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1、摘 要减压塔根据生产任务的不同可以分为润滑油型和燃料油型两种。本次设计参考川中原油的基本性质，川中原油属于低硫石蜡基原油，其特点是高含蜡，高凝点，沥青质含量不高，胶质高，直馏汽油辛烷值低，柴油十六烷值高，是制润滑油的好原料。根据市场对产品的需求、经济效益等方面的因素，川中原油的加工采用了润滑油型加工方案。本次设计根据任务书的要求，参照川中原油的常减压蒸馏的部分操作数据，设计完成一座年处理量为200万吨的减压蒸馏装置，设计的主要内容包括：工艺设计；塔体设计；接管、抽真空系统及加热炉负荷的计算。关键词：原油；减压塔；抽真空系统；加热炉负荷ABSTRACTAccording to different
2、 production tasks, vacuum tower can be divided into two kinds of type: Lubricant type and Fuel type. The design references the basic nature of Chuanzhong crude oil. It belongs to sweet paraffinic crude oil, which is characterized by high wax, high pour point, lower asphaltene content, high resin con
3、tent, low octane of straight-run gasoline, high diesel cetane number, is good raw materials for Lubricating oil. According to market demand for products, economic and other factors, the processing of Chuanzhong crude oil adopt Lubricant type processing program.The design according to the requirement
4、s of the mission statement, reference to similar atmospheric and vacuum distillation of crude oil part of the operating data, design an annual handling capacity of 200 thousand tons of vacuum distillation unit, main contents of design include: process design; tower design; calculation of connector p
5、ipe; calculation of vacuum system; furnace loadKey words: crude oil; vacuum tower calculations; vacuum systems; heating load.目录1 绪 论11.1设计背景11.2技术应用与发展现状11.3 装置设备的考虑因素21.4 润滑油型减压塔的工艺特征32 减压塔的工艺计算42.1设计数据42.2 减压塔工艺计算42.2.1 汽提蒸汽用量52.2.2 塔板形式和塔板数52.3 全塔气液负荷的计算62.3.1 全塔热量平衡计算62.3.2减压五线塔板上的气液负荷72.3.3减压四线
6、塔板上的气液负荷82.3.4减压三线塔板上的气液负荷92.3.5 减压二线塔板上的气液负荷102.3.6减压一线塔板上的气液负荷112.3.7二中抽出板上的气液负荷122.3.8二中回流板上的气液负荷132.3.9一中抽出板上的气液负荷142.3.10一中回流板上的气液荷152.4 中段循环回流量162.5全塔气液负荷性能图162.6 结构计算的相关参数172.7 塔径计算172.8 溢流装置的确定182.9 塔板形式、浮阀数目及排列182.10 流体力学验算202.11 塔板负荷性能图222.12 减压塔上下两段缩径的确定242.13 塔体设计252.14 接管计算253 抽真空系统293.
7、1 蒸汽喷射器的工作原理293.2 蒸汽喷射器结构参数的确定293.2.1级数的确定293.2.2各级压缩比的确定293.2.4漏入空气量G2303.2.5油气量G3303.2.6带入水汽量G4313.2.7工作蒸汽用量GS313.3 喷射泵的结构尺寸计算324 加热炉负荷计算354.1 进加热炉的热量Q1354.2 出加热炉的热量Q2354.3 加热炉负荷Q355设计结果总结36致 谢38参考文献39200万吨/年原油减压蒸馏装置初步设计1 绪 论1.1设计背景石油又称原油，是从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体。全球石油石化工业的大规模形成和发展是在20 世纪。在1910年以前，石油加工工艺
8、仅是常压蒸馏，产品也只是照明用的煤油。随着汽车工业的发展，1910到1920年10年间，汽油成了主要的石油产品，促进了裂化工艺的发展。后来，石油加工工艺从热加工拓展到催化加工，进而发展到深度加工，形成了一个结构复杂、规模庞大的石油加工工艺技术体系。而我国石油工业经过50年来的发展，到21世纪的初期，已经形成281Mt/a的原油加工能力，生产的汽油、煤油、柴油、润滑油等石油产品基本满足的国民经济的发展和人民生活的需要。但是，进入21世纪，特别是我国成为世界贸易组织的正式成员后，按照市场准入、关税减让的相关壁垒协议，国内成品油市场将逐渐融入国际市场，不可避免的要参与世界贸易大环境下的竞争，基本依靠
