減壓塔頂抽真空系統影響因素分析

楊茂軍，王俊美，鄧偉強，陳金華，張道光

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

常減壓蒸餾作為原油進入煉油廠的一次加工工藝，在石化行業中有著舉足輕重的地位。常減壓裝置主要由常壓蒸餾和減壓蒸餾兩部分構成，其中減壓蒸餾需要在較高的真空度下才能實現油品餾分的分離。減壓塔頂的真空度由塔頂抽真空系統來實現，目前工業上主要有蒸汽抽真空系統、蒸汽+液環泵組合抽真空系統。典型的蒸汽抽真空系統是由三級蒸汽抽空器和三級冷凝器組成，流程圖如圖1所示；蒸汽+液環泵組合抽真空系統由蒸汽抽空器、冷凝器和液環真空泵機組組成，流程圖如圖2所示。無論采用蒸汽抽真空還是組合抽真空，減壓塔頂的真空度以及能耗與動力蒸汽的品質、冷凝器以及各級抽空器的壓縮比等因素有直接的關系[1]。

圖1 典型的三級蒸汽抽真空系統的流程圖

圖2 蒸汽抽空器+液環真空泵組合抽真空的流程圖。

1 動力蒸汽的影響

減頂動力蒸汽的壓力一般為0.8～1.1MPa。壓力過低時，蒸汽的流量減小，會影響抽空器的抽力，從而導致真空度下降。壓力過高時，蒸汽流量提高，由于抽空器的幾何尺寸已定，抽氣能力增加并不明顯，同時蒸汽流量提高會增加冷凝器的冷卻負荷以及下一級抽空器的工作負荷[2]。

表1為某1200萬t/a常減壓裝置減頂抽真空系統在不同蒸汽壓力下的蒸汽用量和冷卻負荷。蒸汽壓力過高或過低都會導致蒸汽用量和冷卻負荷的增加，最佳抽空蒸汽壓力為1.0 MPa。

表 1 不同抽空蒸汽壓力下的蒸汽用量、冷卻負荷

注：真空度10mmHg；抽氣量：4643.6 Nm3/h。

蒸汽飽和度也對抽空系統的穩定性及真空度有明顯影響。過飽和蒸汽中往往含有微小水珠，在噴嘴處高真空狀態下，微小水珠進入抽空器噴嘴處會迅速氣化，體積的瞬時膨脹會導致抽空器發生較大的噪聲，同時，迅速膨脹的水蒸氣會占據抽空器空間，大大降低抽空器的抽空能力。由于蒸汽中的水珠時有時無，當無水珠時，抽空性能良好，而一旦含有水珠，抽空能力便會下降，因而影響蒸餾系統的穩定性。因此，減頂抽真空系統的動力蒸汽上游應設分水設施，最好采用過熱5～10℃的蒸汽[3]。

2 冷凝冷卻器的影響

減頂油氣出塔后經過一級抽空器增壓，將減頂油氣的壓力提高到常規冷卻介質所能達到的冷卻溫度下，從而塔頂油氣和一級抽空器的動力蒸汽被冷凝為液體，進入下一級抽空器。如果一級冷凝器的出口壓力較低，在油氣分壓作用下還有較多的水蒸氣沒有被冷凝下來，會導致下一級抽空器的負荷較高，抽真空的動力消耗增大。因此，必須降低水的飽和蒸汽壓，即降低冷凝器的出口溫度(見表2)，以達到降低抽空器負荷的目的。

降低冷凝冷卻器的出口溫度，關系到冷卻器的選型和冷卻介質的條件，比較干燥的地區可以采用濕空冷，濕空冷的出口溫度可以達到35～36℃。若裝置有低溫水供應，采用水冷器是最理想的選擇，抽空系統的動力消耗會大幅度的降低[4]。若采用循環水冷卻，因循環水的溫度通常為30～32℃，夏季普通水冷卻器難以達到40℃以下，并且要消耗大量的循環水，若采用表面冷凝冷卻器，由于其具有一定的逆流傳熱作用，可以使冷凝冷卻器的出口溫度達到38℃以下，循環水的耗量也會有較大幅度降低，近年來這種高效水冷器得到了廣泛應用。

