[煉廠技術·四]常減壓裝置工藝與技術講課提綱

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1. 前言

在坐各位都是常減壓裝置的管理者或骨干，這次雖是設備的培訓班，但要講一下關于常減壓的工藝和技術，我認為安排得很好，很有必要。雖然每個裝置都有塔、爐、換熱器、空冷器、泵、壓縮機、閥門、管線等等，但由于工藝不同，這些設備有各自的特點（類型、材質等）。只有對這些設備所從屬的工藝有所了解（不必太深），才能更好地去管理、使用和維護這些設備。

雖然設備是為工藝服務的，但從某種意義上來說，設備比工藝更重要。從我自己的經歷來講，在試運或投產過程中，設備不過關，那怕只有些漏，都很難做到平穩操作、正常生產，所以設備工程師了解一些工藝技術是十分必要的。反之，工藝工程師，也要對設備有所了解（如腐蝕、材質的選擇等）。

2. 常減壓的類型

2.1  一般分三類：潤滑油型、燃料型、燃料化工型，不管何種類型，主要區別是在減壓塔所抽的側線產品不同，而導致減壓塔內部結構不同。現介紹一下一般常減壓的流程，基本由電脫鹽、換熱、常壓、減壓（有時還帶輕烴回收）幾部分組成。

2.1.1  潤滑油型；大慶、蘭州、高橋等煉廠的常減壓。

2.1.2  燃料型；一般煉廠的常減壓，金陵、安慶、九江、洛陽等。

2.1.3  燃料化工型；揚子、金山、齊魯、有乙烯等化工裝置的石化廠的常減壓。

這幾種類型的主要區別就是減壓塔的不同。電脫鹽、換熱、常壓等都是必不可少的，若煉進口原油，則設輕烴回收（也可統一在全廠設）。

2.2 從技術上分類．

2.2.1  設初餾塔或設閃蒸塔：各有優缺點，設初餾塔操作更穩定，但系統復雜可能要增加能耗；設閃蒸塔的系統較簡單，要節省一些能耗（要詳細計算才知道）。但擔心常壓塔操作不穩定，國外一般都用閃蒸塔，現在國內煉進口原油的常減壓大多也是設閃蒸塔。

2.2.2  初餾塔加壓或設壓縮機的方案

目前國內外加工含硫輕油的常壓蒸餾流程基本上有二種選擇：一是采用初餾塔加壓方案，將原油中的輕烴在稍加壓力的條件下溶在初頂油中，初頂油經泵升壓去穩定塔回收其中的輕烴。此方案的優點是整個流程中不設壓縮機，減少了機械維修量；其缺點是有小部分輕烴會帶至常壓塔從常頂氣出去，經脫硫（低硫原油則不需脫硫）后作為燃料氣，則這部分輕烴作為燃料氣被燒掉。并且初頂增加一整套回流冷卻系統，流程較為復雜。二是采用閃蒸塔方案，此方案原油中輕組分在閃蒸塔中閃蒸出來進入常壓塔的某合適部位，使得閃底油換熱更合理，進入常壓爐的流量減少從而節約能量；在常頂增設壓縮機將常頂不凝氣進行壓縮升壓，常頂油用泵升壓與升壓后的常頂氣一起去穩定塔回收輕烴；穩定塔頂不凝氣由于壓力高可去脫硫系統進行脫硫處理，保護環境。采用閃蒸塔方案，流程簡單能耗低，裝置不凝氣可去進行脫硫處理，環境友好。其缺點是需設置壓縮機，維護稍困難，但隨著機械制造水平的提高，此點已不成問題。據了解，目前國內外加工高硫輕質原油大多采用閃蒸塔及常頂氣設壓縮機方案。近幾年許多大型的加工含硫中東輕油的常減壓裝置也均采用此方案。

