原油减压蒸馏装置论Word格式.docx

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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。

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[2]。

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]。

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]。

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:

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下表：

表2-5各种塔板比较

塔板

优点

缺点

泡罩塔板

不容易发生漏液现象，有较好的操作弹性，

对脏物不敏感

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

筛板

结构简单，造价低，气体，压降小

操作弹性地，筛孔小，易堵塞

浮阀塔板

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

不宜处理易结焦，或黏度大

喷射型塔板

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

操作弹性大．气相夹带

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。

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，设专线将油抽至污油回收系统（或罐），可以减少污染。

c．停工扫线装置停工需将设备、管线中的存油用蒸汽吹扫于此阶段排放污染物最为严重。

应制定停工方案并严格执行，尽量油送至污油罐区，严禁乱排乱放。

d．地面冲洗原油泵、热油泵、控制阀等部位所在地面最易遭受污染。

一般不允许用水冲洗的地面，通常用浸有少量煤油的棉纱插去油污。

e,装置废水排放计量各种废水排出装置进入全厂含油废水系统之前，要设置计量井，并制定排水定额。

对控制排放废水的污染较为有效。

3控制方案

3.1控制方案拟定的基本原则

要实现生产过程的自动控制，首先要拟订控制方案。

确定控制方案的基本原则有下列几方面：

（1）控制方案能否成立的先决条件是在工艺上必须是合理的。

控制系统只能按照预定的规律来代替人们的部分操作。

如果某个控制方案在手工操作时可以实现的话，则采取自动控制也往往容易办到，如果某个控制方案根本不符合生产的工艺规律，则必然行不同。

（2）控制方案能否达到预定的工艺要求，在方案与控制规律的选择上必须是合适的。

当控制对象的滞后很大，扰动的出现比较频繁，不论怎样改变整定参数控制品质仍难符合要求。

这时，除了要很好选择检测点和控制手段外，而且必要时某些复杂的控制回路。

（3）控制方案能否可靠运行，在操作上必须是安全的。

对于某些具有危险性的生产过程，安全上的考虑要放在重要的位置。

应当采取各种预防措施，一旦发生事故，能够方便而且又及时地紧急处理。

（4）控制方案的评价，要看有无显著的经济效果。

自动化本身不是目的，而是一种技术手段，自动化是为了提高生产，降低成本，确保安全的减轻劳动强度。

经济效果的分析通常包括自动化投资、增产的产量和产值、劳动力的节约、成本的降低、自动化的总收益与投回收项目。

3.2塔顶影响因素及系统建模

3.2.1塔顶影响因素

1、塔顶真空度影响因素

1）抽真空蒸汽压力变化：

蒸汽压力增大时，真空度上升，反之真空度下降。

2）喷淋、软化水压力及温度变化：

喷淋大、压力高或水温低，空冷器冷却效果增强，真空度上升，反之，真空度下降。

3）塔顶温度变化：

塔顶温度高，塔顶负荷大，不利于提高真空度；

塔顶温度低，塔顶负荷低，有利于提高真空度。

但如果塔顶温度低，使塔顶负荷过小，易产生增压器倒汽现象，而使整个操作发生异常。

4）塔顶回流量变化：

塔顶回流量减小，则塔顶负荷增大，真空度下降。

2、塔顶温度影响因素

1）塔顶回流量：

塔顶回流量过小，会造成塔顶温度升高，反之温度降低。

