300万吨年常压塔工艺设计与计算毕业设计论文.doc

摘 要
本设计为300万吨/年常压塔工艺设计与计算。本设计的主要工作为常压塔工艺设计、塔设备尺寸确定及水利学校核。
设计中，为了使塔内各段热负荷均匀，设置可二个中段回流。对常压塔的闪蒸段温度，塔底汽提用量及取热分配等诸项操作条件进行了优化。塔顶回流、一中、二中回流分配比分别为40%、25%、35%。第一中段回流取热17.685GJ/h，第二中段回流取热24.759GJ/h，进料为365625KG/h，塔底汽提蒸汽5233.56KJ/h，塔顶轻石脑油5813.44KJ/h，塔顶冷回流7072.11kg/h，常一线11992.5KJ/h，常二线为63947.81KJ/h，常三线16197.19KJ/h，塔底重油261677.8KJ/h。
此常压塔分为46层塔板，进料段以下为条型浮阀，塔盘42层，进料段以下为浮阀塔盘，塔盘4层，一线抽出板为第36层，一中抽出板为第32层，二线抽出板为第22层，二中抽出板为第18层，三线抽出板第10层。

关键词：常减压装置；蒸馏；设计

Abstract
These design for 300t/y crude oil unit processing-air distillation part. The design basis data supply from petroleum refining station of the luoyang petrifaction engineering 《The appreciate of the Liaohe commingled crude》. The major word of these designing is process design of atmospheric the distillation tower, determining the tower equipment size and proofing of water conservation.
In this designing, in order to uniform each segment hot-load in this tower, as a result of reclaim the whole oil vapour internal latent heat of the top of tower nistead of set up circulating reflux of the atmospheric distillation. Because of flash section temperature of atmostpheric distillation, it process the optimization of the steam stripping volume in tower bottomand heat distribution. The partition ratio of top of tower circumfluence、one media circumfluence, two media circumfluence partingly is 40%、25%、35%. Taken hot by the first intermediate reflux is 17.685GJ/h. Taken hot by the second intermediate reflux is 24.759GJ/h. Input is 365625kg/h. It is the stripping steam of the tower bottom 5233.56KJ/h. It is the light naphtha of thet op of tower 5813.44KJ/h. It is 7072.11kg/h to the cold reflux of the top of tower. It is 11992.5KJ/h to atmospheric distillation tower the first siding. It is 11992.5KJ/h to atmospheric distillation tower the 2nd siding. It is 11992.5KJ/h to atmospheric distillation tower the 3rd siding. It is 261677.8KJ/h to tower bottom heavy naphtha.
This atmospheric distillation tower split into forty-six layer tower tray. Feeding section hereinafter is rectangular valve and tray is 42 layer. feed section hereinafter is valve tray and tray is four layer. It is thirty-six layer to the first siding exhaustion tower tray. It is the thirty-two layer to the first intermediate reflux trap tray. It is thirty-two layer to the first intermediate reflux trap tray. It is eighteenth layer to the second midsection tower tray. it is ten layer to the third siding exhaustion tower tray.

Key word： Atmospheric and vacuum; Distil; design
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 文献综述 1
1.1 我国炼油的现状 1
1.1.1 中国炼油工业的现状 1
1.1.2 我国能源现状及发展趋势初探 2
1.2 炼油行业的对策 5
1.2.1 炼油厂常减压装置节能新措施 5
1.2.2 降低常减压装置能耗的新措施 6
1.2.3 采用新工艺新设备，提高能量转换利用水平 9
1.2.4 基于工艺操作条件优化的节能措施 10
第2章 工艺设计计算 12
2.1 设计基础数据 12
2.1.1 原油及产品性质的性质 12
2.1.2 原油实沸点蒸馏及馏分性质 16
2.2 加工方案的确定 16
2.3 装置特点及主要技术措施 17
2.3.1 装置特点 17
2.3.2 主要技术措施 17
2.3.3计算产品有关性质 20
2.4 全装置物料平衡计算及常压塔物料平衡计算 24
2.5 汽提蒸汽用量 26
2.6 选定塔板形式和塔板数及其计算草图 26
2.6.1确定塔板型式和塔板数 26
2.6.2常压分馏塔计算草图 27
2.7 确定常压塔各关键部位操作压力 28
2.8 确定汽化段温度 29
2.8.1汽化段油汽分压 29
2.8.2汽化段温度的初步求定 29
2.8.3 tF的校核 30
2.9 确定塔底温度 31
2.10 全塔热平衡及回流热的分配 31
2.10.1假设塔顶及各侧线温度 31
2.10.2回流热 32
2.10.3回流方式及回流热分配 32
2.11 侧线及塔顶温度校核 33
2.11.1裂化原料抽出板（第10层）温度校核 33
2.11.2常二柴油板（第22层）温度校核 35
2.11.3 常一线（第36层）重石脑油抽出板温度 37
2.11.4 塔顶温度 39
2.12 有代表性塔板的汽液负荷的计算 39
2.12.1 汽提段汽液负荷： 39
2.12.2 汽化段汽液负荷 39
2.12.3 第5层板热平衡 40
2.12.4 第二中段回流抽出板（第17层）的热平衡 41
2.12.5 第二中段回流抽出板（第21层）的热平衡 42
2.12.6 第一中段回流抽出板（第31层）的热平衡 44
2.12.7 第一中段回流抽出板（第35层）的热平衡 45
2.12.8 第45层板汽液负荷 47
2.13 汽液负荷分布 50
2.13.1 汽液负荷表 48
2.13.2 汽液负荷图 50
第3章 常压塔设备尺寸确定及水利学校核 51
3.1 确定塔径 51
3.1.1 计算塔径 51
3.2 塔高确定 52
3.3 溢流装置 53
3.3.1 堰长、出口堰高 53
3.3.2 弓形降液管宽度和中间降液管宽度和面积 53
3.3.3 阀孔数目的确定及布置形式 54
3.4 塔板流体力学校核 56
3.4.1 气体通过浮阀塔板的压力降 56
3.4.2 液泛情况 57
3.4.3 雾沫夹带情况 57
3.4.4 塔板负荷性能图 59
第4章 常压塔设备尺寸及工艺计算汇总 62
参 考 文 献 63

