年产300万吨原油常压塔工艺设计与计算(编辑修改稿)

年产300万吨原油常压塔工艺设计与计算(编辑修改稿)内容摘要：

用方面，主要有太阳能热水器、太阳灶、被动式太阳房和太阳能干燥器、太阳能光伏发电。 风能资源总量为 16108kW，约 10％可供开发利用；我国风力发电总装机容量达到 104kW；风能综合利用基础理论研究、实用工艺技术等方面均取得进展。 辽宁石油化工 大学 继续教育学院 毕业设计 5 地热资源尚待继续勘探，我国目前已探明的地热储量约为 116861012MJ，现已利用的相当于 1010108MJ，不足十万分之一。 已建成的西藏羊八井地热电站现装机总容量 104kW，年发电量达 9700104kWh，为拉萨电网供电的 50％，是我国目前最大的地热电站。 我国海洋能源资源亦十分丰富，其中可开发的潮汐能就有 2020104kW以上。 海洋能开发利用方面，目前已建有潮汐发电站总装机容量 5930kW，年发电量1021104kWh；波浪发电试验电站也在建设之中。 氢能等有应用前景的新能源技术开发尚处于实验室试验研究阶段。 可以看出我国在新能源和可再生能源方面已经取得可喜的成绩，但总的来说，无论是科研水平、开发利用规模、还是产业发展等方面都同国际水平有很大差距。 其根本问题在于：一是尚未纳入国家能源建设计划；二是对 新能源和可再生能源的研究与开发投入太少，如对太阳能研究与开发经费投入不及美国的 1％，甚至不及印度等国家；三是商品化程度低，产业化薄弱。 我国新能源和可再生能源的大发展还有待于国家制定相关政策大力扶持。 新能源和可再生能源发展展望，今后 15年，新能源和可再生能源发展的总目标是：提高转换效率，降低生产成本，增大在能源结构中所占比例；新技术、新工艺有大的突破，国内外已成熟的技术要实现大规模、现代化生产，形成比较完善的生产体系和服务体系；实际使用数量要达到 1012MJ以上，为保护环境和国民经济持续发展做出贡 献。 炼油行业的对策 炼油厂常减压装置节能新措施 常减压装置是炼油厂最大的耗能装置之一，约占炼油总耗能的 25%～ 30%，因此降低该装置的能耗对炼油厂的节能降耗具有极其重要的意义。 据统计，国内常减压装置的最低能耗约为 41013MJ/t，而平均能耗则为 51813MJ/t[1]，差距高达 108MJ/t，可见该装置的节能尚有较大的挖掘潜力。 本文分析了常减压装置的用能特点和存在的问题，并根据实际应用和科研成果，总结了近年来国内应用的一些富有成效的节能措施，分析了其节能效果，供各炼油厂在常减压装置 改造时借鉴，从而提高装置整体用能效率，降低能耗。 辽宁石油化工 大学 继续教育学院 毕业设计 6 在传输和转换环节，能量的利用率为 %。 在直接损失的能量中，加热炉的排烟热损失占总供入能量的 %。 在工艺利用环节，装置工艺总用能较高，大于 1000MJ/t，且系统回收循环能较低，仅占 %，其它用能需要由装置外界燃料、蒸汽和电力等进行补充。 能量回收利用环节的回收率为 %，有近 %的待回收能量被冷却水带走，另有 %的能量以散热形式排入大气中。 由此可以看出；在能量的传输转换环节中，直接热损失特别是排烟热损失占的比例较 大，因此应重点考虑加热炉高温烟气能量的再利用问题；在工艺利用环节应改进系统换热流程，合理利用不同温位的热源，加强循环能的回收，同时优化操作，借用其它装置的能量降低本装置总用能；在能量回收环节应减少冷却负荷，着重加强低温热的回收。 降低常减压装置能耗的新措施 （ 1） 采用系统优化匹配方法，统筹考虑节能方案 系统优化匹配就是打破单套装置界限，根据不同温位热源的特点，合理地实行装置间的联合，在较大范围内进行冷、热物流的优化匹配的方法，其根本目的是避免 “ 高热低用 ” ，实现能量利用的最优化。 以某厂 50万 t/a常减压装置和氧化沥青装置的联合优化方案为例 [2]；该方案将氧化塔底抽出的沥青由 260℃与常减压装置的脱后原油换热至 180℃ 后再出装置，可使原油升温 35℃ ，常压炉节省燃料 135kg/h。 同时，通过将常压换热后原油送至沥青装置的焚烧炉对流段与高温烟气 (约 900℃ )进行换热，又可使其温度升高 16℃。 装置进行优化后，极大地提高了常压炉的进料温度，降低了炉子热负荷，使常减压装置的能耗由原来的 [3]，节能效果相当明显。 此外，将常减压装置的中间产品直接供入下游加工装置，进行 “ 接口进料 ” ，也可以较好地达到节能目的。 