9、自有技术发展起来的我国炼油工业面临着严峻挑战，因此中国炼油行业必须加快科技创新步伐，努力提高企业竞争力2。原油中重馏分沸点约370535，在常压下要蒸馏出这些馏分，需要加热到420以上。而在此温度下,重馏分会发生一定程度的裂化。因此,通常在常压蒸馏后再进行减压蒸馏。在约28kPa的绝对压力下，使原料油在不发生明显裂化反应的温度下蒸馏出重组分。减压蒸馏可分为润滑油型和燃料油型两类。前者各馏分的分离精度要求较高，塔板数2426；后者要求不高，塔板数1517。减压塔的目的是获取原油中大于350的馏分，常压下这些高沸点馏分会发在高温分解，不能通过常压蒸馏获得。减压塔基本要求：（a）尽量提高拔出率: 因
10、为馏分油的残碳值较低、重金属含量很少，更适宜于制备润滑油和作为裂化原料。（b）避免油品分解：这是减压塔工作的前提。目前，我国将石油产品分为染料、润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、溶剂和化工原料六大类。1.2技术应用与发展现状(1)使用链系统控制方法对减压塔进行质量控制通过对复杂的减压塔系统模型动态分段，控制作用逐级传递到受控输出，使整个减压塔的质量控制体系更加具有适应性和稳定性，因此对提高产品的质量产生了重大的意义。由于整个系统在设计时预估和控制仅依赖局部信息，当局部发生故障时，不至于过多地降低全局性能，从而使整个减压塔质量控制自动化设备有了更高的可靠性。(2)采用“微湿式”减压蒸馏技术传统的
11、湿式减压蒸馏技术，能耗较高，并产生大量含油污水。采用“微湿式”减压蒸馏技术(即装置工艺流程只在减压炉对流段与辐射段炉管之间注入少量中压蒸汽，减压塔不设汽提部分)，有利于提高减压拔出率，同时也有效降低了塔底汽提蒸汽量，减少了塔顶冷凝器冷却水用量，实现了能耗的降低4。(3)采用化工系统工程规划方法，节能降耗原油蒸馏是石油炼制厂中能耗最大的过程，近年来各炼油厂多采用化工系统工程规划方法，使热量利用更为合理。同时，利用计算机控制加热炉燃烧时的空气用量以及回收利用烟气余热，可使装置能耗显著降低。常减压蒸馏装置的耗电设备主要是机泵、风机, 降低电耗的关键是提高设备效率，通过优化资源配置和调整产品加工方案,
12、 从而实现节能降耗的目标5。由于国内外原油日益变重，因此如何采用新技术来提高拔出率得到较多的直馏馏分油已受到国内外炼油工作者的重视。国外一些公司对减压深拔技术进行了大量较为深入的研究并拥有了一些专利技术或专有技术。近年来我国在常减压蒸馏装置的设计和改造工程中，都尽可能采用减压深拔技术以提高常减压蒸馏的总拔出率，使原油得到更充分、更有效的利用以提高经济效益。1.3 装置设备的考虑因素塔设备是化工、炼油、医药、食品等工业部门中的一种重要的单元操作设备。它的性能对于整个流程的产品产量、生产能力和消耗定额以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。据有关材料显示，塔的投资费用占整个工艺设备投资费
13、用的较大比例，所消耗的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，对塔的设计和研究是十分重要及必要的。塔设备的基本功能是提供气（汽）液传质的场所，使气（汽）液两相能充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为了满足大规模工业生产的需要，塔设备还应考虑下列的几项要求：(1)生产能力大，即在较大的气、液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或者液泛等破坏正常操作的现象；(2)操作稳定、操作弹性大，塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期连续操作；(3)流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小，这将有助于节省生产中的动力消耗，从而降低经常操作费用，对
14、于减压蒸馏操作，较大的压力降还会导致系统无法维持必要的真空度；(4)结构简单、材料用量少、制造容易，这可以减少基建过程中的投资费用；(5)耐腐蚀和不易堵塞，方便操作和检修6。1.4 润滑油型减压塔的工艺特征根据生产任务的不同，减压塔可分为润滑油型和燃料型两种。润滑油型减压塔的任务是为后续的加工过程提供润滑油原料，它的分离效果的优劣，直接影响着其后的加工过程和润滑油产品的质量。从蒸馏过程本身来说，对润滑油原料的要求主要是粘度适合、残炭值低、色度好，在一定程度上也要求流程窄。因此对润滑油型减压塔分离精确度的要求与常压蒸馏塔差不多，故它的设计计算也与常压塔类似。但由于减压下馏分之间的相对挥发度较大，
15、而且减压塔内采用较大的板间距，故两个侧线之间的塔板数比常压塔少。减压塔各点的温度条件的求定方法按理应与常压塔相同，但是在减压塔中，内回流对油气分压的作用难以确定，因此，对减压塔的温度条件常按如下经验来求定。侧线温度取抽出板上总压的30%50%作为油气分压计算该分压下侧线采出品的泡点；塔顶温度是不凝气和水蒸气离开塔顶时的温度，一般比塔顶循环回流进塔温度高出约2840；塔底温度通常比汽化段温度低约510，但也有多达摄氏十几度的特殊情况3。2 减压塔的工艺计算2.1设计数据年处理量为200万吨川中原油的减压蒸馏装置，初步确定五线抽出产品，油品性质数据见表2.1。表2.1 油品性质油品收率（%）密度2
16、0比重指数API特性因子K分子量M体积重量减顶油0.440.410.830138.1412.6350减一线油9.749.160.841235.9212.2310减二线油15.0514.360.854033.2412.3380减三线油11.0110.750.873529.7512.5480减四线油4.814.720.877928.9512.6490减五线油2.742.700.880728.4412.4520减渣油56.2057.810.920321.5912.4620常压重油1001000.896725.612.55002.2 减压塔工艺计算产品收率和物料平衡按大庆减压蒸馏生产数据及方案确定，见
