600萬噸大慶原油常減壓蒸餾裝置

1、目錄一 總論21.1 概述：21.2 文獻(xiàn)綜述21.3設(shè)計任務(wù)依據(jù)31.4 主要原材料31.5其他3二 工藝流程設(shè)計32.1原油的性質(zhì)32.2工藝流程42.3塔器結(jié)構(gòu)62.4環(huán)保措施6三 工藝計算73.1 工藝參數(shù)計算73.2操作條件的確定123.3.蒸餾塔各點溫度的校核(校核應(yīng)自下而上進行)17四 常壓蒸餾塔尺寸計算274.1 塔徑的計算274.2 塔高的計算29五 常壓蒸餾塔的水力學(xué)計算325.1 塔板總壓力降325.2 霧沫夾帶335.3 泄漏345.4 淹塔345.5 降液管負(fù)荷34六 車間布置設(shè)計386.1 車間平面布置方案38參考資料397.結(jié)束語39一 總論 1.1 概述：石油是

2、一個國家經(jīng)濟發(fā)展國家穩(wěn)定的命脈。 在石油、化工生產(chǎn)中，塔設(shè)備是非常重要的設(shè)備之一，塔設(shè)備的性能，對于整個化工和煉油裝置的產(chǎn)品質(zhì)量及其生產(chǎn)能力和消耗額等均有較大影響。據(jù)相光關(guān)資料報道，塔設(shè)備的投資和金屬用量，在整個工藝裝置中均占較大比例，因此塔設(shè)備的設(shè)計和研究，始終受到很大的重視。塔設(shè)備廣泛應(yīng)用于蒸餾、吸收、介吸、萃取、氣體的洗滌、 增濕及冷卻等單元操作中，它的操作性能好壞，對整個裝置的生產(chǎn)，產(chǎn)品產(chǎn)量，質(zhì)量，成本以及環(huán)境保護，“三廢”處理等都有較大的影響。近些年來，國內(nèi)外對它的研究也比較多，但主要是集中在常壓塔的結(jié)構(gòu)和性能方面，例如：如何提高塔的穩(wěn)定性、如何利用理論曲線解決常壓塔在性能方面存在的

3、問題等。在原油的一次加工過程中，常壓蒸餾裝置是每個正規(guī)煉廠都必須具備的，而其核心設(shè)備常壓塔的性能狀況將直接影響煉廠的經(jīng)濟效益，由于在原油加工的第一步中，它可以將原油分割成相應(yīng)的直餾汽油，煤油，輕柴油或重柴油餾分及各種潤滑油餾分等。同時，也為原油的二次加工提供各種原料.在進一步提高輕質(zhì)油的產(chǎn)率或改善產(chǎn)品的質(zhì)量方面，都有著舉足輕重的地位.考慮到常壓塔在實際應(yīng)用方面的價值和意義，如何實現(xiàn)這樣一種最經(jīng)濟、最容易的分離手段，是本次畢業(yè)設(shè)計選題的重要依據(jù)。近年來，由于石油、化工企業(yè)不斷向大型化的生產(chǎn)發(fā)展，因此塔設(shè)備的單臺規(guī)模也隨之增大。例如：有的板式塔的直徑可達(dá)10m以上，塔的總高度可達(dá)到80m，而填料塔

4、更有直徑為15m ,塔高為100m的大塔已經(jīng)投產(chǎn)。應(yīng)當(dāng)指出，設(shè)備大型化后，必須保證它在全負(fù)荷下運轉(zhuǎn)，否則經(jīng)濟損失將是非常巨大的。對于大型設(shè)備的設(shè)計、制造、操作和維修等，應(yīng)提出更高、更嚴(yán)格的要求。常壓塔的研究也趨向于結(jié)構(gòu)材料的探索，提高設(shè)備的使用周期，主要體現(xiàn)在所選擇材料的防腐性和一些防腐材料的研究，同時也著眼于設(shè)備的安去性和環(huán)保性，以上這些都成為了當(dāng)今常壓塔研究的熱門課題。1.2 文獻(xiàn)綜述本設(shè)計是以課程設(shè)計、化工設(shè)計為基礎(chǔ)，以課程中指導(dǎo)老師給出的數(shù)據(jù)為依據(jù)，參考化工原理、化工設(shè)計、石油練制工藝學(xué)；北京石油設(shè)計院編, 石油化工工藝計算圖表, 烴加工出版社，1983年；石油化學(xué)工業(yè)部石油化工規(guī)劃設(shè)