表2 不同溫度下水的飽和蒸汽壓

因此，充分利用當地的氣象條件和公用工程條件，恰當的選擇冷凝冷卻器的型式，有效的降低冷凝冷卻器的出口溫度，對降低抽真空系統的動力消耗十分重要。

3 抽空器壓縮比的影響

壓縮比是指抽空設備的排出壓力(絕壓)與吸入口壓力(絕壓)的比值。單級抽空器的壓縮比通常不大于8，而減頂抽真空系統需要的壓縮比較大，一般采用兩級或多級抽空器串聯操作。過高或過低的壓縮比會帶來蒸汽消耗過大而不經濟，因此需要對減頂抽真空系統的各級抽空器的壓縮比進行優化，從而降低真空系統的能耗[5]。

表3為某1200萬t/a常減壓裝置減壓塔頂物流工藝參數，減壓塔頂采用三級蒸汽抽真空系統。為更加直觀的探究規律，此處做如下假設：抽真空系統各級抽空器之間(包括冷卻器、工藝管道)阻力降為零，減壓塔頂各級壓力可簡化為表4所示，各級壓縮比具有如下關系：N1*N2*N3=Po/Pt。

表3 減壓塔頂物流工藝參數

表4 減壓塔頂抽真空系統操作壓力

在減頂抽真空系統中，一級抽空器占主要作用，消耗蒸汽量最大，一級抽空器就有增壓作用，若排出壓力過低，后級抽空器吸氣負荷過大，因此將一級抽空器壓縮比定為5～10，通過抽真空系統的計算，得到一級抽空器壓縮比為5～8時，抽真空系統蒸汽總用量，如圖1所示，一級抽空器壓縮比在7～8之間時，總能耗最低。在一級壓縮比為7和8的前提下，計算了不同二三級抽空器壓縮比下的蒸汽消耗量，如圖2～3所示。根據計算結果，減頂二級抽空器壓縮比2～4、三級抽空器壓縮比為3～4時，蒸汽消耗量最低。

圖1 一級抽空器不同壓縮比下的系統能耗

圖2 一級抽空器壓縮比為7時的系統能耗

圖3 一級抽空器壓縮比為8時的系統能耗

蒸汽+液環泵組合抽真空系是用液環真空泵代替第三級蒸汽抽空器，該系統能夠大幅降低動力蒸汽消耗量，同時大大降低了酸性水的排放，因此廣泛應用于新建常減壓裝置及現有裝置的節能改造中[6]。為最大限度節省蒸汽的消耗，在用液環真空泵替代三級抽空器的同時，需要將二級抽空器作相應改造，即通過更換抽空器或者噴嘴的手段優化抽空系統的壓縮比。可適當提高液環泵壓縮比，降低二級抽空器壓縮比，從而節省更多蒸汽，同時也要考慮到液環泵壓縮比過大對選型投資造成的影響。

4 結論

減壓塔頂抽真空系統的真空度及能耗除與抽真空設備本身有關外，與抽空動力蒸汽質量、冷凝器形式、冷卻水溫度及抽空器壓縮比也有直接關系。合適的蒸汽壓力、過熱的動力飽和度、較低的冷卻水溫度、表面蒸發冷凝技術以及合理的抽空器壓縮比都有利于提高塔頂真空度，降低抽真空系統的能耗。其中，蒸汽抽真空系統中，一、二、三級抽空器的壓縮比分別取7～8、2～4、3～4時，減頂抽真空系統的消耗最低。若液環真空泵替代第三級抽空器，則可以將液環泵的壓縮比提高，二級抽空器的壓縮比降低，從而最大限度的降低蒸汽的消耗，達到節能目的。

[1]李志強.原油蒸餾工藝與工程[M].北京:中國石化出版社,2007:487-496.

[2]趙 曼,李來廣.蒸汽噴射真空泵的影響因素及解決途徑[J].糧食流通技術,2006(3):18-19.

[3]周友軍,方杞青,張 明,等.影響蒸汽噴射真空泵真空度的主要因素[J].重型機械,2013(S1):336-338.

[4]吳衍興,嚴易明,張道光.減壓蒸餾塔頂抽空冷凝器采用淺冷技術的探討[J].石油化工設計,2010,27(1):36-38.

[5]唐孟海,胡兆靈.常減壓蒸餾裝置技術問[M].2版.北京：中國石化出版社,2015:151-160.

[6]李 琳,于會泳.液環真空泵在常減壓蒸餾裝置中的應用[J].石化技術,2008,15(1):36-38.