常减压蒸馏装置适应原油轻质化的技术改造

林彦宏

（西南石油大学，四川成都 610500）

1 案例分析

以石油集团下属的炼化公司为例，其使用了1 200kt/a 的常减压蒸馏装置，并在进行原油加工的过程中可以通过换热-电脱盐-换热-闪蒸-换热-加热炉-常压蒸馏-减压蒸馏的工序，来完成对原油的加工，并且具备有加工高酸混合重质原油的能力。而该常减压蒸馏装置的技术特点为：采取了三级电脱盐技术完成了对原油电脱盐系统的设计；基于闪蒸塔的利用有效简化了整体流程，降低了能耗与投资；全填料结构与微湿式操作方式的运用，实现了对整体系统工作效率与质量的提升；工艺流程模拟软件与换热网络系统运用，可以完成对装置的系统分析，并优化物料平衡条件。而在原油资源限制与结构出现变化的背景下，常减压蒸馏装置在进行原油的加工时，其在整体上表现出了轻质化特点。这种情况的出现导致了轻质油在掺炼过程中比例的增加，并使常减压蒸馏装置在运行的过程中，经常出现常压塔塔顶超负荷、侧线装置温度超过控制指标、塔顶不凝气量增加等问题，使装置的加工能力难以保障。因此，为了解决此类问题，该公司决定对常减压蒸馏装置进行适应原油轻质化的技术改造。

2 原油轻质化的趋势分析

对于案例装置而言，其原本设计为加工100%的高酸低硫环烷中间重基油，并且其自身的渣油收率高达35%（w），而轻质油的收率则相对较低。而案例中的常减压蒸馏装置在运行的过程中，共完成了近20种不同性质的原油与处于异常状况下污油的掺炼处理，但在进行质量分数约为10%性质较轻的原油时，该设备的运行状态十分容易受到影响。并且随着时间的推移，在该设备运行与加工的过程中，轻质油的比例表现出了一个逐渐上升的趋势，在2013年该设备所加工的重质油总占比约为75.3%，而到2015后其重质油加工比例为43%，轻质油的加工比例则增长至35%左右。并且这些轻质油与该装置投入使用时的设计加工原油相比，在密度、运动黏度、盐合量、酸值等物性参数的表现上出现了明显降低的情况，而且整体的性质也表现出了逐渐缓和的趋势。此外，结合案例单位的产品分布来看，可以发现其整体收率表现出了逐渐增加的趋势，从轻质油收率来看，其2015年增加了近7.4%，而总液体收率则增加了7.5%。

3 常减压蒸馏装置适应原油轻质化的具体改造措施与效果

3.1 常压系统改造

在进行常减压蒸馏装置适应原油轻质化改造的过程中，首先应确保在技术改造的过程中，能够遵循主工艺流程不变、最大化应用现有设备、所选用工艺与技术设备成熟且先进、选材应按原设计考虑的原则进行展开。案例常减压蒸馏装置的处理能力为1 200kt/a，常顶石脑油的收率为8.5%，而其加工的混合原油中，所使用的重质油为70%、轻质油为30%。同时，需要注意的是该设备常压塔与汽提塔的总体操作弹性需要在50%～120%，并且常顶循环液相负荷的上限设计为140%，常一中、常二中段液相的负荷上限则为130%。

在实现常减压蒸馏装置原油轻质化改造的过程中，其常压塔改造是自身在适应原油轻质化过程中的关键内容。从原油轻质化的特点来看，在气液相负荷增加的情况下，对常压塔塔盘进行开孔率设计的过程中，需要基于水力学计算的结构来进行调整，并且塔内的部件应尽可能利用设备原有部件。而在对其进行改造时，应当确保塔板数设计寿命、内件腐蚀裕量、塔内件材质仍应为此装置原设计中适应高酸原油的标准。而其常顶循环回流以及常二中循环回流两侧的降液管在宽度设计上需要增加。在案例设备的适应原油轻质化改造过程中，其宽度便由662mm 增至960mm。并且需要改造8层塔支撑架，其余的塔盘支撑件则应当保持不变。在对案例项目进行常压塔塔盘后，其能够在满负荷状态下实现自身的稳定运行，并且在常顶循环回流量增大的背景下，可以在提高常压塔中段回流取热负荷的同时，降低常顶冷回流，并满足常顶系统掺炼30%轻质原油的能力需求。

3.2 常顶瓦斯压缩机与常一线水冷机的增设

常减压蒸馏装置的设计中，需要通过将常顶、减顶瓦斯引入至加热炉中作为燃料应用。而在加工原油表现出轻质化的趋势后，常顶瓦斯的收率由0.01%增加至了0.08%，导致塔顶冷凝冷却系统出现了超负荷运行的状态。并且，在一些轻质原油中，其硫化氢的含量相对较高，导致在使用该材料进行掺炼的过程中，其所产生的常顶瓦斯中硫化氢体积分数由设计上的0.10%增至0.94%，而且加热炉出口烟气中的含硫化合物也随之增加，烟气露点的温度也提升了8℃。在这种情况下，为了避免热炉漏电腐蚀问题的加剧，需要排烟温度能够由120℃提升至130℃，但这就导致了加热炉效率下降的问题。针对此种问题，就要在常减压蒸馏装置适应原油轻质化改造的过程中，于常顶气进入加热炉前增设一台压缩机，完成对常顶瓦斯的升压处理后，再将其输送至催化裂化装置粗油液分液罐中，并基于对吸收稳定系统的利用，来回收其中40%（w）的液态烃，使其不再需要进入到加热炉中，令加热炉的效率能够恢复到设计状态。并且，在常顶及减顶压缩机投入到实际应用后，常减压蒸馏装置自身的操作适应性也得到了大幅提升，常顶压力也更加稳定。