2）塔顶真空度：

真空度低，减压塔汽化量小，塔顶温度低；

反之温度上升。

3）进料量及进料性质：

进料量增大或性质变轻，塔顶负荷增大，塔顶温度高，反之温度低。

4）减炉出口温度：

减炉出口温度高，则塔顶负荷大，塔顶温度上升，反之塔顶温度下降。

3.2.2塔底液面影响因素

1）减炉进料量及性质：

进料量大，减渣油量大；

反之，渣油量小。

常底油

性质变轻，汽化率增大，则渣油量减小。

反之，渣油量增多。

2）减炉出口温度：

温度升高，渣油量小。

3）塔真空度：

真空度减小，拔出率下降，渣油量大。

4）测线量变化：

测线液面正常控制时，测线量的变化对塔底液面影响不大，

但当减三、四集油箱满而溢流时，测线量减少，渣油量上升。

3.3系统建模

减压系统主要生产裂化原料，对馏分要求不高，主要要求是在保证馏出油残

碳合格的前提下提高拔出率，减少渣油量。

因此提高减压塔汽化段真空度，提高

拔出率是其主要控制目标。

综合上节影响条件，减压塔常用控制方案如图

2-1

：

图2-1减压塔控制回路方框图

3.4加热炉具体控制系统的设计

3.4.1加热炉的基本控制

加热炉进料一般分为几个支路。

常规的控制方法是：

在各支路上安装各自的流量变送器和控制阀，而用炉出口总管温度来调节炉用燃料量。

这样的调节方法根本没有考虑支管温度均衡的控制，支管温度均衡的控制由操作工凭经验根据分支温差来调节分支流量差。

这种人为操作显然无法实现稳定的均衡控制，往往是各支管流量较均衡，而分支温度有相当大的差异，某一炉管因局部过热而结焦的可能性很大。

为了改善和克服这种情况，需要采用支路均衡控制方法。

近年来出现的差动式平衡控制、解藕控制以及多变量预测控制等方法能够收取一定的效果。

其中差动式方法不仅效果不错，而且实现简单，操作简便，对于长期运行有一定的优势。

另外，针对系统的非线性、强耦合特性，模糊控制等智能控制方法也能实现较好的控制。

加热炉出口总管温度是加热炉环节最为重要的参数，出口温度的稳定对于后续工艺的生产稳定、操作平稳甚至提高收率至关重要。

最简单的控制方法就是采用单回路的反馈控制。

单回路反馈控制简单实用，有它的使用价值。

但该方法没有考虑燃料量变化的影响，所以出口温度不容易稳定，在一定程度上也会造成燃料的浪费。

在简单反馈控制方案的基础上，加入燃料量控制回路，就可以构成加热炉的串级控制系统。

这种控制方案也比较简单，效果比简单控制的效果要好一些，但因为没有考虑原油进料量的波动，所以出口温度仍不容易稳定，另外没有考虑空气量与燃料量之间的配比控制，燃烧也不能达到较为理想的状态，这也是出口总管温度不容易稳定的一个原因。

串级控制系统也可以引入炉膛温度的控制回路来构成：

出口温度控制器的输出作为炉膛温度的设定值，炉膛温度控制器的输出作为燃料量的给定值，燃料量控制器再去控制调节阀。

这种串级控制利用炉膛温度的重要信息，有利于克服某些装置燃料压力的波动，但反过来对炉膛温度测量的准确性要求较高。

在串级控制的基础上，再引入原油进料前馈，可以构成静态前馈控制或动态前馈控制。

采用原油进料前馈控制后，在原油进料流量有变化时，控制系统能很快使燃料流量发生相应的变化，从而得到补偿，使进料流量波动对出口温度的影响较小。

国内大多数的炼油厂目前均采用以上几种方法进行出口总管温度控制，其中简单的串级控制应用较多，控制多采用经典的PID控制器。

实际上，由于系统的大时延、非线性以及时变特性，PID控制很难取得理想的控制效果，采用先进控制如目前在工业过程中应用最广泛的预测控制成为改善控制品质的必要手段。

加热炉燃烧控制的任务是提高加热炉的热效率，以达到节能增效的目的。

由于加热炉是蒸馏装置中耗能最大的环节，能耗占整个装置的70%以上，因此加热炉热效率的提高对于整个蒸馏装置的节能具有决定性的意义。

常规的控制系统中，加热炉出口温度、炉膛负压、烟气氧含量等变量是独立的、互不关联的，而实际上各变量之间相互影响。

一般可以采用前馈加反馈的控制方法。

一般情况下，采用燃烧优化控制后能显著的提高加热炉的热效率。

控制任务概述：

1.保持加热炉的出口温度在规定的范围内2.控制炉膛压力在规定的范围内3.控制烟气含氧量在设定值附近波动

其中：

保持出口温度是为了保证产品的质量合格；

后两个控制任务是为了保证加热炉的安全、平稳、高效运行，当加热炉运行平稳后，也有利于产品质量的保证。

加热炉炉膛压力是