[炼厂技术·四]常减压装置工艺与技术讲课提纲

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1. 前言

在坐各位都是常减压装置的管理者或骨干，这次虽是设备的培训班，但要讲一下关于常减压的工艺和技术，我认为安排得很好，很有必要。虽然每个装置都有塔、炉、换热器、空冷器、泵、压缩机、阀门、管线等等，但由于工艺不同，这些设备有各自的特点（类型、材质等）。只有对这些设备所从属的工艺有所了解（不必太深），才能更好地去管理、使用和维护这些设备。

虽然设备是为工艺服务的，但从某种意义上来说，设备比工艺更重要。从我自己的经历来讲，在试运或投产过程中，设备不过关，那怕只有些漏，都很难做到平稳操作、正常生产，所以设备工程师了解一些工艺技术是十分必要的。反之，工艺工程师，也要对设备有所了解（如腐蚀、材质的选择等）。

2. 常减压的类型

2.1  一般分三类：润滑油型、燃料型、燃料化工型，不管何种类型，主要区别是在减压塔所抽的侧线产品不同，而导致减压塔内部结构不同。现介绍一下一般常减压的流程，基本由电脱盐、换热、常压、减压（有时还带轻烃回收）几部分组成。

2.1.1  润滑油型；大庆、兰州、高桥等炼厂的常减压。

2.1.2  燃料型；一般炼厂的常减压，金陵、安庆、九江、洛阳等。

2.1.3  燃料化工型；扬子、金山、齐鲁、有乙烯等化工装置的石化厂的常减压。

这几种类型的主要区别就是减压塔的不同。电脱盐、换热、常压等都是必不可少的，若炼进口原油，则设轻烃回收（也可统一在全厂设）。

2.2 从技术上分类．

2.2.1  设初馏塔或设闪蒸塔：各有优缺点，设初馏塔操作更稳定，但系统复杂可能要增加能耗；设闪蒸塔的系统较简单，要节省一些能耗（要详细计算才知道）。但担心常压塔操作不稳定，国外一般都用闪蒸塔，现在国内炼进口原油的常减压大多也是设闪蒸塔。

2.2.2  初馏塔加压或设压缩机的方案

目前国内外加工含硫轻油的常压蒸馏流程基本上有二种选择：一是采用初馏塔加压方案，将原油中的轻烃在稍加压力的条件下溶在初顶油中，初顶油经泵升压去稳定塔回收其中的轻烃。此方案的优点是整个流程中不设压缩机，减少了机械维修量；其缺点是有小部分轻烃会带至常压塔从常顶气出去，经脱硫（低硫原油则不需脱硫）后作为燃料气，则这部分轻烃作为燃料气被烧掉。并且初顶增加一整套回流冷却系统，流程较为复杂。二是采用闪蒸塔方案，此方案原油中轻组分在闪蒸塔中闪蒸出来进入常压塔的某合适部位，使得闪底油换热更合理，进入常压炉的流量减少从而节约能量；在常顶增设压缩机将常顶不凝气进行压缩升压，常顶油用泵升压与升压后的常顶气一起去稳定塔回收轻烃；稳定塔顶不凝气由于压力高可去脱硫系统进行脱硫处理，保护环境。采用闪蒸塔方案，流程简单能耗低，装置不凝气可去进行脱硫处理，环境友好。其缺点是需设置压缩机，维护稍困难，但随着机械制造水平的提高，此点已不成问题。据了解，目前国内外加工高硫轻质原油大多采用闪蒸塔及常顶气设压缩机方案。近几年许多大型的加工含硫中东轻油的常减压装置也均采用此方案。

