原油蒸馏装置控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

原油蒸馏装置控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

量的输送设备。 通常，我们把用来抽吸输送液体和使液体增加压力的机器统称为泵。 机泵的种类有很多，在常减压蒸馏装置中常用的是离心泵 [5]。 蒸馏工艺参数设计 常压塔工艺参数操作指标 一．温度 （ 1） 塔顶温度 常减压蒸馏温度的控制主要是塔顶温度、侧线抽出温度和进料温度。 塔顶温度主要是塔顶产品在其本身油气分压下的露点温度。 塔顶温度可以灵敏的反 应塔内热平衡的变化，温度的变化还反应塔内气液相负荷的变化。 常压塔和初馏塔塔顶主要生产石脑油，石脑油主要根据下游装置对产品的要 12 求，控制其馏程。 操作中通过调节塔顶温度控制其馏程范围，在操作压力条件下，提高顶温，干点降低，塔顶产品收率降低。 同样产品质量若不能满足要求，石脑油干点较高，馏程较重，可适当降低塔顶温度，石脑油干点稍低，馏程较轻可适当提高塔顶温度。 通过调节塔顶温度可实现对塔顶产品质量的控制，塔顶温度是控制塔顶产品质量的重要手段。 （ 2） 侧线抽出温度 分馏塔侧线抽出温度出产品在该处油气压下的泡点温度。 在进 料量和温度一定的情况下，侧线抽出温度的高低与侧线抽出量的大小有关，增大侧线抽出量，抽出温度升高，减小抽出量侧线温度降低。 侧线抽出量的变化直接影响着塔内气液相负荷分布，对塔内分馏效果和侧线馏分效果和侧线馏分影响较大。 （ 3） 进料温度 分馏塔进料温度主要是根据操作压力、油品的性质和所需的汽化率所决定。 过汽化率低提高，就越省能；从生产操作度看，提高进料温度，从节能角度看就越省能；从生产操作角度看，提高进料温度，过汽化率提高，可以降低常底油。 350℃前馏分含量，提高轻油产率，常压塔闪蒸段压力与汽提蒸汽量保持不变时 ，汽化段提高 4℃，常压塔汽化率可以增加 1%。 常压过汽化率第上升一个百分点，则加工每吨原油能耗增加 ，并且过汽化率过高，过汽化油和与过汽化油相邻的侧线拔出率高，内回流量增大，分馏精度提，分馏精提高，侧线馏分的馏程变窄。 进料温度确定后一般保持相对恒定，不作为调节手段，常压加热炉出口温度，生产喷气燃料时，最高加热温度一般为 360℃～ 365℃，而生产一般石油产品时可放宽至 370℃。 13 （ 4） 进料段和塔底温度（作为汽提控制） 进料段温度是汽化的气相温度。 进料段温度 [3]和进料线温度有一个温降，它是由进料在进料 段进一步汽化和与塔内过汽化油换热共同引起的。 塔底温度是常压重油经汽提后的温度，由于部分组分的汽化，塔底温度较进料温度略低，在一定程度上也反映了汽提段的汽提效果。 （ 5） 汽提塔温度 侧线产品经汽提塔汽提后，由于部分组分汽化吸热，侧线汽提塔的温度一般较侧线抽出温度低，温度的变化反映了侧线产品抽出时的组成和汽提蒸汽量的大小，可以作为调节侧线产品质量的参数。 在油品的闪点和初馏点低时，其调节手段之一就是适当增加提蒸汽量。 二．压力 常压塔的压力一般是通过塔底回流罐气相通大气取得平衡。 假如回流罐顶的低压可燃气体引至加 热炉作为燃料时，这时的塔顶压力由低压可燃气体从加热炉放出来取得压力平衡。 所以，常压塔的压力不设压力调节系统只设压力记录。 塔顶压力反应了整个塔内操作压力的大小。 塔顶压力低，可以使汽化段保持低较油气分压，有利于拔出率的提高，当气化段温度和汽提蒸汽量不变时，汽化段压力降低 ,可以使汽化率提高 1%。 塔顶压力高，在保持相同的汽化率下，需要较高的进料温度，不利于拔出率的提高，也使燃料消耗增大，但由于整个塔的操作温度上升，侧线和回流抽出温度升高，有利于热量的回收。 塔顶压力除塔顶冷凝冷却系统的压降影响外，引起 塔顶压力变化还有其它较多的因素，操作中炉出口温度升高时，原油性质变轻、进料量增大，都会使塔内气相负荷增大，引 14 起塔顶压力上升，而原油含水量增加，常压塔汽提蒸汽量增加，或回流带水也会使塔顶压力升高。 当塔顶压力变化应及时查找分析原因，采取措施首先稳定塔压力，并对操作相应调节，保证产品质量。 塔顶压力是控制产品质量的重要参数，操作中要密切注意塔压的变化。 三．回流 回流是分馏塔操作的必要条件，分馏塔精馏段内上升的气相与液相在回流在塔板上充分接触，每块都进行着同样的传质和传热过程，进行着部分汽化和部分冷凝的过程。 