年产1000万吨胜利原油常减压工艺设计 精品.docx
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年产1000万吨胜利原油常减压工艺设计精品
1000万吨/年胜利原油常减压工艺设计
摘要
本次设计主要是设计一年胜利原油处理量能力为1000万吨的常压塔,其次为塔板的设计.
原油常压蒸馏作为原油的一次加工工艺，在原油加工总流程中占有重要作用，在炼厂具有举足轻重的地位，其运行的好坏直接影响到后续的加工过程。
其中重要的分离设备—常压塔的设计，是能否获得高收率、高质量油的关键。
近年来常减压蒸馏技术和管理经验不断创新，装置节能消耗显著，产品质量提高。
但与国外先进水平相比，仍存在较大的差距。
塔板型式选用F
型33克重阀浮阀塔板,依据常压塔内最大汽,液相负荷处算得塔板外径为8m,板间距为0.6m.这部分最主要的是核算塔板流体力学性能及操作性能,使塔板在适宜的操作范围内操作.
本次设计结果表明,参数的校核结果与假设值间误差在允许范围内,其余均在经验值范围内,本次设计就此完成。
关键词：
常压塔，浮阀塔板，流体力学。
1000Mt/ashenglicrudeoilnormalpressurescolumns
Abstract
Aatmospericdistillationcolumn,whichisabletotreatcrucdoil1000Mtayear,isdesignedmainly,andatypeoftray.
Asapartofcrudeoilprocessingtechnic,thenormalpressuresdistilionofcrudeoilisveryimportantinthewholeprocessingschemesofcrudeoilandrefineriesanditsoperationstatusdirectlyaffectsthecontinuingmachineprocess.Thereareakindofimportantseparateequipment----normalpressurescolumns,whichisthekeytoattainhighefficient,highqualityoil.Inrecentyears,firstlythedistilliontechniqueofnormalpressuresandmanageexperiencewereinnovatedconstantly;secondlyequipments’effectofsavingenergyisremarkable;thirdlyproductqualitywasimproved.Butcomparetointernationaladvancedtechniques,therearealongdistance.
AtypeofF
valvetary,whichweigth33gavalve,isbechosen.Itisoutsidediametedeterminedbythevapourloadofthecolumnis8m.Thetrayspacingis0.6m.Themostimportantworkistocalculatethehydromechanicsperformanceandtheoperatingflexibilityofthetray.Thetrayshouldbeoperatdinaproperarea.
Theresultsshowthattheerrorsbetweentheassumedvaluesandtheresultsateintherangepwemittedortheresultsareintherangeosempiricalvalues.Sothedesigniscompleted.
Keyword：
Atmosphericdistillatingcolumn,valvetray,hydromechanics.
目录
1文献综述1
1.1胜利油田的性质1
1.2常减压装置在炼厂总加工流程中的作用1
1.3常减压装置的目的产品及性能2
1.3.1常减压装置的目的产品种类2
1.3.2常减压装置产品性能2
1.4常减压蒸馏塔顶缓蚀剂的筛选及防腐问题的应对6
1.4.1常减压蒸馏塔顶腐蚀原因的机理分析7