17、表2.2。表2.2 物料平衡表（300天/年）油品产率（%）处理量或流率体积百分数重量百分数万吨/年kg/hKmol/h常压重油100100200277778555.54产品减顶油0.440.410.8211393.67减一线油9.749.1618.322544482.08减二线油15.0514.3628.7239889104.97减三线油11.0110.7521.502986162.21减四线油4.814.729.441311126.77减五线油2.742.705.4750014.42减渣油56.2057.81115.62160583259.012.2.1 汽提蒸汽用量根据川中原油减压装置的
18、生产经验取值，各侧线产品及减渣油均采用过热水蒸汽汽提，使用温度为400，压力为0.4MPa的过热水蒸汽，具体见表2.3。表2.3 汽提水蒸汽用量油品相对产品的百分数（%）蒸汽量（kg/h）减二线油2.3917减三线油2.4717减四线油2.5328减五线油2.6195减渣油2.23533合计-56902.2.2 塔板形式和塔板数根据国内减压塔一般设计经验，本次设计选用了具有生产能力大、塔板效率高、操作弹性大、压降及液面落差小、造价低等优点的浮阀塔板，内装矩鞍环填料。图2.1减压塔简图选定各段塔板数如下，具体分布见图2.1：塔顶减一线 1层减一线减二线 6层减二线减三线 5层减三线减四线 6层减
19、四线减五线 3层塔底汽提段 4层2.3 全塔气液负荷的计算2.3.1 全塔热量平衡计算根据同类原油的生产数据，结合本次设计的要求，并由参考文献10查得此温度下的焓，对全塔的热量平衡计算见表2.4表2.4 全塔热量平衡物料流率kg/h密度20温度焓kcal/kg热量kcal/h(106)气相液相入方进料2777780.896739326072.223气提蒸汽56904007804.438内回流合计28346876.661出方减顶油11390.8301601180.134一线油254440.841213076.51.946二线油398890.8540261159.76.370三线油298610.8
20、735340218.76.531四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.747减渣油1605830.920337323637.898水蒸气5690606183.516内回流合计28321761.165损失量为：283468-283217=251 kg/h，收率： 283217/283468=99.91%，取一线回流比为2.2，则塔顶回流量为：L0=254442.2=55976 kg/h一线回流取热：Q0=55976(H130-H50)= 55976(76.5-31)=2.547106 kcal/h全塔回流热由热量平衡得出：Q=(76.661-
21、61.165)106=15.496106 kcal/h一线回流热占全塔回流热的百分数为： 取一中回流热占全塔回流热的38%，二中回流热占45.5%，则有：QC1=15.4961060.38=5.89106 kcal/hQC2=15.4961060.455=7.05106 kcal/h2.3.2减压五线塔板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献10查得此温度下的焓，列于表2.5中：（取一小时为单位时间）表2.5五线抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度20温度焓kcal/kg热量kcal/h(106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提
22、蒸汽35334007802.756内回流L0.878353226226L合计281311+L74.978+226L出方减顶油11390.83013602840.323一线油254440.84123602767.022二线油398890.854036027711.049三线油298610.87353602788.301四线油131110.87793542803.671续表2.5出方五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.898水蒸气35333607632.696内回流L0.878360278278L合计281060+L72.708+278L
23、由热量平衡得：74.978106+226L=72.708106+278L；可得：L=43654 kg/h则减五线板上的汽相总量为：V21=1139+25444+39889+29861+13111+3533+43654=156.63103 kg/h则减五线板上的液相总量为：L21=43654 kg/h2.3.3减压四线塔板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献10查得此温度下的焓，列于表2.6中：（取一小时为单位时间）表2.6四线抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度20温度焓kcal/kg热量kcal/h(106)气相液相入方进料2777780.8967393260
24、72.222气提蒸汽37284007802.908内回流L0.878347226226L合计281506+L75.13+226L出方减顶油11390.83013542840.323一线油254440.84123542767.022二线油398890.854035427711.049三线油298610.87353542788.301四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.898水蒸气37283547632.844内回流L0.875354278278L合计281255+L72.214+278L
