常減壓裝置減壓流程節能優化改造

宋雙明，王恩廷（揚子石化泰州石油化工有限責任公司，江蘇 泰州 225300）

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常減壓裝置減壓流程節能優化改造

宋雙明，王恩廷
（揚子石化泰州石油化工有限責任公司，江蘇 泰州 225300）

摘要：為提高減壓撥出率和改善減壓側線的產品分布，將減壓塔塔內件由舌形塔盤更換為新型規整填料，并對相應的工藝流程進行優化。改造后減壓塔壓降降低1.15 kPa，側線餾程寬度下降20 ℃，減壓蠟油拔出率提高4.78%，換熱終溫提高35 ℃，裝置能耗降低1.91 kg標油/t。

關鍵詞：減壓塔；拔出率；塔內件；能耗

本廠的常減壓裝置以加工蘇北石蠟基原油為主，生產蠟系相關產品。經多次擴產升級和生產調整，減壓塔部分操作參數嚴重偏離原設計指標。造成不僅塔下部取熱量小、全塔壓降大、減壓拔出率偏低；而且出現減二線餾程寬，減三線質量達不到生產半精煉石蠟的標準，減四線質量控制困難、減壓渣油收率偏高等瓶頸。為了改善上述不利局面，對減壓系統進行了技術改造：首先對減壓塔進行壓力容器檢驗和防腐處理后，將其改造成“微濕式”全填料型生產裝置；然后對相關工藝流程進行了優化。由投產后效果分析，減壓塔運行平穩，側線產品的產量、質量和裝置能耗均明顯改善。

1　減壓塔工藝簡介

減壓塔改造前后的工藝示意圖見圖1。

常壓渣油經加熱至395 ℃進入減壓塔精餾，改造前減壓塔設4個側線和2個中段回流，工藝流程及側線用途見圖1。改造后減壓塔為全填料塔，設5個側線和2個中段回流。與改造前相比，增加減五線抽出和減五線回流洗滌油；增設減一線熱回流和減壓渣油急冷油回流；減三線由催化原料變為酮苯裝置原料，生產半精煉石蠟。增設爐輻射段入口注汽和塔底過熱蒸汽汽提等。

圖1　減壓塔及側線用途示意圖（虛線為新增部分）Fig.1 A flow chart of decompression tower and side line uses （dotted line for new parts）

2　減壓系統運行瓶頸

本廠酮苯裝置擴能改造后，對原料減二線的需求增加。為供應充足的減二線油，減壓塔需滿負荷生產并調整操作參數，增加減二線產量，形成減二線餾出量、中段回流量和回流溫度偏離設計值。與原設計相比，熱量向減壓塔上部移動，導致減壓塔上部負荷增大，全塔壓降升高。而減壓系統存在的問題有：（1）原產品方案，減三線是酮苯裝置原料，但塔盤分離效率低，減三線與減四線產品重疊嚴重，質量達不到酮苯裝置要求；（2）減二線餾分餾程寬，產品分餾精度偏低；（3）減壓塔側線少，側線質量控制手段有限；（4）減壓塔加工負荷達到極限，無操作彈性；（5）全塔壓降大，塔底溫度控制困難，制約減壓深拔；（6）換熱終溫偏低（255 ℃）。

3　減壓系統技術改造

3.1改造方案

經過設計單位測算，原減壓塔塔體狀況良好，塔基礎強度符合改造要求。只要對減壓塔進行挖潛增效，用分離效率更高的規整填料作塔內件，即可滿足生產需求。而用規整填料對減壓塔進行擴能和優化，在國內有成功的經驗［1，2］。規整填料具有傳熱傳質效率高、分離精度高、壓降小、處理量大等優點，廣泛應用于提高加工能力、增加產品收率、提高產品質量、提高減壓拔出率等方面［3，4］，并取得了較好的經濟效益。工藝計算和流程模擬結果表明，采取適當加高減壓塔，塔內件全部更換為規整填料，并對工藝流程進行優化，減壓側線的產品質量和產量就能滿足本廠需求。