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3.  常减压的新技术和新设备
3.1  装置大型化；现在新建的石油化工厂，常压装置基本都是1000万吨／年（配100万吨／年乙烯）。
3.1.1  国内外的研究表明，最适合的大型化是1250万吨／年，过度大型化后，不但工程问题解决不了，而且也不经济。
3.1.2  国内新建或扩建的800万吨／年常减压有（指单套处理能力）：
中石油；大连、独山子、广西、四川等。
中石化；海南、青岛、天津、镇海等。
中海油；惠州。
中国化工最近收购了许多山东小炼厂，处理量都提高至500万吨／年以上，所以装置大型化是今后发展的趋势，对设计、施工、生产都会产生一些新的问题。
3.2  高速电脱盐
高速电脱盐与低速电脱盐的比较，其技术的主要特点是：
进料位置不是在水相，而是在电析板之间；
进料管不用管式或倒槽式而采用特殊喷头型式；
电脱盐罐处理能力不取决于油品在电场中的停留时间，而取决于喷头能力；
采用水平极板；
混合系统采用手动或自动调节混合阀，而不用静态混分器。
3.3  减压深拔技术
3.3.1  减压深拔的有关概念
3.3.1.1  切割点与拔出率
切割点是指原油或常压渣油TBP切割点，即实际拔出率对应的原油或常压渣油实沸点温度，不是侧线馏分油或蜡油的干点。
总拔出率是指原油通过蒸馏得到的各馏分油的总和与原油处理量之比，各馏分油包括汽油、煤油、柴油、裂解原料、润滑油原料等（但不包括减压渣油）。由于分馏塔的不同，又可分为常压拔出率和减压拔出率。
3.3.1.2  减压深拔的定义
提高原油的拔出率主要是提高减压的拔出率，即提高原油的切割温度。国内多数装置的实沸点切割点都540℃以下，国外加工原料较轻的原油，如布伦特或阿拉伯轻质原油，切割点可以达到607.2℃～635℃；加工重质原油或沥青质含量高的原油，切割点可以达到565.6℃～593.3℃。基于目前国内的生产技术水平和原油性质，通常认为切割点在565℃以上即为减压深拔。
3.3.2  减压深拔的适应性及切割点的确定
减压深拔技术有它的适应性，要根据炼油厂所加工原油的性质，全厂总流程，特别是减压馏分油和减压渣油的加工方案来决定是否采用减压深拔技术及确定减压深拔的切割点。
3.3.2.1  加工原油的性质
首先要分析、研究原油的性质，特别是研究分析重金属（镍、钒等）、残碳等在原油和馏分油中的分布情况，评价分析减压深拔切割温度条件下的产品质量和减压渣油质量。减压深拔后会使重质减压馏分油（HVGO）和减压渣油（SR）杂质含量增加，而这些杂质为非线性分布，分布情况可通过实沸点窄馏分的分析数据来确定。
a）对于加工低硫石蜡基优质原油（如中国大庆原油），即使深拔至565℃，减压渣油中金属含量和残碳仍完全满足催化料要求。无论生产润滑油料或裂化料，其深拔的必要性不大。
b）对于减压渣油需要生产沥青甚至是重交道路沥青的一些原油（如中国塔河、孤岛及沙中原油等）则不需深拔或适度深拔。
c）对于生产润滑油料的减压蒸馏，提高原油切割点将会降低渣油溶剂脱沥青的轻脱油收率，降低全厂润滑油总产量。所以，国内外生产润滑油原料的减压蒸馏，切割点一般在535～540℃。