如常减压蜡油和渣油热供料到催化裂化、加氢裂化、焦化、沥青等装置，组成物流联合系统，既可以减少下游装置进料升温加热的负荷，降低其能耗，又可以减少常减压装置的产品冷却负荷， 降低冷却水用量，从而达到综合节能效果。 优化换热网络，合理匹配冷热物流常减压装置的剩余热量主要是蒸馏塔塔顶回流和各中段回流取出的，热流的温位从上而下逐渐升高，因此为提高原油辽宁石油化工 大学 继续教育学院 毕业设计 7 的最终换热温度，应合理分配取热，增加高温位热源热量，而进行换热网络的优化是重中之重。 根据对换热过程有效能损失的分析 [4]，在设计换 热网络时，应安排一个高温热源进行多次换热，即根据冷源温度的高低依次进行换热，使每次的传热温差较小，而不宜使之直接与温度很低的冷流进行换热并产生较大的温差。 目前，对于换热网络优化合成应用比较广泛的是夹点技术 [5]。 “ 夹点 ” 的概念最初是由英国教授 B,Linnhoff提出的。 他认为在换热网络中存在着一个最小的允许传热温差 ΔTmin—— 这一点即为 “ 夹点 ” ，它限制了网络最大热量的回收。 无论多么复杂的热传递网都可以在温 — 焓图上按一定的规则作出能量组合曲线，而热流曲线与冷流曲线之间的最小垂直温差就是网络的夹点。 冷热流曲 线将整个温 — 焓图分为传递系统换热负荷、公用工程冷却负荷和公用工程加热负荷三部分，通过选取适当的夹点温差就可以达到最小的公用工程负荷，从而实现热量最经济的匹配。 近年来利用夹点技术对原有装置换热网络进行改造取得了一些明显的效果。 如大庆石化总厂 [6]应用基于夹点设计原则的 PDMI软件对其第三常减压装置的原有换热网络进行了优化，在增加 3台换热器和 1台蒸汽发生器后，使该装置的总能耗降低约 4%，年节约燃料油 1438t。 克拉玛依炼油厂 [7]也曾根据该技术对其常减压装置换热系统进行了优化改造，仅增加了 7台冷换设备就使原油换 热总温由 250℃ 提高到 295℃ ，节能效果相当可观。 此外，针对常减压的换热优化节能过程，高维平等开发了 “ 换热网络的合成 ” 、 “ 换热网络的分析 ” 、 “ 换热器优化设计 ” 和 “ 换热网络的流程模拟 ”等技术，并利用 “ 换热网络优化节能软件包 ” 对吉化炼油厂原有常减压换热流程进行了改造 [8]，使初底油换热终温由 272℃ 升高到 308℃ ，年可节省燃料 7800t，也取得较好的节能效果。 （ 2） 采用新工艺新设备，提高能量转换利用水平 提高加热炉效率 ， 加热炉是重要的升温设备，炼厂综合能耗的 1/3是由其进行转换和消耗的，节能潜力巨大。 针对加 热炉效率的提高主要有如下几种新的措施； 将常规的烟气余热加热自用燃烧空气、原油独立换热流程改为加热炉对流室冷流原油与烟气直接换热流程 [9]。 该流程的优点是：既加强了烟气余热回收系统和装置换热系统冷热流的匹配优化，又将原来的气 — 气换热改为气 — 液换热，辽宁石油化工 大学 继续教育学院 毕业设计 8 极大地提高了换热效率。 某厂装置进行流程改造后，使加热炉的平均效率由 65%提高到 85%。 采用热管式空气预热器进一步强化加热炉烟气能量的回收，减少排烟热损失。 由热管组成的热管式空气预热器是一种高效气 — 气换热设备。 热管内外封闭，管外带有翅片，管内充有储热介质。 借助于介 质的蒸发和冷凝可以高效地实现烟气和空气之间的换热，其最大负荷可达 5MW[10]。 采用新型燃烧器火嘴，提高加热炉燃料的燃烧效率。 燃烧器火嘴的结构决定了燃料的雾化性能和燃烧效果，这一点对重油燃料更为重要。 目前，针对重油燃料的高粘特性，北京航空航天大学成功开发了内混合多孔互击式音速空气雾化火嘴，可使重油雾化粒度小于 20μm，具有雾化性能好、燃烧充分、不易结焦堵塞的特点，与其它重油燃烧器相比可节约燃料 10%左右。 这种新型火嘴已实现了工业应用，取得较好效果。 采用内波外螺纹换热器，强化换热效果从传热方程 Q=KAΔt看 ， 在传热面积 A和温差 Δt一定时 ， 提高传热系数 K可以提高传热速率 Q。 根据对换热器管壁流体流动状态的分析 [11]，由于两侧的冷、热流体在紧靠壁处处于热阻较大的层流状态，因此为提高 K必须改变管壁处流体的流动状态，增大其紊流程度，改变总传热系数由管内膜层流传热系数控制的状况。 内波外螺纹换热器就是基于这样的原理来强化换热器传热效果的 [12]。 该换热器管管壁呈内凸外凹的波纹形，当流体流经管壁的凹、凸槽时，会产生一个方向始终垂直于层流流动方向的纵向涡流。 该涡流使层流层受到冲击干扰，转变成紊流状态，从而提高了总传热速 率。 