25、由热量平衡得：75.13106+226L=72.214106+278L；可得：L=56077 kg/h则减四线板上的汽相总量为：V18=1139+25444+39889+29861+3728+56077=156.138103 kg/h则减四线板上的液相总量为：L18=56077 kg/h2.3.4减压三线塔板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献10查得此温度下的焓，列于表2.7中：（取一小时为单位时间）表2.7三线抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度20温度焓kcal/kg热量kcal/h(106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222
26、气提蒸汽40564007803.164内回流L0.878333217217L合计281834+L75.386+217L出方减顶油11390.83013402700.308一线油254440.84123402636.692二线油398890.854034026210.451三线油298610.8735340218.76.531四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.898水蒸气4056340753.53.056内回流L0.875340263263L合计281583+L69.713+263L由
27、热量平衡得：75.386106+217L=69.713106+263L；可得：L=123326 kg/h则减三线板上的汽相总量为：V12=1139+25444+39889+4056+123326=193.854103 kg/h则减三线板上的液相总量为：L12=123326 kg/h2.3.5 减压二线塔板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献10查得此温度下的焓，列于表2.8中：（取一小时为单位时间）表2.8二线抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度20温度焓kcal/kg热量kcal/h(106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提
28、蒸汽47734007803.723内回流L0.878254157157L合计282551+L75.945+157L出方减顶油11390.83012612180.248一线油254440.84122612125.394二线油398890.8540261159.76.370三线油298610.8735340218.76.531四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.898水蒸气47732617153.413内回流L0.875261214214L合计282300+L64.631+214L由热量平
29、衡得：75.945106+157L=64.631106+214L+7.05106；可得：L=74807 kg/h则减二线板上的汽相总量为：V7=1139+25444+4773+74807=106.163103 kg/h则减二线板上的液相总量为：L7=74807 kg/h2.3.6减压一线塔板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献10查得此温度下的焓，列于表2.9中：（取一小时为单位时间）表2.9一线抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度20温度焓kcal/kg热量kcal/h(106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽56904
30、007804.438内回流L0.8781237575L合计283468+L76.66+75L出方减顶油11390.83011301420.162一线油254440.841213076.51.946二线油398890.8540261159.76.370三线油298610.8735340218.76.531四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.898水蒸气5690130653.43.718内回流L0.875130143143L合计283217+L61.402+143L由热量平衡得：76.66
31、106+75L=61.402106+143L+12.636106；可得：L=38559 kg/h则减一线板上的汽相总量为：V1=1139+5690+38559=45.388103 kg/h则减一线板上的液相总量为：L1=38559 kg/h2.3.7二中抽出板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献10查得此温度下的焓，列于表2.10中：（取一小时为单位时间）表2.10二中抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度20温度焓kcal/Kg热量kcal/h(106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽47734007803.723内回流L