V
辽宁石油化工大学继续教育学院毕业设计
300万吨/年原油常压塔工艺设计与计算
第1章 文献综述

1.1 我国炼油的现状
1.1.1 中国炼油工业的现状
当前人类正面临着可持续发展的考验，我国政府也提出了要建设节约型社会的宏伟目标。节约能源是建设节约型社会的重要内容。在我国建筑能耗已占总能耗的28%并逐步上升，正向35%靠拢。而我国能源状况并不乐观，建筑用能浪费严重，节约能源的任务不但十分繁重而且极为迫切。笔者仅就我国能源状况及建筑节能有关问题谈一些个人看法，供共同讨论。
（1）我国能源状况
我国人口众多，能源资源相对缺乏。自然资源总量排在世界第七位，能源资源总量居世界第三位。我国人均能源占有量约为世界平均水平的40%。我国是以煤为主要能源的国家，煤炭在一次能源生产和消费中所占比例一直保持在70%左右。今后这种情况也难以有较大的改变。
我国煤炭资源相对丰富，储量居世界第三位，煤炭预测地质储量为4.5万亿t，探明储量为1.02万亿t，约占世界总储量的11.1%，但人均占有量约为世界人均占有量的50%，能用于建矿井的资源储量为2200亿t。若平均回采率按30%计算，可开采储量660亿t。2005年我国原煤产量21.9亿t，能用于建矿井的原煤能开采30多年。
我国煤炭资源分布很不均衡，北方地区储量多，南方地区储量少。北方地区又主要集中在山西、内蒙古、陕西三省，其储量约占全国总储量的2/3。南方除贵州、云南储量较多外，其它地区储量很少，广西探明原煤储量仅为22亿t，占全国总储量的0.2%。
（2）我国石油和天然气资源相对贫乏
石油预测储量为4832亿t，探明剩余可采储量为24.9亿t，2005年我国原油产量为1.81亿t，石油及炼油产品消费量为3.1亿t。按目前的产出量石油探明储量也只能开采13年。我国探明石油可开采储量仅占世界总储量的1.5%，人均占有量仅为世界人均水平的7.7%。
（3）我国天然气资源情况和石油相似
目前探明剩余储量为2.6万亿m3，2005年我国产量为500亿m3，按照目前产量可开采50年，当然天然气也存在不可能把全部资源都采上来的问题。天然气在我国大规模开采利用历史较短，在消费的能源总量。但天然气是一种使用方便的清洁能源，其使用过程中产生的有害气体量远低于煤炭，因此，需求量有大幅度增加的趋势。特别是作为城市生活用燃料需求量很大。我国探明的天然气储量仅为世界的1.4%，人均资源占有量仅为世界人均占有量的7%左右。
（4）总体看来我国能源资源是短缺的
能源作为一种特殊的资源对它的开采使用必须本着“开源节流”的原则，既要扩大能源生产，更要高度重视节省能源，这是保证我国经济可持续发展的重要条件。目前我国能源浪费情况仍较严重，一些高能耗的落后生产工艺，生产技术，落后的工业设备和产品仍在使用生产，高能耗建筑也大量存在，我国单位国内生产总值能源消耗量为发达国家3倍以上，因此节能的潜力是很大的。国家“十一五”规划就明确提出到“十一五”末，单位国内生产总值平均能源消耗要降低20%，要实现这一目标必须采取更严厉更有效的节能措施。
1.1.2 我国能源现状及发展趋势初探
能源供应和环境保护是经济持续发展的基本条件，如何才能使二者相互协调发展？21世纪将靠什么能源？本世纪人类将直接面对的两大问题：一是能源消耗增长带来的日益严重的环境问题；二是能源资源的匮乏导致的全球能源危机。我国能源工业同样面临着资源、能源和环境的压力。
（1）能源结构及利用
①我国能源结构现状，据《中国统计年鉴2001》统计，2000年我国各种常规能源在一次能源消耗总量中所占比重为：煤炭67％，石油23.6％，天然气2.5％，一次电力（水、核电）6.9％。我国的环境污染相当严重，在世界污染最严重的10个城市中[7]，我国就占到了7个。这种状况与大量消耗煤炭有关。有关数据表明，空气中70%的悬浮颗粒物和90%的二氧化碳来自燃煤。
随着社会的进步，经济的发展，社会对能源的需求量越来越大，人类对生活环境日益关注。因此，切实解决“未来全球能源危机”和“环境保护”两大问题显得尤为重要。
总的来说，问题的解决可以从实现能源供应优质化、多样化和改善我国能源结构两方面着手，分两个层次相继展开：一是推广利用清洁能源，减少煤炭在一次能源结构中的比重；二是扶持发展新能源和可再生能源，建立可持续发展能源系统。
②大力推广利用天然气，随着近年来中国石油的短缺和环保力度的日益加大，天然气利用问题已经得到政府、天然气企业和广大用能单位的广泛重视。在本世纪的最初几年内，天然气市场将在全国中东部地区得到初步发育，并将在2005年以后快速发展。
中国天然气需求增长速度也将快于煤炭和石油。据《中国中长期能源战略》预测：天然气在一次能源总需求构成中的比重2010年约为6.5%，2020年约为9%；届时按基本需求估计，天然气需求将分别达到约1100×108m3和1800×108m3。
城市气化、发电、工业窑炉燃气及化工原料是今后我国天然气利用的主要方向。随着发电气化的大规模实施，电力生产部门将成为天然气消费大户，这是保护环境，减少污染的一个重大举措。例如：一座100×104kW 燃煤电站每年约消耗原煤3×106t，向大气排放烟尘77×104t，二氧化硫6.1×104t，氮氧化物1.3×104t，二氧化碳2.13×106t，苯并芘630kg。利用天然气发电就可以完全避免烟尘和二氧化硫、氮氧化物、苯并芘等有害物的排放。
城市气化主要指城市民用燃料的燃气化。居民集中居住区可以采用燃气式中央空调实现居室温度系统调节；居民分散区可以以户为单元形成一个小的天然气利用系统。室内调温、洗浴、炊事等各子系统既相对独立又相互联系，这样既操作方便，又可以对能量进行综合利用，达到节能目的。这种小系统在欧洲一些国家已经相当普遍。