由于此型换热器的特殊设计同时强化了管束两侧的传热，近年来它正逐步取代常用的浮头换热器，在炼油厂得到广泛应用。 应用变频调速技术，降低电耗目前常减压装置都是利用离心泵进行原油的传送，机泵电机的设计功率也较大。 在需要降量生产时通常采用关小出口阀门的方法进行控制。 实践证明这种 “ 大马拉小车 ” 的操作极大地浪费了能源。 采用变频调速技术为彻底解决这一问题提供了可能。 变频调速技术的基本原理是：对同一机泵进行转速控制时，其流量与转速成正比，轴功率与转速的立方成正比，于是可根据泵流量的变化调节电机功率，在流量降低时适时降低 电机输出功率而达到节能的目的。 变频调速闭环系统的控制如图 1所示，其控制信号为 4～20mA电流。 该系统具有反应快、精度高、安全可靠、节能效果明显的特点。 呼辽宁石油化工 大学 继续教育学院 毕业设计 9 和浩特炼油厂常减压装置原油泵采用变频调速技术后，在试运期间取得了节能率高达 50%的良好效果 [13]。 调节减压塔急冷油回注量，提高减渣温度减渣是热容最大的高温位换热热源。 减压塔在设计时为减少渣油的高温裂解，提高塔顶真空度，常要求向塔内回注一定量的急冷油，使渣油温度低于 350℃。 根据研究 [14]，原油换热终温随减渣温度的变化而变化，较高的减渣温度 (342℃ )对原油终温的提高影响更加明显，同时减渣即使在 355℃ 裂解量也很小，基本不降低塔的真空度，因此可以改变现有操作的局限，减少冷油回注，提高减渣抽出温度以提高原油换热终温，降低加热炉能耗。 采用新工艺新设备，提高能量转换利用水平 （ 1） 提高加热炉效率 加热炉是重要的升温设备，炼厂综合能耗的 1/3是由其进行转换和消耗的，节能潜力巨大。 针对加热炉效率的提高主要有如下几种新的措施 [15]； ① 将常规的烟气余热加热自用燃烧空气、原油独立换热流程改为加热炉对流室冷流原油与烟气直接换热流程。 该流程的优点是；既加强 了烟气余热回收系统和装置换热系统冷热流的匹配优化，又将原来的气 — 气换热改为气 — 液换热，极大地提高了换热效率。 某厂装置进行流程改造后，使加热炉的平均效率由 65%提高到 85%。 ② 采用热管式空气预热器进一步强化加热炉烟气能量的回收，减少排烟热损失。 由热管组成的热管式空气预热器是一种高效气 — 气换热设备。 热管内外封闭，管外带有翅片，管内充有储热介质。 借助于介质的蒸发和冷凝可以高效地实现烟气和空气之间的换热，其最大负荷可达 5MW。 ③ 采用新型燃烧器火嘴，提高加热炉燃料的燃烧效率。 燃烧器火嘴的结构决定了燃料的雾化性能和 燃烧效果，这一点对重油燃料更为重要。 目前，针对重油燃料的高粘特性，北京航空航天大学成功开发了内混合多孔互击式音速空气雾化火嘴，可使重油雾化粒度小于 20μm，具有雾化性能好、燃烧充分、不易结焦堵塞的特点，与其它重油燃烧器相比可节约燃料 10%左右。 这种新型火嘴已实现了工业应用，取得较好效果。 辽宁石油化工 大学 继续教育学院 毕业设计 10 （ 2） 采用内波外螺纹换热器，强化换热效果从传热方程 Q=KAΔt看 ， 在传热面积 A和温差 Δt一定时 ， 提高传热系数 K可以提高传热速率 Q。 根据对换热器管壁流体流动状态的分析，由于两侧的冷、热流体在紧靠壁处处于热阻较大的层流状态 ，因此为提高 K必须改变管壁处流体的流动状态，增大其紊流程度，改变总传热系数由管内膜层流传热系数控制的状况。 内波外螺纹换热器就是基于这样的原理来强化换热器传热效果的。 该换热器管管壁呈内凸外凹的波纹形，当流体流经管壁的凹、凸槽时，会产生一个方向始终垂直于层流流动方向的纵向涡流。 该涡流使层流层受到冲击干扰，转变成紊流状态，从而提高了总传热速率。 由于此型换热器的特殊设计同时强化了管束两侧的传热，近年来它正逐步取代常用的浮头换热器，在炼油厂得到广泛应用。 （ 3） 应用变频调速技术，降低电耗目 目前常减压装置都是利用离心 泵进行原油的传送，机泵电机的设计功率也较大。 在需要降量生产时通常采用关小出口阀门的方法进行控制。 实践证明这种 “ 大马拉小车 ” 的操作极大地浪费了能源。 采用变频调速技术为彻底解决这一问题提供了可能。 变频调速技术的基本原理是；对同一机泵进行转速控制时，其流量与转速成正比，轴功率与转速的立方成正比，于是可根据泵流量的变化调节电机功率，流量降低时适时降低电机输出功率而达到节能的目的。 该系统具有反应快、精度高、安全可靠、节能效果明显的特点。 呼和。