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3.  常減壓的新技術和新設備
3.1  裝置大型化；現在新建的石油化工廠，常壓裝置基本都是1000萬噸／年（配100萬噸／年乙烯）。
3.1.1  國內外的研究表明，最適合的大型化是1250萬噸／年，過度大型化后，不但工程問題解決不了，而且也不經濟。
3.1.2  國內新建或擴建的800萬噸／年常減壓有（指單套處理能力）：
中石油；大連、獨山子、廣西、四川等。
中石化；海南、青島、天津、鎮海等。
中海油；惠州。
中國化工最近收購了許多山東小煉廠，處理量都提高至500萬噸／年以上，所以裝置大型化是今后發展的趨勢，對設計、施工、生產都會產生一些新的問題。
3.2  高速電脫鹽
高速電脫鹽與低速電脫鹽的比較，其技術的主要特點是：
進料位置不是在水相，而是在電析板之間；
進料管不用管式或倒槽式而采用特殊噴頭型式；
電脫鹽罐處理能力不取決于油品在電場中的停留時間，而取決于噴頭能力；
采用水平極板；
混合系統采用手動或自動調節混合閥，而不用靜態混分器。
3.3  減壓深拔技術
3.3.1  減壓深拔的有關概念
3.3.1.1  切割點與拔出率
切割點是指原油或常壓渣油TBP切割點，即實際拔出率對應的原油或常壓渣油實沸點溫度，不是側線餾分油或蠟油的干點。
總拔出率是指原油通過蒸餾得到的各餾分油的總和與原油處理量之比，各餾分油包括汽油、煤油、柴油、裂解原料、潤滑油原料等（但不包括減壓渣油）。由于分餾塔的不同，又可分為常壓拔出率和減壓拔出率。
3.3.1.2  減壓深拔的定義
提高原油的拔出率主要是提高減壓的拔出率，即提高原油的切割溫度。國內多數裝置的實沸點切割點都540℃以下，國外加工原料較輕的原油，如布倫特或阿拉伯輕質原油，切割點可以達到607.2℃～635℃；加工重質原油或瀝青質含量高的原油，切割點可以達到565.6℃～593.3℃。基于目前國內的生產技術水平和原油性質，通常認為切割點在565℃以上即為減壓深拔。
3.3.2  減壓深拔的適應性及切割點的確定
減壓深拔技術有它的適應性，要根據煉油廠所加工原油的性質，全廠總流程，特別是減壓餾分油和減壓渣油的加工方案來決定是否采用減壓深拔技術及確定減壓深拔的切割點。
3.3.2.1  加工原油的性質
首先要分析、研究原油的性質，特別是研究分析重金屬（鎳、釩等）、殘碳等在原油和餾分油中的分布情況，評價分析減壓深拔切割溫度條件下的產品質量和減壓渣油質量。減壓深拔后會使重質減壓餾分油（HVGO）和減壓渣油（SR）雜質含量增加，而這些雜質為非線性分布，分布情況可通過實沸點窄餾分的分析數據來確定。
a）對于加工低硫石蠟基優質原油（如中國大慶原油），即使深拔至565℃，減壓渣油中金屬含量和殘碳仍完全滿足催化料要求。無論生產潤滑油料或裂化料，其深拔的必要性不大。
b）對于減壓渣油需要生產瀝青甚至是重交道路瀝青的一些原油（如中國塔河、孤島及沙中原油等）則不需深拔或適度深拔。
c）對于生產潤滑油料的減壓蒸餾，提高原油切割點將會降低渣油溶劑脫瀝青的輕脫油收率，降低全廠潤滑油總產量。所以，國內外生產潤滑油原料的減壓蒸餾，切割點一般在535～540℃。
