射型塔板 生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压降小，结构简单，造价低 开孔率较大，可采用较高的空塔气速，生产能力大，塔板效率高 由上表比较可知，应选择浮阀塔板作为本次设计所需的塔板。

大 操作弹性大．气相夹带 不宜处理易结焦，或黏度2.4废气处理

①加热炉烟气

烟气中的so2与燃料中硫含量有关，使用燃料气及低硫燃制能有效降低so2。的排放量。NO2的排放与燃料中的N2含量及燃烧火嘴结构有关。

②停工排放废气

装置在停工时，需对塔、容器、管线进行蒸汽吹扫，大部分存油随蒸汽冷凝水排出，还有部分未被冷凝的油气随塔顶蒸汽放空进入大气；检修时，需将塔、容器等设备的人孔打开，将残存的油气排入大气；要制定停工方案并严格执行，严格控制污染。

③无组织排放废气

一般情况下含硫废水中硫化氢及氨的气味较大，输送这种含硫废水必须密闭，如有泄漏则毒害严重。含硫化氢废气经常泄漏的部位是在“三顶”回流罐脱水部位。减少措施是控制好塔顶注氨。输送轻质油品管线、碱渣管线及阀门的泄漏会造成大气污染，本装置设计常压塔顶减压阀为紧急放空所用，放空气体进入紧急放空罐。管线阀门的泄漏率应小于2％c。

另外，蒸馏装置通常设“三顶”瓦斯回收系统，将初顶、常减顶不凝气引

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入加热炉作为燃料烧掉或回收，这样对节能、安全、环保均有利。

2.5废水处理

①电脱盐排水

制电脱盐过程所排的废水，来自原油进装置时自身携带水和溶解原油中无机盐所注入的水。此外，加入破乳剂使原油在电场的作用下将其中的油和含盐废水分离。由于这部分水与油品直接接触，溶人的污染物较多，特别是电脱盐罐油水分离效率不高时，这部分排水中石油类和COD均较高。排水量与注水量有关，一般注入量为原油的5％～8％。

筛选好的破乳剂、确定合适用量、提高电脱盐效率都对提高油水分离效果有利；用含硫污水汽提后的净化水回注电脱盐可减少新鲜水用量，同时减少净化水排放的挥发酚含量；增加油水镧离时间，严格控制油水界面(必要时设二次收油设施)可减少油含量。

②塔顶油水分离器排水

常减压蒸馏装置其初馏塔顶、常压塔顶、减压塔顶产物经冷后均分别进入各自的油水分离器，进行油水分离并排水。这部水是由原油加工过程中的加热炉注水，常压塔和减压塔底注汽产品汽提塔所用蒸汽冷凝水，大气抽空器冷凝水，塔顶注水，缓蚀剂所含水分等组成。由于这部分水与油品直接接触，所以 AN染物质较多，排水中硫化物、氨、COD均较高。排水中带隋况与油水分离器中油水分离时间、界面控制是否稳定有关。正常生产情况下，严格控制塔顶油水分离器油水界面是防止排‘重带油的关键。

③机泵冷却水机泵冷却水由两部分构成，一部分是冷却泵体用水，全部使用循 K冷却后进循环水回水管网循环使用。另一部分是泵端面密封冷却 K，随用随排入含油废水系统。一般热油泵需冷却水较多，如端面十漏油较多．则冷却水带油严重。如将泵端面密封改为波纹管式端 i封，可以减少漏油污染。

④装置其他排水 a．油品采样该装置有汽油、煤油、柴油等油品采样口用于采 j品进行质量检测。一般在油品采样前，都要放掉部分油品，以便：次采样滞留在管线中的油置换掉。这部分油品会污染排水。可采『动分析仪或密闭采样法，也可以将置换下的油品放入污油罐中回以减少污染。 b．设备如拆卸油泵、换热器等，需将设备内的存油放掉进入系统。如果能在拆卸设备处，

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