1.4.2常减压蒸馏塔顶缓蚀剂的筛选7
1.4.3缓蚀剂的合成8
1.4.4缓蚀剂性能比较评价8
1.4.5缓蚀剂与中和剂的复配效果评价8
1.4.6加强常减压蒸馏塔顶防腐蚀工作的几点建议9
1.5常减压蒸馏装置用缓蚀剂的研究现状及展望10
1.5.1常减压蒸馏装置腐蚀机理10
1.5.2常减压蒸馏装置用缓蚀剂的研究现状11
1.5.3缓蚀剂的作用机理14
1.5.4缓蚀剂的发展趋势15
1.6常减压蒸馏装置的节能降耗措施15
1.7总结17
2设计说明书18
3常压塔的工艺计算19
3.1设计任务19
3.2基础数据19
3.2.1原油性质19
3.2.2原油蒸馏各馏分收率20
3.2.3原油蒸馏馏分油性质20
3.3馏分油性质参数的确定22
3.3.1部分参数的确定22
3.3.2馏分的平衡汽化0%的确定24
3.3.3各馏分油的临界压力，临界温度，焦点压力，焦点温度的确定27
3.4实沸点切割点和产品收率30
3.4.1绘制原油常压实沸点蒸馏曲线和平衡汽化曲线30
3.4.2确定产品收率和物料平衡32
3.5汽提蒸汽用量33
3.6塔板型式和塔板数33
3.7操作压力34
3.8常压塔计算草图34
3.9汽化段温度的确定36
3.9.1汽化率的确定36
3.9.2汽化段油气分压36
3.9.3汽化段温度的初步求定36
3.9.4汽化段温度的校核37
3.10塔底温度38
3.11塔顶及侧线温度的假设与回流热38
3.11.1假设塔顶及侧线温度38
3.11.2全塔热平衡38
3.11.3回流方式及回流热分配39
3.12侧线及塔顶温度的校核39
3.12.1重柴油抽出板（第27层）温度40
3.12.2轻柴油抽出板（第12层）温度42
3.12.3塔顶温度校核42
3.13全塔气、液负荷分布图43
3.13.1对所选塔板进行气、液相负荷的计算43
3.13.2绘制气、液相负荷分布图44
4塔板的工艺计算45
4.1基础数据45
4.1.1进入塔板的气体45
4.1.2进入塔板的液体45
4.2塔径的工艺计算46
4.2.1最大允许气速46
4.2.2适宜的气体操作速度46
4.2.3塔径46
4.3溢流装置工艺计算46
4.3.1流动形式选择46
4.3.2出口堰尺寸46
4.4浮阀数及开孔率的计算48
4.5塔板水力学计算49
4.5.1流体力学特性49
4.5.2塔板负荷性能图51
参考文献55
致谢58
1文献综述
摘要：
常减压装置将原油用蒸馏的方法分割成为不同沸点范围的组分，以适应产品和下游工艺装置对原料的要求。
常减压蒸馏是炼油厂加工原油的第一个工序，即原油的一次加工，在炼油厂加工总流程中的中国要作用，常被称之为“龙头”装置。
关键字：
胜利油田，常减压装置，节能措施
1．1胜利油田的性质
胜利原油相对密度较大，硫、胶质、沥青质含量较高，属于含硫中间基原油。
一般来说，原油经常减压装置加工后，可得到直镏汽油、喷气燃料、灯用煤油、轻、重柴油和燃料油等产品，某些富含胶质和沥青质的原油，经减压深拔后还可直接生产出道路沥青。
在上述产品中，除汽油由于辛烷值较低，目前已不再直接作为产品，还有部分产品可直接或经过适当精制后作为产品出厂（如喷气燃
1.3常减压装置的目的产品及性能
1.3.1常减压装置的目的产品种类
常减压蒸馏装置可从原油中分离出各种沸点范围的产品和二次加工的原料。
当采用初馏塔时，塔顶可分出窄馏分重整原料或汽油馏分。
常减压能生产如下产品：
塔顶生产汽油组分、重整原料、石脑油；常一线出喷气燃料、灯用煤油、溶剂油、化肥原料、乙烯裂解原料或特种柴油；常二线出轻柴油、乙烯裂解原料；常三线出重柴油或润滑油基础油；常压塔底出重油。
减压塔能生产如下产品：
减一线出重柴油、乙烯裂解原料；减二线可出乙烯裂解原料；减压各侧线油视原油性质和使用要求而可作为催化裂化原料、加氢裂化原料、润滑油基础油原料和石蜡的原料；减压渣油可作为延迟焦化、溶剂脱沥青、减粘裂化的原料，以及燃料油的调和组成。
1.3.2常减压装置产品性能
高于120℃，确切地说35%点馏出温度是保证暖车性和加速性，而60%点馏出温度才是保证常温行车的加速性。
一般车用汽车在汽化器里的有效挥发度为30%~50%,暖车时挥发度30%~40%，正常行驶时挥发度为65%左右。
因而用35%及65%的平均数50%馏出温度来控制车用汽油的行车气化性能。
90%点馏出