3.3.2.2  減壓餾分油的用途
確定減壓深拔的切割點時，必須了解、分析減壓餾分油（VGO）的用途，若作催化裂化原料，因其原料性質對催化裂化催化劑和裝置開工周期影響很大，對減壓餾分油性質有一定要求。加氫裂化對原料性質要求更為苛刻，某廠常減壓深拔后，其指標要求是：TBP切割點大于565℃，Ni＋V小于1ppm，Fe小于1ppm，康氏殘碳小于1％，C7不溶物小于100ppm，ASTM  D1160，95％小于575℃。這些指標與要求和所加工原油的性質決定了減壓深拔的切割點。
3.3.2.3  減壓渣油的性質和去向
若原油的減壓渣油已滿足催化裂化原料的質量要求，不必進行減壓深拔；若原油的減壓渣油已適合于作生產道路瀝青的原料，則要按生產瀝青的要求來確定減壓深拔的程度；若減壓渣油是作焦化、減粘裂化的原料，則按這些二次加工裝置對原料性質的要求進行減壓深拔。
對于進口的含硫或高硫原油（如伊朗原油、沙中原油、沙重原油、俄羅斯原油等），其減壓渣油密度大，殘碳值高，重金屬含量多，硫含量高，作為焦化的原料時，切割點一般可在565℃以上。
是否采用減壓深拔技術和確定減壓深拔的切割點，除以上分析外，還要綜合考慮建設投資、操作周期、產品需求等因素，以期達到最好的經濟效益。
3.3.3  千萬噸級常減壓蒸餾裝置的減壓深拔的減壓塔
根據總流程的安排，青島1000萬噸／年常減壓蒸餾裝置的減壓渣油作為焦化裝置的原料，為原油實沸點（TBP）切割溫度大于565℃的餾分，要達到這個要求，必須采用減壓深拔技術。為此青島煉化公司和中國石化工程建設公司（以下簡稱SEI）于2005年同減壓深拔技術的專利商KBC和Shell就引進減壓深拔技術進行了談判，最后，該裝置引進KBC的減壓深拔技術，由KBC公司提供減壓深拔的工藝包（PDP）。
根據KBC提供的工藝包，SEI完成了減壓深拔的詳細設計，由天津大學精餾技術國家工程研究中心提供了減壓塔的內構件制造圖和填料及液體分布器等供貨。
采用減壓深拔的青島大煉油1000萬噸／年常減壓蒸餾裝置已在2008年4月12日投產一次成功，并在2008年11月18日至25日進行了標定，達到或超過設計預期，裝置至今一直生產正常，操作平穩。
3.3.3.1  減壓塔設計與國內一般減壓塔設計主要不同之外：
a)  殼體設計壓力按0.35MPa(g)和真空兩個工況考慮，全塔殼體材料為碳鋼，上部加厚；
b)  塔底有6層固定閥，6層塔盤上有液體收集擋板，避免液體帶上去。正常液位至最高／最低液位的停留時間皆為3分鐘。液位高時，關汽提蒸汽以免把塔盤吹倒，還可維持正常操作；
c)  過汽化油抽出設計沒有停留時間，以免結焦，洗滌段是組合填料（下面格柵，上面規整填料），用壓力噴頭（噴淋高度不大于1100mm）。噴頭直徑較大最窄處為φ5.5mm，要求設過濾器，管線用不銹鋼以防堵塞。KBC公司認為若用重力式槽形分布器，因槽內有液體停留，反而會結焦，該公司的設計在此段都用壓力噴頭，據稱，美國的設計也是這樣的；
d)  集油箱上面開口是方孔，頂上有個升氣帽；
e)  塔體的過渡段采用錐形封頭，可降低塔高；
f)  每個物料抽出口都是二個抽出斗，所以塔壁是二個開口以保證分布均勻。