本廠確定更換減壓塔塔內件的技術改造方案，并新增部分設備，根據減壓側線的流量和性質，優化換熱流程。

3.2改造內容

3.2.1塔體改造

對原有減壓塔進行增高處理，在減壓塔變徑部位切割后加高5.2 m；原餾出口進行利舊或封堵，按設計文件要求在塔體上新開餾出口。

3.2.2塔內件改造

原減壓塔共設29層舌形塔盤，改造時將原塔內件全部拆除，改用規整填料。減壓塔的操作彈性定為設計值的0.5～1.2倍。進料采用雙切環流氣液進料分布結構，并配合能量分布器；汽提段采用四層淋降塔盤。

3.2.3減壓系統工藝流程優化

增設減五線餾出口及減五線洗滌油流程，控制減三線、減四線產品質量；增設減一線熱回流流程，有效控制減一線產品質量；增設減壓渣油急冷回流流程，控制減壓塔底溫度，防止塔底結焦。使用“窄點”技術，重新設計換熱流程，裝置換熱終溫由260℃提高至290 ℃，實現裝置節能。

3.2.4設備更新

減頂氣采用比表面蒸發空冷冷卻；減壓塔塔底管線加設緊急事故切斷閥；新增11臺換熱器，提高換熱效果。

3.3減壓塔填料流體力學核算

減壓塔填料的流體力學性質是衡量規整填料優劣的重要標志，減壓塔填料的力學核算結果見表1。

表1　規整填料流體力學核算數據Table 1　Regular packing fluid mechanics calculation data

從表1可知，各填料段的氣液相負荷的分布合理，減壓塔各段規整填料的泛點率均低于70%，遠低于減壓塔各段填料的理論泛點率（80%），表明減壓塔具有提高加工能力的空間，操作彈性大。并且各段填料的壓力降均低于1.2 mbar，總壓降低于10 mbar（1 kPa），達到總壓降不大于2 kPa的預期要求。

4　生產情況分析

4.1裝置改造前后的實際操作條件對比

減壓裝置改造前與改造后的操作條件和設計操作條件見表2。

從表2可知，改造減壓塔采用的規整填料選型合理，全塔壓降降至1.58 kPa，下降了1.15 kPa，有助于提高精餾效果。減一中、減二中的餾出量是改造前的2倍，有利于取出減壓塔高溫部分熱量，降低全塔熱負荷。減二中回流溫度與改造前相比降低35 ℃，表明減二中換熱器設計合理，熱量有效傳遞至低溫物料。這符合高溫位多取熱原則，提高了裝置的節能效果［5，6］。換熱終溫比改造前提高 35 ℃，主要原因是采用“窄點”技術設計的換熱流程合理，同時增加11臺換熱器，提高了換熱效率。

表2　減壓裝置改造前后的操作參數對比Table 2　Comparison of operation parameters of the decompression unit before and after transformation

4.2產品收率對比

減壓塔系統改造后，減壓塔壓降降低，真空度上升，有利于提高側線產品拔出率，降低減壓渣油產率，提高減壓系統的經濟效益。改造前、改造后減壓側線、渣油的收率見表3。

表3　改造前后產品收率對比Table 3　Comparison of the yield of products before and after transformation

由表3可知，減壓裝置改造后，減壓渣油收率由30.23%下降至25.45%，下降了4.78%，即常減壓裝置總拔出率提高4.78%。主要原因是采取規整填料技術及新型液體分配器，使減壓塔汽化率提高，塔內汽液分布更加合理，產品結構分割效率進一步提高。減三線、減四線是高溫熱源，其收率增加，即提高其餾出量，有助于減壓塔下部取熱，平衡全塔熱量分布。

4.3減壓側線質量對比

減壓側線產品質量是衡量減壓塔改造效果的重要指標，也是技術改造的主要目的。產品化驗數據比對數據顯示，減壓側線的餾程寬度、初餾溫度均高于改造前，側線的凝點、比色等指標符合產品的質量要求。具體數據見表4、表5。

表4　改造前主要的減壓側線產品性能Table 4　Properties of main side-line products from decompression unit before transformations

表5　改造后主要的減壓側線產品性能Table 5　Properties of main side-line products from decompression unit after transformation

從表4、表5可以看出，減一線、減二線、減三線的餾程寬度減少 20 ℃以上，產品精度得到提高，符合減壓塔側線的“窄餾分”的生產要求。經數據分析和工業試驗，減三線產品滿足酮苯裝置對原料性質的要求，試生產結果表明減三線產品通過酮苯裝置加工、白土精制后得到合格的 58#半精煉微晶蠟。減四線產品符合生產A型復合微晶蠟原料的要求，減五線產品作為控制其它側線產品質量的手段，抽出后作為催化裂化裝置的原料。