塔内回 流量由上而下逐层减少，温度由下而上则逐层降低，油品组成越往上越轻越往下越重。 气液两项在一定的条件下， 由平衡到不平衡、由不平衡到平衡这一规律交替进行气化和冷凝的变化，如此反复，最终达到分离产品的目的。 回流操作不仅改变塔内气液负荷，影响每一块塔板的分馏效果，同时也改变了塔内气液负荷，影响每一块塔板的分馏效果，同时也改变了塔的热平衡和塔内和塔热量分布。 回流的形式有三种：塔顶回流、塔顶循环回流和中段循环回流。 四．液位和流量 常减压蒸馏过程有比较多的液位和界位控制，如回流罐的液位 控制、电脱盐罐的界位、汽提塔液位以及 减压塔的中段集油箱液位控制 等。 在众多的液位控制参数数中，初馏塔底液位、常压塔底液位以及减压塔底的液位控制是最为重要的三个参数，直接关系到装置的物料平衡和和平稳操作。 因为液位的控制与进出装置各物流量密切相关，实际操作中，要么以进料量大小调节液位的高低，要么液位的高低，要么以液位的高低控制出装置的物流流量，液位和流量的稳定是装置平稳操作的关键。 15 初馏塔液位的控制一般是固定塔底泵流量，以原油泵流量的变化即初馏塔进料量来稳定初馏塔底液面。 这样常压炉的进料量稳定，炉出口温度容易控制，有利于常压塔的平稳操作。 常压炉进料 量的大小直接关系到常减压蒸馏装置加工量的高低，装置加工量的控制主要以控制和调节常压炉的进料量来实现，提高常压炉进料量来实现，提高常压炉进料，则使装置加工量增大，降低常压炉进料，则使装置加工量减小。 加热炉 工艺参数操作指标 一 ． 温度 加热炉是利用燃料在炉膛内燃烧产生的热量，将炉内炉管中通过的物料加热至下游工艺过程所需的温度，很好的满足下游工艺过程对工艺介质温度的要求。 加热炉出口温度的控制是加热炉操作的目的和操作核心。 其包括： ， 炉出口温度是指被加热介质流出加热炉时的温度 ； 温度， 又称火墙温度，是指烟气离开辐射室进入对流室的温度 ； ； ； ； 二 ． 压力 在加热炉的操作中，压力控制，不仅关系着加热炉的平稳运行，而且也关系着加热炉的常周期安全运行，它包括对炉膛压力、燃料压力、雾化蒸汽压力的监控。 为保证加热炉长期、平稳、高效、安全的运行，各个企业常常把这些压力参数作为加热炉的工艺控制指标，在日常的操作和维护中严格加以执行。 16 包括： 有炉膛压力、燃料气压力和雾化蒸汽压力。 三 ． 过剩空气系数和烟气含氧量 炉子供风是保证燃料充分燃烧的重要的条件，供风不足，将使燃料燃烧得不到足够得氧气，燃料不能充分燃烧，增大燃料得不完全燃烧得热损失，增大了对燃料得消耗，降低了加热炉得热效率，严重通风不足，将造成炉膛黑暗，烟道气中一氧化碳含量增加，烟囱冒黄烟，甚至在对流室、烟囱、或空气预热器内发生二次燃烧或爆炸，损坏炉管等设备，给加热炉得安全运行带来不利得影响；供风量过大，不仅降低火焰燃烧温度，影响了炉子得辐射传热效果，同时由于烟气量得增大，增大了排烟热损失使炉子热效率降低。 因此，加热炉的供风操作显得尤为重要。 四 ． 加热炉进料量 常减压蒸馏装置加热炉进料量，直接关系到装置的加工量，进料量发生变化或波动都会打破装置原有的物料平衡，进而影响到装置的热量平衡，不仅影响加热炉的运行工况，还将影响蒸馏装置的操作，引起操作波动，影响产品质量和装置的安全生产。 分馏塔控制 方案设计 分馏塔的控制方案设计要保证分馏塔的能够安全、平稳的运行。 分馏塔的平稳操作实质就是控制好塔的物料平衡、热量和气液相平衡。 物料平衡指的是单位时间内进塔的物料量应等于离开塔的诸物料量之和。 物料平衡体现了塔的生产能力，它主要是靠进料量和塔顶、塔底出料量来调节的。 气液 相平衡是指气液两相不同状态的混合物，存在一个系统中，在两相间进行物 17 质传递，最终系统的温度、压力保持恒定，各相的组成保持不变。 气液相平衡主要体现了产品的质量及收率损失情况。 它是靠调节塔的操作条件（温度、压力）及塔板上气液接触的情况来达到的。 热量平衡是指进塔热量和出塔热量的平衡，具体反映在塔顶温度上。 热量平衡是物料平衡和气液相平衡得以实现的基础，反过来又依附于他们。 掌握好物料平衡、气液相平衡和热量平衡是精馏塔操作的关键所在，三个平衡之间相互影响、相互制约。 在操作中通常是以控制物料平衡为主，相应调节热量平衡最终 达到气液相平衡的目的。 （ 1） 对常压塔顶温度控制 塔顶的温度通过塔顶回流进行控制。 为克服回流方面的干扰，确保塔顶温度稳定，通常 采用塔顶温度回流流量串级调节系统。 在塔顶采用空冷器时，外回流温度往往拨动较大，为保证塔的稳定操作，有时考虑内回流控制。 当 顶回流量有较大波动时，副回路可以进行超前控制，把顶回流量波动控制在一定的范围内，使对温度的影响减小，温度的设定值是由已知的原油和塔的各侧线产品实 沸点蒸馏曲线 [4]，塔上各部位的温度、压力以及入塔出塔各物流的流量等 实时参数，通过物料平衡和热平衡计算得出。 由于 工艺对塔顶 产品质量要求较高，所以这部分的控制是常压塔控制的关键。 顶回流量的温度早 40℃左右，回流罐压力在 ～，塔顶温度为 85～ 120℃。 如图 所示。 18 图 常压塔顶温度 回流串级控制及进料流量控制 （ 2） 常压塔顶压力控制 常压塔的压力一般是通过塔顶回流罐气相通大气取得平衡。 假如回流灌顶的低压气体引致加热炉作为燃料时，这时的塔顶压力由低压气体从加热炉放出来取得压力平衡。 所以，常压塔顶的压力不设压力调节系统。 （ 3） 对进料量进行控制 ，在其他条件一定时，当进料量太大就会使塔顶 温度升高不利于蒸馏，这时我们采用单回路控制其进料量，使控制阀的开度减小，是进料量恢复正常。 相反，当进料量太小，应加大控制阀开度。 如图 所示。 （ 4） 常压塔侧线抽出流量控制 常压塔侧线引出喷气燃料和轻重柴油等馏分，对侧线汽提塔的液位汽提塔塔底馏出量分别采用单回路定值控制。 这时汽提塔液位的较大波动不会影响轻质组分的吹出即初馏点的变化。 一般汽提塔的液位控制的控制阀安装在常压分馏塔侧 19 线的馏出口管线上。 在进料量和温度一定的情况下，侧线抽出温度的高低与侧线抽出量的大小有关。 增大侧线抽出量，抽出温度升高，减小抽出量， 侧线温度降低。 侧线抽出量的变化直接影响着塔内气液相负荷分布，对塔内分馏效果和侧线馏分影响较大侧线温度降低，反映侧线馏分变轻，要适当增加侧线抽出量，侧线温度升高则侧线馏分变重，就应适当降低侧线抽出量。 因此在实际操作中侧线抽出多为流量控制。 如图 所示。 图 常压塔侧线抽出流量控制 （ 5） 回流控制 中段回流的控制一般倾向于大流率小温差。 大流率有助于提高传热系数，小温差有助于提高取热温位，国外的经验是每个中段回流的取热量应占该段剩余热量的 60%～ 70%，以确保该中段回流上部塔板有足够的内回流，使上一侧 线生产出合格的产品。 20 中段回流的取热传统控制方案是采用中段回流流量控制 [5]，加上回流返塔进口处的气相温度， 调节和控制中段取热。 如图 所示。 图 常压塔中段回流取热控制 （ 6） 常压塔底液位与液位控制 图 常压塔底液位与流量的串级控制 常压塔塔底产物为常压重油。 常压塔即要保持塔底液位在一定范围内稳定， 21 又要保正减压炉进料流量的稳定，因此一般采用液位与流量组成的均匀串级调节系统。 控制方案如图 所示。 把塔底液位作为被控变量流量为副变量。 塔底 液位做主变量可以使塔底储存的油与蒸汽能有充分的接触，确保停留时间，有利于轻馏分的吹出。 这液位不能过低也不能过高。 前者造成停留时间太短轻馏分被塔顶油带走，后者重质馏分会被上升蒸汽带走，将会影响临近塔底的侧线抽出产品的质量。 塔顶流量为副变量，可以使塔底产品即减压塔进料量的波动减小，以减缓进料变化对减压炉温度控制和减压塔平稳操作的影响。 如图 所示 对常压塔控制影响的量还有很多，在这里我们只对起主要作用的量进行了控制。 常压炉控制方案设计 （ 1）温度 常压炉的作用是把原料油加热至 360℃～ 370℃，形成的 气液混合物送入常压塔，所以 其 主要控制指标为炉出口温度。 加热炉炉出口温度控制一般都采用串级调节控制系统，串级调节的副控制回路能及时测量到来自燃料波动的干扰，并对此加以控制，缩短了反馈和调节的通道，为路出口温度的控制创造了有利的条件，对于主回路的干扰，福控制回路虽然不能直接进行调解，但由于福控制回路能及时测量到来自燃料波动的干扰，并快速进行消除，加快了调解过程，减少了动态偏差。 如图 所示。 （ 2）进料量 对于常压炉的进料 （ 原料油 ） 采用单回路流程控制，这样可以保持进料量稳定。 如图 所示。 这里我们采用炉膛 温度和燃料气压力进行船机控制。 如图 所示。 22 炉膛负压是指内压力与炉外同标高处大气压力之差。 她它是炉膛抽力大小的反应。