随着天然气的大规模使用，我国城市环境污染严重的状况会逐步得到改善。今后15年，我国天然气利用的总体目标是：充分利用国内、外两种资源，构筑我国天然气管网及配套设施，满足我国天然气市场的需求，发展我国天然气利用事业；以“以气代油、以气发电，城市气化”为我国天然气利用的发展方向，提高天然气在能源结构中的比例，争取2020年接近10%；减轻环境压力，提高居民生活质量。
尽管如此，天然气的使用也只是在某些方面缓解了环境压力。更重要的是天然气资源有限，不可再生，同样无法解决“未来全球能源危机”问题。为此世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源利用技术发展的支持，我国也制定了相关政策，积极推进新能源和可再生能源的发展。
③新能源和可再生能源的利用：
我国新能源和可再生能源资源和利用现状，我国政府一直关心新能源和可再生能源的开发利用。1992年联合国全球环境与发展大会后，国务院提出了我国对环境与发展采取的10条对策和措施，明确指出要“因地制宜地开发和推广太阳能、水能、风能、地热能、潮汐能、生物能等清洁能源”。
我国具有丰富的新能源和可再生能源资源。20年来，我国新能源和可再生能源的开发利用也得到了很大发展，已经成为现实能源系统中不可缺少的组成部分。目前各类新能源和可再生能源，年提供能量约7.58×1012MJ，这对促进国民经济发展和满足广大农村和边远地区人民生活的能源需求起到了重要作用，主要表现在以下几个方面。
水能可开发资源为3.78×108kW，目前已开发利用11％，小水电开发和利用取得世界公认的成就。
生物能利用量约为6.59×1012MJ，占农村生活能源消费的70％，整个用能的50％；薪炭林建设和薪材能源开发取得了显著进展；生物能利用技术有了新发展，全国年产沼气12×108m3以上。
在我国约600×104km2可利用太阳能的国土上，太阳能年总辐射量超过60×104kJ/cm2，太阳能资源丰富，开发利用前景广阔。国内太阳能热利用方面，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16×108kW，约10％可供开发利用；我国风力发电总装机容量达到2.6×104kW；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。
地热资源尚待继续勘探，我国目前已探明的地热储量约为11686×1012MJ，现已利用的相当于1010×108MJ，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2.5×104kW，年发电量达9700×104kW·h，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2000×104kW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1021×104kW·h；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9.85×1012MJ以上，为保护环境和国民经济持续发展做出贡献。
1.2 炼油行业的对策
1.2.1 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。
在传输和转换环节，能量的利用率为86.9%。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8.45%。
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36.1%，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64.5%，有近18.8%的待回收能量被冷却水带走，另有12.5%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。
1.2.2 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522.47MJ/t下降到484.66MJ/t[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，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=K·A·Δt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。
1.2.3 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。
（2）采用内波外螺纹换热器，强化换热效果从传热方程Q=K·A·Δt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。呼和浩特炼油厂常减压装置原油泵采用变频调速技术后，试运期间取得了节能率高达50%的良好效果。
1.2.4 基于工艺操作条件优化的节能措施
根据原油的性质，在保证产品质量的前提下，优化工艺操作条件也可以取得较好的节能效果。
（1）苛刻操作，降低常压塔过汽化率为保证常压塔精馏段最低侧线以下塔板上有足够的液相回流，原油进塔时一般设计2%～4%的过汽化率。然而研究证明，过汽化率每提高1%可使加热炉的负荷增加2%，因此在实际生产中，只要能够保证侧线产品的质量，应对现有操作进行调整，使过汽化率降到最低，从而降低加热炉出口温度，节省燃料。
（2）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，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。