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3.3.3.2  結構特點
減壓塔的規格為φ6000／φ10800／φ5400×44995（切）（單位：毫米），進料段以上設五段填料及相應的汽、液分布系統，進料段下設六層固閥塔盤。全部采用國內最新技術，根據每段填料的功能，結合國內應用成熟的高效規整填料的特點，設計采用組合填料床層，并配以重力型組合式液體分布器或噴頭。
減壓塔的進料段采用技術先進、性能優良的雙切環向進料分布器，以減少減壓塔進料段的霧沫夾帶量，保證減壓側線產品質量。
減壓塔結構匯總見表3.3.3.2-1。



表3.3.3.2-1減壓塔結構匯總表
床層編號        塔徑
(mm）        填料段高度(mm)        序號        填料        分布器        填料壓圈        集油箱
                                規格        盤數        盤高(mm)                       
I        6000        2000        1        ZUPAC1.0A        2        100        導板連通槽式分布器        帶云梯梁的結構        新型熱補償式
                        2        ZUPAC1.0A        9        200                       
II        6000        1400        1        ZUPAC3.0B        2        100        導板連通槽式分布器        帶云梯梁的結構        無集油箱
                        2        ZUPAC3.0B        6        200                       
III        10800        1500        1        ZUPAC3.0A        3        100        導板連通槽式分布器        帶云梯梁的結構，桁架支撐梁與支撐格柵結構        新型熱補償式
                        2        ZUPAC3.0A        6        200                       
IV        10800        1200        1        ZUPAC3.0B        2        100        帶噴嘴的噴淋管式液體分布器        帶有壓梁的柵板結構，桁架支撐梁與支撐格柵結構        新型熱補償式
                        2        ZUPAC3.0B        3        200                       
                        3        ZUPAC1.0B        2        200                       
V        10800        1800        1        ZUPAC1.0B        1        100        帶噴嘴的噴淋管式液體分布器        帶有壓梁的柵板結構，桁架支撐梁與支撐格柵結構        熱壁式
                        2        ZUPAC1.0B        4        200                       
                        3        TVGBI010        1        900                       

塔內件技術特點如下：
a)  ZUPAC系列雙向金屬折峰式波紋填料
ZUPAC系列雙向金屬折峰式波紋填料，是在普通波紋板規整填料與Intalox散堆填料的優化組合基礎上開發出的一種新型規整填料。它在結構上使氣液流路得到優化、傳質效率提高；開孔率加大使通量提高、壓降更低；比表面積提高使理論板數有所增加；在抗堵塞能力、填料剛度等方面均優于Mellapak填料。這些綜合性能可提高減壓塔的處理量及分離效率和降低壓降，ZUPAC規整填料具有良好的傳質、傳熱效果，還可使減壓塔有較大的操作彈性。
b)  垂直格柵
在洗滌段底部采用900mm高垂直格柵填料，可以避免上部填料層發生結焦堵塞。具有換熱效率高、洗滌效果好、通量大、抗堵塞等獨特的優點。
c)  新型三級導板連通槽式液體分布器
全連通式一級槽及導流板、采用加設特殊支撐分布槽結構，其一級槽使液體真正能夠均勻分布到各個二極槽中，而導流板的加設使液體分布更為均勻。實驗研究表明加設導流板的槽式液體分布器可以保證在液位只有20mm高時，單孔液體能被均勻分布為150mm寬的一條線，真正實現點分布變為線分布。特殊支撐分布槽結構便于調整分布槽的水平度，使液體均勻分布。
新型三級導板連通槽式液體分布器既保證了大直徑、低床層的填料塔對分布器的液體分布均勻的要求，還增加了抗堵塞能力和充分利用了有限的空間高度。
d)  熱補償式集油箱
由于塔體與塔內件材質不同，傳統結構的槽盤式集油箱在高溫操作條件下容易發生變形甚至破壞，同時因其安裝困難經常導致漏液現象。為了解決以上問題，設計中采用了一種能吸收熱膨脹的特殊結構的集油箱――熱補償式集油箱。
熱補償式集油箱上的液體主要通過集液槽和集液帽收集并由集液渠匯入抽出斗當中，氣體通過集液槽之間的縫隙上升到集油箱的上方，集液槽通過自由端避免由于溫度變化而引起的應力變形，不但解決了集油箱的受熱膨脹問題，而且安裝方便。
e)  熱壁式集油箱
過汽化油抽出集油箱位于進料口上方，不但要解決熱膨脹變形問題．還要求停留時間盡可能短，以防止結焦，設計中采用了一種專門用于過汽化油抽出的熱壁式集油箱。這種集油箱具有熱補償式集油箱防止熱膨脹的基本結構，并采用傾斜式的集液槽和集液渠．這種集液方式顯著提高了液體的收集速度，避免形成高液位，大大減少了液體在集油箱內的停留時間，有效地解決了高溫結焦問題。
f)  新型塔器桁架支撐梁
借鑒鐵路橋梁桁架的設計原理，在大型塔內件設計中采用桁架支撐梁，桁架支撐梁具有強度高、撓度小等優點。桁架支撐梁所占塔截面積較小，對塔的通量影響不大，這種桁架支撐梁的桁架粱與支撐構件之間形成了三角形穩定結構，可以有效的加強支撐粱的強度，減小支撐梁在負載時的撓度，并提高了整個桁架支撐梁的通透性，改善氣流旋流的沖擊，空間高度大大降低。位于桁架支撐粱端部的兩個支撐構件在滿足強度要求的情況下加大間距，使人員能順利通過，可以減少為檢修、安裝提供的預留空間。
g)  變孔徑預分布管
預分布管采用變孔徑管式分布器進行液體分布，可使液體流動更加均勻。分布管底端設有導流管，可以避免液體傾斜噴射，為了盡量減少流動死角，減少聚合物沉積，實現均勻多點分布，在分布管末端開有泄壓孔，設計中槽式分布器上方的預分布管均采用此結構。
h)  固閥塔盤
固閥塔盤是一種定向噴射式塔盤，氣相噴出，推動液流前進，因此塔板上液面梯度較小，液層較低，故塔盤壓降低、負荷能力大、抗堵性能好。
4.  液環式真空泵
4.1  混合式抽真空
在原油蒸餾裝置中，工藝流程是三級抽真空的方案；若其中第一級、第二級抽真空設備采用噴射式蒸汽抽空器，而第三級采用的是機械抽真空（一般用液環式真空泵）。則此種抽真空系統稱為混合抽真空方案。
減頂抽真空系統從前一般采用水蒸汽抽真空系統，維護工作量小，可靠性高；但現在特別是對于大型常減壓蒸餾裝置，混合抽真空系統愈顯出其經濟性的優點，節能降耗顯著。某1000萬噸／年常減壓裝置的減壓塔頂采用高效噴射式蒸汽抽真空加機械抽真空的混合抽真空系統，與采用全水蒸汽噴射式抽真空系統對比數據如表4.1-1。