1.4.1常减压蒸馏塔顶腐蚀原因的机理分析
常减压蒸馏塔顶冷凝系统的腐蚀主要发生在冷凝液的水相中。
水相的pH值与冷凝温度、气相水含量，HCI、H2S及注入的NH，在气相中的浓度有关。
而这些浓度又与原料油性质和脱盐脱水预处理过程有关。
（1）由于目前电脱盐脱水装置效率不高，导致最终处理的进塔原料油中含盐量高于5mL／g的行业平均水平值。
原料油中所含盐类主要成分为NaCI、CaC12及MgC12。
其中CaC12及MgC12是导致腐蚀作用的主因【2】。
它们受热发生水解，生成HCI气体，与未脱除完全的水生成强腐蚀性的盐酸。
其反应式如下：
MgCl2+2H20→Mg（OH）2+2HCl
CaC12+2H20→Ca（OH）2+2HCl
结合工艺流程和腐蚀成分分析发现，常压塔顶冷凝系统的腐蚀介质主要来自MgC12的水解，而减压塔顶中主要是CaC12的水解作用。
（2）由于滨化集团加工原油含硫量较高，尤其加工的部分进口高硫原油，导致较严重的低温硫腐蚀的存在。
经研究发现【3】，当HC1与H2S同时存在时，腐蚀作用具有一定的协同效应。
1.4.2常减压蒸馏塔顶缓蚀剂的筛选
现有炼厂采用的中和缓蚀剂主要是为HCI+H2S+H20型腐蚀环境开发的。
其主要作用为抑制HC1的腐蚀。
针对炼油厂加工高硫原油比例逐渐增加，应当进一步开发应对塔顶H2S高浓度腐蚀环境下的缓蚀剂。
现有水溶性缓蚀剂与中和剂复配时容易出现淀，导致使用效果不理想。
本文在实验室采用模拟装置塔顶冷凝系统的工况，开发水溶性好的中和缓蚀剂。
作为比较，与现有的7019型缓蚀剂和ZHX一5缓蚀剂进行了对比。
1.4.3缓蚀剂的合成
将烷基酸与有机胺缩合【4-5】，在不同温度下进行真空脱水，于60—150℃完成酰胺化，于
1.4.5缓蚀剂与中和剂的复配效果评价
选取水溶性较好的低分子有机胺ON一1、ON一2作为中和剂，与合成的YX一1型缓蚀剂分别进行复配。
仍旧采用静态挂片法评价其缓蚀性，并与氨水及YX一1型缓蚀剂单独使用相对照，其中YX—l型缓蚀浓度为10mg／L。
结果见表2。
表2不同缓蚀剂与中和剂复配的缓蚀效果比较
缓蚀剂用量
/（mg/L）
中和剂种类
（浓度为40mg/L）
缓蚀率
/%
腐蚀速率
/（mm.a-1）
-
-
-
25.62
整。
既不因加入量不足而带来严重腐蚀，也不因加入量过高而增加生产成本。
（3）对于进蒸馏装置的原料油运用高效的脱盐脱水工艺。
比如采用“原油低温脱盐脱水技术”，可解决大部分原油罐区劣质油脱盐脱水问题。
只有高效地降低
国内炼油厂从1960年后开始使用缓蚀剂，应用最多、最普遍的是有机缓蚀剂。
但是国内开发的缓蚀剂主要是针对炼油厂塔顶系统HC1一H2s—H20型腐蚀环境，重点在于抑制HC1的腐蚀，而对高温腐蚀部位缓蚀剂的研究较少。
近年来，随着加工高酸值、高含硫原油量越来越大，常减压装置高温部位腐蚀问题越来越突出，因而，高温缓蚀剂也受到了更为广泛的关注。
1低温缓蚀剂
国内较早开发应用的低温缓蚀剂主要是长碳链烷基酰胺、长碳链吡啶衍生物以及含硫化合物，如4502（氯代烷基吡啶）、7019（脂肪族酰胺类化合物）、尼凡丁一18（十八胺聚氧乙烯醚）、1017（多氧烷基咪唑啉油酸盐）、兰一4A（聚酰胺类）等【1，5，9】。
其中以7019的性能较好，对减缓常顶、减顶和加氢汽提塔顶冷凝系统碳钢设备的腐蚀都有较当采用经典失重法测定时，7019的缓蚀率为86．89％，而HT01的缓蚀率为98．50％；采用电化学极化曲线法测定时，7019的缓蚀率为72．24％，而HT01的缓蚀率为96．5O％。
实验结果表明了咪唑啉类缓蚀剂成膜性能较脂肪族酰胺类好，在较低的pH值下仍有比较好的缓蚀性能。
定、不分解。
近年来，国内外研究和使用的高温缓蚀剂主要有磷系和非磷系两种系列。
磷系缓蚀剂是指含磷酸或亚磷酸基的有机化合物，如磷酸酯类、亚磷酸芳基酯类和硫代（亚）磷酸酯类等；非磷系缓蚀剂是一些含氮、硫等元素的有机化合物。
研究剂主要包括硫代单烷基（双烷基、三烷基）磷酸酯和硫代亚磷酸酯等。
这类化合物中的硫代磷配或者在缓蚀剂中添加其它成分往往具有更好的缓蚀效果。
因此，缓蚀剂与其它药剂的复配成为发展趋势，也有必要探寻其中的复配规律。
（2）开发环保型缓蚀剂。
研究从动植物中提取、分离、合成新型缓蚀剂的有效成分，积极开发绿色、环保型缓蚀剂，如利用国内丰富的松香资源开发咪唑啉类等环境友好型缓蚀剂。