4.4減壓渣油性質分析

減壓渣油的收率和性質是衡量常減壓裝置經濟效益的主要指標，尤其是潤滑油型減壓裝置，減壓渣油是低附加值產品。提高裝置總出拔率，降低渣油收率，是常減壓裝置的發展趨勢。在實際操作中，常利用減壓渣油餾出 5%時的溫度、540 ℃的餾出體積等判斷減壓塔的深拔程度。改造前后減壓渣油的性質見表6。從表6可知，改造后減壓渣油的5%餾出溫度、10%的餾出溫度提高約20℃，密度、運動粘度、殘炭等均有明顯增加，實現了減壓深拔的目標。技術改造后實現深拔的主要原因為：（1）減壓塔采用新型環流進料分布結構，并配合流量分布器，減壓塔進料合理，有利于精餾；（2）增加渣油冷回流流程，能平穩的控制塔底溫度，防止塔底結焦，這為提高減進料出口溫度，增加減壓深拔創造了條件。

表6　減壓渣油的性質Table 6　Properties of vacuum residue

5　效益分析

5.1社會效益分析

減壓塔通過技術改造，側線的流量較改造前變化幅度較大，原換熱流程效果差，運用“窄點”技術進行優化后，換熱終溫由255 ℃提高到295 ℃，換熱終溫提高40 ℃。通過計算換熱終溫提高40 ℃時節約的能耗。

其中：Q — 熱量，kJ/h；

Cp—比熱容，取2.6 kJ/（kg·℃）；

M — 流量，取5.2×104（kg·h-1）；

Δt — 改造前后的換熱終溫的溫差，取35 ℃。

將數據代入式（1），可得Q = 4.73×106kJ/h。

按1kg標油折算41 800 kJ熱量計算，換熱流程優化后，節約113.1 kg 標油/時，按裝置年運行時間8 000 h，原油年加工量47萬t計算，裝置能耗降低1.91 kg標油/t。

由計算結果可知，改造后對裝置能耗降低效果明顯，具有良好的社會效益。

5.2經濟效益分析

減壓系統改造后，減壓拔出率提高了 4.78%。按年加工原油 47萬 t計算，年增產蠟油 47×4.78%=2.24萬t。渣油價格4 700元/t，蠟油價格6 500 元/t，差價為 1 800元/t，年增加效益 1 800×2.24=4032萬元。

6　結 論

減壓裝置技術改造后，一次開車成功，裝置運行平穩，減壓側線產品產量和質量均達到預期目的，實現了減壓深拔。

（1）裝置改造成全填料塔后，裝置處理量、各抽出口流量、側線產品質量均有提升，提高了減壓拔出率；重要的是提高了減三線產品質量，拓寬了酮苯裝置原料來源，為本廠產品結構調整提供了條件。

（2）新型規整填料有助于減壓塔汽液分離，全塔壓降1.58 kPa，有利于增加減壓塔汽化率，提高分餾效果。

（3）換熱終溫提高35 ℃，降低了裝置能耗。

參考文獻：

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Energy Conservation Optimization of the Decompression Process of the Atmospheric and Vacuum Distillation Unit

SONG Shuang-min，WANG En-ting
（YPC Company Limited Taizhou Petrochemical Branch，Jiangsu Taizhou 225300，China）

Abstract：In order to increase the decompression yield and improve the product distribution of decompression line，column internals of decompression tower were replaced by new structured packing，and the related process flow was optimized.After above transformation，the pressure drop of decompression tower decreases 1.15 kPa，the side distillation range drops 20 ℃，VGO pull-out rate increases by 4.78%.Meanwhile，heat transfer final temperature increases by 35 ℃，and device energy consumption reduces the 1.91 kg standard oil / ton.

Key words：Decompression tower；Pull-out rate；Column internal；Energy consumption

中圖分類號：TQ 021

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0175-04

收稿日期：2015-09-11

作者簡介：宋雙明（1969-），男，江蘇泰州人，工程師，1991年畢業于河海大學學校機械設計與制造專業，研究方向：長期從事裝置生產、設備管理和技術改造等工作。E-mail：tzssm69@sohu.com。