第2章 工艺设计计算
2.1 设计基础数据
2.1.1 原油及产品性质的性质
原油及产品的性质数据均由洛阳石化公司石油研究所的《辽河原油评价》提供。
产品性质：该炼油装置的原油常压分馏塔生产轻石脑油（常顶）、重石脑油（常一）、柴油（常二）、裂化原料（常三）、塔底重油。
辽河原油一般性质见表2-1，辽河原油实沸点蒸馏数据见表2-2。
表2-1 辽河原油的一般性质
项目
性质
项目
性质
取样地点
石油六厂脱水以后
第一关键馏分K值
11.4
取样时间
1989.4
250℃～275℃

比重
0.9269
比重
0.8655
API
20.5
第二关键馏分K值
11.8
粘度
mm2/s
50℃
99
395℃～425℃

80℃
27.74
比重
0.9124
凝点℃
11
酸度mgKOH/g
1.66
残炭%
7.16
微
量
金
属
PPm
Fe
Ni
Cu
V
Na
Pb
40
开口闪点℃
64
53.8
含蜡量
8.2
不详
沥青、胶质
18.8
1.2
元素
分析
％
H
C
S
N
12.49
3.2
85.67
0.6
0.25
原油类别
低硫环烷中间基
0.54

表2-2 辽河原油混合原油实沸点蒸馏及窄馏分性质
序号
沸点
范围
℃
收率%Wt
馏分 累计
比重

凝点
℃
运动粘度mm2/s
20℃ 100℃
特性因数
K
相关指数
API
1
HK～90
0.96

2
90～143
2.44
3.40
0.7530

0.79

11.7
27.2
3
143～180
2.02
5.42
0.7863

1.17

11.6
30.0
4
180～216
2.66
8.08
0.8261

2.06

11.4
44.0
5
216～250
3.51
11.59
0.8490
-35
3.20

11.4
44.0
6
250～275
3.72
15.31
0.8655
-29
5.23

11.4
46.0
7
275～297
2.87
18.18
0.8671
-17
8.13

11.5
43.0
8
297～317
2.87
21.05
0.8720
-9
12.09

11.6
41.0
9
317～350
4.28
25.33
0.8906
3
21.81

11.5
47.0
10
350～400
8.44
33.77
0.9055
23

4.60
11.6
49.0
11
400～450
1.96
44.73
0.9209
31

8.77
11.7
51.0
12
450～500
13.4
58.13
0.9306
40

20.18
11.8
51.0
13
＞500
41.64
99.77
0.9845
45

20.45

14
损失
0.23

15
合计

100

密 沸 沸 运
度 点 点 动
20 ℃ ℃ 粘
℃ 400 度
实沸点蒸馏曲线

0.90 350 60

密度
300