（3）加强基础理论研究。
应用量子化学理论、分子设计科学和计算成【22】，使缓蚀剂的研究和开发有“理”可依，减少新产品开发时的盲目性。
1.6常减压蒸馏装置的节能降耗措施
辽河石化分公司南常减压蒸馏装置始建于1987年，于2000年12月改造，并于2001年5月一次开车成功，装置改加工低凝环烷基原油．装置改造中在节能降耗方面进行了全装置能量利用综合分析，有效地降低了装置的过剩余热，并采用了窄点技术对换热网络进行优化。
1.降低水耗
（1）减少循环水用量。
常减压蒸馏装置循环水主要用于水冷冷却油品，单耗设计值为723m3/h，除了E一1027／1.2减压塔顶油气冷凝冷却器和E一1024渣油冷却器外，均采用了二次循环水。
为进一步降低循环水单耗，使单位加工费用降低到最小，经仔细研究，采取的措施为：
夏季用空冷器代替水冷器，冬季利用装置的侧线余热加热采暖水输出热量。
在调节侧线油品离开装置温度时，采取将侧线油品尽量与原油换热的方式，使其达到离开装置时的温度，可节约大量循环水。
取消E一1025含盐污水冷却器。
经过以上措施的实施，循环水的单耗平均控制在500m3／h左右。
另外对水冷器进行定期化学清洗，提高其冷却效果，减少了循环水用量。
（2）减少软化水的用量。
常减压蒸馏装置软化水的消耗主要于塔顶注水、机泵冷却水、电脱盐罐注水及配剂用水等。
因此采用了回收两塔顶油水分离罐的排水，注入电脱盐罐内，可节约软化水3t／h。
另外，对机泵冷却用的软化水量做适宜调整。
建议机泵冷却水尽可能回收至系统，做到零排放。
2.降低电耗
⑴机泵、风机采用变频器。
对机泵电机采片变频技术，以满足当原油性质变化时，侧线及同流油量变化情况下的节能。
对常压塔顶油气空冷器的4台风机采用变频技术，以适应不同工况条件。
（2）风机调角。
根据油品的冷后温度及时调整风机扇叶角度或停用风机。
（3）电脱盐系统。
本次改造，对电脱盐采用了交直流电脱盐技术，该技术的主要特点是在电脱盐罐内产生了直流强电场和交流弱电场，具有交流电脱盐和直流电脱盐的优点，同时克服了各自的不足。
在达到同等脱盐、脱水水平的条件下，可节电约30％。
3．降低蒸汽用量
常减压蒸馏装置所用蒸汽压力分别为1．0MPa和0．35MPa。
通过细心凋整操作可提高它们的自产量。
1．0MPa蒸汽的消耗主要在减压抽真空系统、加热炉雾化蒸汽及冬季伴热系统等。
投用机械抽真空泵，可节约蒸汽0．6t／h；加热炉可采用高效火嘴，凋整其合适的雾化蒸汽量；对蒸汽伴热系统及蒸汽放空尾部安装疏水阀，减少“小白龙”现象。
建议对汽包排污水也可作为水伴热热源，可减少蒸汽用量。
0．35MPa蒸汽的消耗主要在侧线汽提及塔底吹汽，合理调整其侧线汽提蒸汽用量及常减压塔底吹汽量。
4．降低燃料油的用量
（1）提高换热终温。
换热终温是衡量常减压装置原油换热凹收情况的重要标志（换热终温每提高3℃，可降低炉子燃料0．1kg／t）。
尽管在改造没计时采用窄点技术对换热网络进行优化，但运行中，由于换热器本身泥沙沉积、积垢较严重，大大影响了传热效率，使换热终温大幅下降。
提高换热终温措施如下：
①进一步优化换热流程，由于装置运行中，渣油出装置时的温度达180℃，为了回收这部分热量．在脱盐前加了一组渣油一原油换热器，以提高电脱盐温度，进而提高换热终温。
②采用高效换热器并进行定期清洗，装置在改造没汁时，就采用了高效的波节管、螺纹管及折流杆式换热器。
但由于原油中泥沙含量较多，在装置运行22个月时，原油换热终温大幅降低。
对15台脱盐前及脱盐后换热器进行了单台切除清洗后，换热效果明显提高，原油换热终温提高了近10℃。
另外，弓型折流板换热器容易出现死角堵塞，建议采用螺旋式折流板换热器．
（2）管理好燃烧系统。
火嘴燃烧不好就会影响加热炉热效率。
严格工艺纪律，控制好燃料油的压力及温度，加热炉参数不作大幅度调整，保证加热炉的燃烧状态良好，作到火苗齐、火焰短、炉膛明亮、火焰不直扑炉管。
（3）采用保温材料降低炉壁热损失。
对炉壁表面采用优质隔热材料，并对炉衬表面喷涂反辐射涂料，减少炉甓散热损失。
1.7总结
炼厂在进行原油的加工时必须解决原油分割和各种石油馏分在加工过程中的分离问题。
蒸馏正是一种合适的手段，而且常常也是一种最经济、最容易的手段，它能够将液体混合物按其所含组分的沸点或蒸气压的不同而分离为轻重不同的各种馏分，或者是分离为近似纯的产物。