3.3.2.2  减压馏分油的用途
确定减压深拔的切割点时，必须了解、分析减压馏分油（VGO）的用途，若作催化裂化原料，因其原料性质对催化裂化催化剂和装置开工周期影响很大，对减压馏分油性质有一定要求。加氢裂化对原料性质要求更为苛刻，某厂常减压深拔后，其指标要求是：TBP切割点大于565℃，Ni＋V小于1ppm，Fe小于1ppm，康氏残碳小于1％，C7不溶物小于100ppm，ASTM  D1160，95％小于575℃。这些指标与要求和所加工原油的性质决定了减压深拔的切割点。
3.3.2.3  减压渣油的性质和去向
若原油的减压渣油已满足催化裂化原料的质量要求，不必进行减压深拔；若原油的减压渣油已适合于作生产道路沥青的原料，则要按生产沥青的要求来确定减压深拔的程度；若减压渣油是作焦化、减粘裂化的原料，则按这些二次加工装置对原料性质的要求进行减压深拔。
对于进口的含硫或高硫原油（如伊朗原油、沙中原油、沙重原油、俄罗斯原油等），其减压渣油密度大，残碳值高，重金属含量多，硫含量高，作为焦化的原料时，切割点一般可在565℃以上。
是否采用减压深拔技术和确定减压深拔的切割点，除以上分析外，还要综合考虑建设投资、操作周期、产品需求等因素，以期达到最好的经济效益。
3.3.3  千万吨级常减压蒸馏装置的减压深拔的减压塔
根据总流程的安排，青岛1000万吨／年常减压蒸馏装置的减压渣油作为焦化装置的原料，为原油实沸点（TBP）切割温度大于565℃的馏分，要达到这个要求，必须采用减压深拔技术。为此青岛炼化公司和中国石化工程建设公司（以下简称SEI）于2005年同减压深拔技术的专利商KBC和Shell就引进减压深拔技术进行了谈判，最后，该装置引进KBC的减压深拔技术，由KBC公司提供减压深拔的工艺包（PDP）。
根据KBC提供的工艺包，SEI完成了减压深拔的详细设计，由天津大学精馏技术国家工程研究中心提供了减压塔的内构件制造图和填料及液体分布器等供货。
采用减压深拔的青岛大炼油1000万吨／年常减压蒸馏装置已在2008年4月12日投产一次成功，并在2008年11月18日至25日进行了标定，达到或超过设计预期，装置至今一直生产正常，操作平稳。
3.3.3.1  减压塔设计与国内一般减压塔设计主要不同之外：
a)  壳体设计压力按0.35MPa(g)和真空两个工况考虑，全塔壳体材料为碳钢，上部加厚；
b)  塔底有6层固定阀，6层塔盘上有液体收集挡板，避免液体带上去。正常液位至最高／最低液位的停留时间皆为3分钟。液位高时，关汽提蒸汽以免把塔盘吹倒，还可维持正常操作；
c)  过汽化油抽出设计没有停留时间，以免结焦，洗涤段是组合填料（下面格栅，上面规整填料），用压力喷头（喷淋高度不大于1100mm）。喷头直径较大最窄处为φ5.5mm，要求设过滤器，管线用不锈钢以防堵塞。KBC公司认为若用重力式槽形分布器，因槽内有液体停留，反而会结焦，该公司的设计在此段都用压力喷头，据称，美国的设计也是这样的；
d)  集油箱上面开口是方孔，顶上有个升气帽；
e)  塔体的过渡段采用锥形封头，可降低塔高；
f)  每个物料抽出口都是二个抽出斗，所以塔壁是二个开口以保证分布均匀。