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表4.1-1  混合抽真空系統與全水蒸汽噴射式抽真空系統對比數據表
        混合抽真空方案        全部水蒸汽抽真空方案
投資／萬人民幣        ＋180        基準
水蒸汽耗量/(t/h)        基準        ＋7.63
電/kW        ＋160        基準
循環水/(t/h)        ＋100        基準
軟化水/(t/h)        基準        ＋3.0
折算能耗／(kg標油/t原油)        -0.4413        基準
操作費用／（萬元人民幣／年）        -337.7        基準
靜態投資回收期／年        0.533       

由表4.1-1可見，采用混合抽真空系統比完全水蒸汽抽真空系統節能0.4413千克標油／噸原油，投資回收期只需0.533年。因此對于常減壓裝置，特別是大型減壓蒸餾裝置，采用混合抽真空系統是經濟合理的。
4.2  常壓塔頂用液環式真空泵
廣西常減壓用液環式壓縮機壓縮常頂氣，取代螺桿式壓縮機，其優點是避免了機械的硬接觸，抽氣范圍大、彈性大，其工作原理是利用葉輪偏心，形成月牙形的液環，吸氣后，由于月牙形液環的體積變化，吸氣后逐漸壓縮后排氣。
5.  大型化裝置開工及操作中的問題
5.1  減底泵振動；查四個標準
5.1.1  石油化工能耗機械振動標準（SHS－01003－2004）。
5.1.2  壓縮機、風機、泵安裝工程施工及驗收規范（GB50275－1998）
5.1.3  API－610泵的制造標準
5.1.4  中華人民共和國石油化工行業標準
查以上四個標準后，根據標準驗收，用數據解決問題。
5.2  儀表一次線原選用球閥，后來改加一個閘閥，原球閥保留。
5.3  焊口HB＝300～350
5.4  減壓塔頂分配槽裝錯、減壓塔底破沫網吹翻
5.5  支架插稍末拔，進油時動火。
5.6  電脫鹽罐熱脹時，水泥支坐將法蘭別漏。
5.7  閃蒸塔頂管線振動，此處最容易發生振動。
5.7.1  對管道的激振力最大的為柱狀流和塞狀流，而均勻的分散流則輕些。
5.7.2  為避免兩相流管道的振動，在管道支架不宜用柔性支架，支架也要有一定剛度。

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2013-8-3 20:43 上傳

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