由此可见，蒸馏是炼油工业中一种最基本的分离方法。
蒸馏过程和设备的设计是否合理、操作是否良好，对炼油厂生产的影响甚为重大。
2设计说明书
本次设计主要是设计一年原油处理量能力为1000万吨的常压塔，其次为塔板的设计。
常压塔的设计主要是依据所给的原油实沸点蒸馏数据及产品的恩氏蒸馏数据，以及一些所须的工艺图表等，参考《石油加工工艺学》、《化工原理》、《塔的工艺计算》、《石油化工工艺图表》等，计算产品的各物性数据，确定切割方案、计算产品收率。
根据设计所须的原理、规模，对工艺装置流程进行选择，确定有关参数，得到相关物性计算结果，确定设计特点。
主要是根据物料平衡、热量平衡来确定汽提水蒸气用量，选择塔板型式和确定塔板数、操作压力、温度、全塔气、液相负荷等。
绘制气、液相负荷图，平衡气化曲线，操作弹性曲线，进行塔的工艺曲线。
3常压塔的工艺计算
3.1设计任务
年处理量为1000×104t胜利原油的常减压分馏塔。
原油的实沸点蒸馏数据及平衡汽化数据由老师提供。
3.2基础数据
3.2.1原油性质
序号
项目
数值
1
20℃密度g/cm3
0.9734
2
粘度（50℃）mm2/s
763.5
3
凝点℃
-5
4
酸值KOH/gmg
4.13
5
硫ug/g
2018
6
氮ug/g
3199
7
胶质m%
18.14
8
灰分m%
0.04
9
残炭，m%
8.54
10
盐含量NaCL/Lmg
5.8
14
平衡
汽化
温度
5%
257
10%
308
20%
400
30%
438
40%
472
47%
500
3.2.2原油蒸馏各馏分收率
序号
温度范围℃
馏分油%（m/m）
累计%（m/m）
1
HK-180
1.56
1.56
2
180-200
1.09
2.65
3
200-230
0.78
3.43
4
230-250
1.08
4.51
5
250-275
1.88
6.39
6
275-300
2.62
9.01
7
300-330
3.82
12.83
8
330-350
2.97
15.81
9
350-395
3.16
18.97
10
395-425
5.86
24.83
11
425-450
10.12
34.94
12
450-500
11.69
46.63
13
＞500
53.35
99.98
3.2.3原油蒸馏馏分油性质
序号
分析项目
常
顶油
常一
线油
常二
线油
常三
线油
常
底油
1
20℃密度g/cm3
0.7594
0.8785
0.9060
0.9415
0.9924
2
粘度（20℃）mm2/s
4.68
粘度（40℃）mm2/s
8.37
20.98
170.7
粘度100℃）mm2/s
2.16
3.42
9.48
3
凝点℃
‹-50
-34
-14
5
4
闪点℃（开/闭）
-/89
144
165
192
5
酸度mgKOH/ml
24.78
6
酸值mgKOH/g
2.63
5.52
7.0
7
硫ug/g
516.6
1435
2152
2209
8
氮ug/g
26.7
131.3
400.3
1082
9
折光率，20℃
1.4976
1.5099
1.5239
10
结构族组成
CP%
36.6
34.6
粘度指数（Ⅵ）
CN%
46.8
46.7
31.9
CA%
16.6
18.7
45
11
35
-39
‹-100
23.1
12
十六烷指数
36
13
灰分m%
0.004
14
残炭m%
0.02
15
馏程℃
HK
50
204
285
303
10%
96
233
313
351
30%
112
252
323
367
50%
139
269
332
380
70%
152
288
339
394
90%
165
310
349
418
KK
197
334
364
447
3.3馏分油性质参数的确定
3.3.1部分参数的确定
1.体积平均沸点
由公式：
tv＝（t10＋t30+t50+t70+t90）/5℃得
汽油馏分：
tv＝96+112+139+152+165/5=132.8℃
煤油馏分：
tv＝233+252+269+288+310/5=270.4℃
轻柴馏分：
tv＝313+323+332+339+349/5＝331.2℃
重柴馏分
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