在原油轻质化的影响下，常一线的收率也出现了大幅增加的情况。在进入到夏季后，会由于循环水温度升高、空气冷却效果下降的问题，导致常一线油出装置的温度达到了45℃以上，超过了罐区存储的安全温度。通过水冷机的增设，能够对渣油水冷器进行引用，使循环水能够作为新增水冷器中的冷却水，以有效解决常一线油出装置温度超标的问题。

3.3 常顶石脑油系统的改造

案例装置中其常顶石脑油系统在管线设计上的最大流量为90t/h，输送泵设计额定流量则为85.1t/h。但在加工石油轻质化后，其在运行的过程中，常顶石脑油流量增至120t/h，而冷回流的循环流量为40～50t/h。这使得想要令案例设备能够在实际应用的过程中符合原油轻质化的要求，需要其对常顶石脑油系统管线的管径进行拓宽，而案例工程在将其管径由DN150扩大至DN200后，还额外增设了一台额度流量为230t/h 的汽油泵。并且，需要注意是下游重整装置的应用，使常顶石脑油的最大设计进料量达到了100t/h，而多余的20t/h 则可以用于石脑油汽柴油加氢装置中。但案例装置并未设计该流程，而基于焦化装置汽油直供汽柴油加氢装置，并且其焦化装置与常减压蒸馏装置相邻的特点，而设置了常顶石脑油至焦化装置的流程，使其与焦化汽油完成合并后，再进入到汽柴油加氢装置当中，以完成对过剩石脑油的加工处理。在这种处理方式下，不仅能够有效解决重整装置在运行过程中出现超负荷运转的问题，也使得常减压蒸馏装置的生产加工负荷能够维持在一个合理的负荷限度之内。并且，基于对常一线新增水冷装置的运用，可以使常一线油冷后的温度由55℃降至37℃，在恢复常一线设计流量的同时，使其油出装置的整体工艺指标得到满足。而且要在运行过程中尽可能在常压系统中完成混合柴油的拔出，以提升减顶的真空度。

3.4 常压塔中段回流取热负荷的提升

在案例装置的设计中，其常一中泵的设计额定流量为295t/h，但在轻质化的影响下，由于流量不足的问题会使其在运行过程中的回流取热能力无法保障，导致了其返塔温度超过了设计温度35℃，达到了185℃。为此，需要通过在常压塔中段回流改造的过程中，运用小温差大流量的方式，来使装置的换热效果得到提升，其中案例项目的具体改造方案为；对常压塔中段其中一台泵的额定流量进行提升，使其可以达到395t/h，并新增一台换热器，实现常一中泵的扩能，结合常压塔的热量分布状态完成对回流量的调整，使自产0.35MPa蒸汽产量得到提升，而后配合换热器的新增来控制常二中段的回流反塔温度，使其可以由231℃降低到206℃。

在此种改造模式下，可以基于对中段换热器的增设，使常减压蒸馏装置的取热能力得以提升，并优化在抽出与反塔时的温差，令系统在整体上的热源利用与换热终温得以提升。而且在加热炉出口温度相同的条件下，案例装置的燃料气用量由11.7t/h 降至10.9t/h，使设备的加热炉负荷与燃料消耗得到了有效的控制。从改造前后案例设备常顶与中断回流流量以及温差的表现来看，其常一中、常二中的高位热源回收率以及运行效率均实现了稳定提升，并且在完成适应轻质化改造后，案例设备的蒸汽发生器也实现了自身产气能力的提升，到达了15t/h，使自产蒸汽与自用蒸汽达到了一个相互平衡的状态，使设备的能耗得到了全方位的优化与控制。

3.5 减压系统的改造

从案例装置在减压系统改造过程中所设计的方案可以看出，其重点放在了控制减顶温度、避免液滴夹带等方面。其具体设计为：通过新增一台减一线泵，避免柴油量过大造成的额定流量不足问题，实现对减顶温度的有效控制；在减压塔过汽化油集油箱下方安置MCVV20C 拆板除沫器，来避免雾沫在经过进料分布器后，直径为10～20μm 的滴液无法被去除，并夹带的问题。

结合案例装置在完成对减压系统优化与改造后的表现来看，其基于折板触除沫器的应用，使设备当中近90%的微小滴液都可以实现二次脱除，令其在整体上的抗堵能力得到进一步提升，还可以实现对汽化油残碳含量的有效控制，而且新增设的折板除沫器在压降上的表现仅为1.2Pa，对于整塔的压降并没有明显影响。而在完成改造核算后也可以发现，其在减二线泵、减三线泵的应用上，均在相应的操作范围内。并且由于减底泵位于高效工作区域的边缘，使得其在正常负荷下进行装置操作的过程中，均可以满足对应的工控要求。此外，需要注意的是，在实际应用的过程中，应避免加工负荷过低或是加工原料油过轻的问题，以避免其泵脱离高效工作区，使其自身的运行效率与操作稳定性受到影响。

4 结语

综上所述，随着行业的发展，原油的轻质化已经成为了现阶段中石油炼化行业所需面临的主流趋势。为此，便需要结合原油轻质化的特点与需求，从常压系统改造、设备增设、常顶石脑油系统改造、常压塔中段回流取热负荷的提升以及减压系统的改造出发，使常减压整流装置的运行更符合原油轻质化的技术指标。