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3.3.3.2  结构特点
减压塔的规格为φ6000／φ10800／φ5400×44995（切）（单位：毫米），进料段以上设五段填料及相应的汽、液分布系统，进料段下设六层固阀塔盘。全部采用国内最新技术，根据每段填料的功能，结合国内应用成熟的高效规整填料的特点，设计采用组合填料床层，并配以重力型组合式液体分布器或喷头。
减压塔的进料段采用技术先进、性能优良的双切环向进料分布器，以减少减压塔进料段的雾沫夹带量，保证减压侧线产品质量。
减压塔结构汇总见表3.3.3.2-1。



表3.3.3.2-1减压塔结构汇总表
床层编号        塔径
(mm）        填料段高度(mm)        序号        填料        分布器        填料压圈        集油箱
                                规格        盘数        盘高(mm)                       
I        6000        2000        1        ZUPAC1.0A        2        100        导板连通槽式分布器        带云梯梁的结构        新型热补偿式
                        2        ZUPAC1.0A        9        200                       
II        6000        1400        1        ZUPAC3.0B        2        100        导板连通槽式分布器        带云梯梁的结构        无集油箱
                        2        ZUPAC3.0B        6        200                       
III        10800        1500        1        ZUPAC3.0A        3        100        导板连通槽式分布器        带云梯梁的结构，桁架支撑梁与支撑格栅结构        新型热补偿式
                        2        ZUPAC3.0A        6        200                       
IV        10800        1200        1        ZUPAC3.0B        2        100        带喷嘴的喷淋管式液体分布器        带有压梁的栅板结构，桁架支撑梁与支撑格栅结构        新型热补偿式
                        2        ZUPAC3.0B        3        200                       
                        3        ZUPAC1.0B        2        200                       
V        10800        1800        1        ZUPAC1.0B        1        100        带喷嘴的喷淋管式液体分布器        带有压梁的栅板结构，桁架支撑梁与支撑格栅结构        热壁式
                        2        ZUPAC1.0B        4        200                       
                        3        TVGBI010        1        900                       

塔内件技术特点如下：
a)  ZUPAC系列双向金属折峰式波纹填料
ZUPAC系列双向金属折峰式波纹填料，是在普通波纹板规整填料与Intalox散堆填料的优化组合基础上开发出的一种新型规整填料。它在结构上使气液流路得到优化、传质效率提高；开孔率加大使通量提高、压降更低；比表面积提高使理论板数有所增加；在抗堵塞能力、填料刚度等方面均优于Mellapak填料。这些综合性能可提高减压塔的处理量及分离效率和降低压降，ZUPAC规整填料具有良好的传质、传热效果，还可使减压塔有较大的操作弹性。
b)  垂直格栅
在洗涤段底部采用900mm高垂直格栅填料，可以避免上部填料层发生结焦堵塞。具有换热效率高、洗涤效果好、通量大、抗堵塞等独特的优点。
c)  新型三级导板连通槽式液体分布器
全连通式一级槽及导流板、采用加设特殊支撑分布槽结构，其一级槽使液体真正能够均匀分布到各个二极槽中，而导流板的加设使液体分布更为均匀。实验研究表明加设导流板的槽式液体分布器可以保证在液位只有20mm高时，单孔液体能被均匀分布为150mm宽的一条线，真正实现点分布变为线分布。特殊支撑分布槽结构便于调整分布槽的水平度，使液体均匀分布。
新型三级导板连通槽式液体分布器既保证了大直径、低床层的填料塔对分布器的液体分布均匀的要求，还增加了抗堵塞能力和充分利用了有限的空间高度。
d)  热补偿式集油箱
由于塔体与塔内件材质不同，传统结构的槽盘式集油箱在高温操作条件下容易发生变形甚至破坏，同时因其安装困难经常导致漏液现象。为了解决以上问题，设计中采用了一种能吸收热膨胀的特殊结构的集油箱――热补偿式集油箱。
热补偿式集油箱上的液体主要通过集液槽和集液帽收集并由集液渠汇入抽出斗当中，气体通过集液槽之间的缝隙上升到集油箱的上方，集液槽通过自由端避免由于温度变化而引起的应力变形，不但解决了集油箱的受热膨胀问题，而且安装方便。
e)  热壁式集油箱
过汽化油抽出集油箱位于进料口上方，不但要解决热膨胀变形问题．还要求停留时间尽可能短，以防止结焦，设计中采用了一种专门用于过汽化油抽出的热壁式集油箱。这种集油箱具有热补偿式集油箱防止热膨胀的基本结构，并采用倾斜式的集液槽和集液渠．这种集液方式显著提高了液体的收集速度，避免形成高液位，大大减少了液体在集油箱内的停留时间，有效地解决了高温结焦问题。
f)  新型塔器桁架支撑梁
借鉴铁路桥梁桁架的设计原理，在大型塔内件设计中采用桁架支撑梁，桁架支撑梁具有强度高、挠度小等优点。桁架支撑梁所占塔截面积较小，对塔的通量影响不大，这种桁架支撑梁的桁架粱与支撑构件之间形成了三角形稳定结构，可以有效的加强支撑粱的强度，减小支撑梁在负载时的挠度，并提高了整个桁架支撑梁的通透性，改善气流旋流的冲击，空间高度大大降低。位于桁架支撑粱端部的两个支撑构件在满足强度要求的情况下加大间距，使人员能顺利通过，可以减少为检修、安装提供的预留空间。
g)  变孔径预分布管
预分布管采用变孔径管式分布器进行液体分布，可使液体流动更加均匀。分布管底端设有导流管，可以避免液体倾斜喷射，为了尽量减少流动死角，减少聚合物沉积，实现均匀多点分布，在分布管末端开有泄压孔，设计中槽式分布器上方的预分布管均采用此结构。
h)  固阀塔盘
固阀塔盘是一种定向喷射式塔盘，气相喷出，推动液流前进，因此塔板上液面梯度较小，液层较低，故塔盘压降低、负荷能力大、抗堵性能好。
4.  液环式真空泵
4.1  混合式抽真空
在原油蒸馏装置中，工艺流程是三级抽真空的方案；若其中第一级、第二级抽真空设备采用喷射式蒸汽抽空器，而第三级采用的是机械抽真空（一般用液环式真空泵）。则此种抽真空系统称为混合抽真空方案。
减顶抽真空系统从前一般采用水蒸汽抽真空系统，维护工作量小，可靠性高；但现在特别是对于大型常减压蒸馏装置，混合抽真空系统愈显出其经济性的优点，节能降耗显著。某1000万吨／年常减压装置的减压塔顶采用高效喷射式蒸汽抽真空加机械抽真空的混合抽真空系统，与采用全水蒸汽喷射式抽真空系统对比数据如表4.1-1。