32、0.874279170170L合计282551+L75.945+170L出方减顶油11390.83012852310.263一线油254440.84122852305.852二线油398890.85402852299.135三线油298610.87352852276.778四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.897水蒸气47731307263.465内回流L0.874130227227L合计282300+L68.167+227L由热量平衡得：75.974106+170L=68.1671
33、06+227L；可得：L=136965 kg/h则二中抽出板上的汽相总量为：V14=1139+25444+39889+29861+4773+136965=238.071103 kg/h则二中抽出板上的液相总量为：L14=136965 kg/h2.3.8二中回流板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献10查得此温度下的焓，列于表2.11中：（取一小时为单位时间）表2.11二中回流板上的气液平衡物料流率kg/h密度20温度焓kcal/kg热量kcal/h(106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽47734007803.723内回流
34、L0.871266165165L合计282551+L75.945+165L出方减顶油11390.83012722260.257一线油254440.84122722255.724二线油398890.85402722248.935三线油298610.87352722226.629四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.747减渣油1605830.920337323637.897水蒸气47731307204.685内回流L0.871130222222L合计282300+L67.993+222L 由热量平衡得：75.945106+165L=67.99
35、3106+222L+7.05106；可得：L=15825 kg/h则二中回流板上的汽相总量为：V13=1139+25444+39889+29861+4773+15825=116.931103 kg/h则二中回流板上的液相总量为：L13=15825 kg/h2.3.9一中抽出板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献10查得此温度下的焓，列于表2.12中：（取一小时为单位时间）表2.12 一中抽出板上的气液平衡物料流率Kg/h密度20温度焓Kcal/Kg热量Kcal/h(106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽5690400780
36、4.438内回流L0.843175104104L合计283468+L76.66+104L出方减顶油11390.83011932260.257一线油254440.84121932255.724二线油398890.8540261159.76.370三线油298610.8735340218.76.531四线油131110.87793542313.028五线油75000.88073602331.747减渣油1605830.920337323637.897水蒸气56901936833.886内回流L0.843193175175L合计283217+L65.44+175L由热量平衡得：76.66106+10
37、4L=65.44106+175L+7.05106；可得：L=58732 kg/h则一中抽出板上的汽相总量为：V4=1139+25444+5690+58732=91.005103 kg/h则一中抽出板上的液相总量为：L=58732 kg/h2.3.10一中回流板上的气液荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献10查得此温度下的焓,列于表2.13中：（取一小时为单位时间）表2.13 一中回流板上的气液平衡物料流率Kg/h密度20温度焓Kcal/Kg热量Kcal/h(106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽56904007804.438内回流L
38、0.8421609595L合计283468+L76.66+95L出方减顶油11390.83011701640.186一线油254440.84121701634.147二线油398890.8540261159.76.370三线油298610.8735340218.76.531四线油131110.87793542313.028五线油75000.88073602331.747减渣油1605830.920337323637.897水蒸气5690193672.53.826内回流L0.842193163163L合计283217+L63.732+163L 由热量平衡得：76.66106+95L=63.732
39、106+163L+12.636106可得：L=4294Kg/h则一中回流板上的汽相总量为：V2=1139+25444+5690+4294=36.567103Kg/h则一中回流板上的液相总量为：L2=4294Kg/h2.4 中段循环回流量(1)一中回流流量 进塔温度：t进=145 出塔温度：t出=193 420=0.842查焓图得：H145=83Kcal/Kg； H193=174Kcal/Kg又有，一中回流热QC1=LC1(H193-H145)得LC1=64725Kg/h(2).二中回流流量 进塔温度：t进=190 出塔温度：t出=232 420=0.871查焓图得：H190=105Kcal/Kg；