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表4.1-1  混合抽真空系统与全水蒸汽喷射式抽真空系统对比数据表
        混合抽真空方案        全部水蒸汽抽真空方案
投资／万人民币        ＋180        基准
水蒸汽耗量/(t/h)        基准        ＋7.63
电/kW        ＋160        基准
循环水/(t/h)        ＋100        基准
软化水/(t/h)        基准        ＋3.0
折算能耗／(kg标油/t原油)        -0.4413        基准
操作费用／（万元人民币／年）        -337.7        基准
静态投资回收期／年        0.533       

由表4.1-1可见，采用混合抽真空系统比完全水蒸汽抽真空系统节能0.4413千克标油／吨原油，投资回收期只需0.533年。因此对于常减压装置，特别是大型减压蒸馏装置，采用混合抽真空系统是经济合理的。
4.2  常压塔顶用液环式真空泵
广西常减压用液环式压缩机压缩常顶气，取代螺杆式压缩机，其优点是避免了机械的硬接触，抽气范围大、弹性大，其工作原理是利用叶轮偏心，形成月牙形的液环，吸气后，由于月牙形液环的体积变化，吸气后逐渐压缩后排气。
5.  大型化装置开工及操作中的问题
5.1  减底泵振动；查四个标准
5.1.1  石油化工能耗机械振动标准（SHS－01003－2004）。
5.1.2  压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范（GB50275－1998）
5.1.3  API－610泵的制造标准
5.1.4  中华人民共和国石油化工行业标准
查以上四个标准后，根据标准验收，用数据解决问题。
5.2  仪表一次线原选用球阀，后来改加一个闸阀，原球阀保留。
5.3  焊口HB＝300～350
5.4  减压塔顶分配槽装错、减压塔底破沫网吹翻
5.5  支架插稍末拔，进油时动火。
5.6  电脱盐罐热胀时，水泥支坐将法兰别漏。
5.7  闪蒸塔顶管线振动，此处最容易发生振动。
5.7.1  对管道的激振力最大的为柱状流和塞状流，而均匀的分散流则轻些。
5.7.2  为避免两相流管道的振动，在管道支架不宜用柔性支架，支架也要有一定刚度。

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2013-8-3 20:43 上传

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