5、計院編，塔的工藝計算，石油工業(yè)出版社， 1977年等資料。采用原油常減壓蒸餾裝置工藝設(shè)計以生產(chǎn)重整原油，煤油，輕柴油，重柴油，重油等產(chǎn)品。所采用的方法是目前國內(nèi)外最實用，最普遍，最成熟的原油加工方法。適用國內(nèi)大中小企業(yè)等使用。1.3設(shè)計任務(wù)依據(jù)所設(shè)計任務(wù)是以指導(dǎo)老師給出的原油數(shù)據(jù)為依據(jù)，以一些權(quán)威書籍為參考，設(shè)計處理量:600萬噸/年,開工：8000小時/年的原油常減壓裝置1.4 主要原材料本設(shè)計主要的原材料主要有大港原油、水、電 。大慶原油，=0.8587；特性因數(shù)k=12.31.5其他本設(shè)計應(yīng)用在一些交通運輸方便，市場需求大的附近。同時，生產(chǎn)過程中應(yīng)與環(huán)境相給合，注重“三廢”的處理，堅持國

6、家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，堅持和諧發(fā)展的道路，與時俱進。同時應(yīng)注意到，廢品只是一種放在待定時間與空間中的原材料，在另一些場所，它們又是一種原材料，因而，在生產(chǎn)過程中，應(yīng)把“三廢”綜合利用。二 工藝流程設(shè)計2.1原油的性質(zhì)石油是一種主要由碳?xì)浠衔锝M成的復(fù)雜混合物。大部分石油是暗色，通常呈黑色、褐色或淺黃色。在常溫下多為流動或半流動的粘稠液體。相對密度在0.80.98之間。大慶原油，=0.8587；特性因數(shù)k=12.32.1.2 原油實沸點蒸餾數(shù)據(jù) 表1 原油實沸點蒸餾數(shù)據(jù)序餾出溫度餾 出, %序餾出溫度餾 出, %序餾出溫度餾 出, %號重體號重體號重體11132.373.28728320.8622

7、.891338539.8042.3521485.586.54830024.0026.131439943.0145.6231808.539.84931827.1129.351541946.1448.79421011.5413.121033530.3132.661646059.1361.65523514.5916.381135333.4935.921750071.3273.48625617.6819.611236436.6839.172.1.3 原油平衡蒸發(fā)數(shù)據(jù) 表2 原油平衡蒸發(fā)數(shù)據(jù)累計餾出, (體)310203040506070平衡蒸發(fā)溫度, 2002372803163483814094362

8、.1.4產(chǎn)品性質(zhì) 表3 產(chǎn) 品 產(chǎn) 率 及 其 性 質(zhì)產(chǎn) 品沸點范圍產(chǎn) 率相對密度恩 氏 蒸 餾 數(shù) 據(jù), 名 稱%(重)初10%30%50%70%90%終重整原料初1304.260.734258879399106118130航空煤油1302309.40.7909142162180192205228243輕 柴 油23032013.50.8406225238255262270288312重 柴 油3203505.70.8450307324329331342359385重 油>35067.20.92002.2工藝流程原油蒸餾中，常見的是三段汽化?，F(xiàn)以目前燃料-潤滑油型煉廠應(yīng)用最為廣泛的初餾

9、-常壓-減壓三段汽化為例，對原油蒸餾工藝流程加以說明，裝置的工藝原則流程圖如下所示。 經(jīng)過預(yù)處理的原油換熱到230240，進入初餾塔，從初餾塔塔頂分出輕汽油或催化重整原料油，其中一部分返回塔頂作頂回流。初餾塔側(cè)線抽出組成與重汽油餾分相似的餾分，經(jīng)換熱后，一部分打入常壓塔中段回流入口處，一部分送回初餾塔做循環(huán)回流。 初餾塔底油（拔頭原油），經(jīng)一系列換熱后，再經(jīng)常壓爐加熱到360370進入常壓塔。常壓塔側(cè)線分別抽出煤油、輕柴油、重柴油、等液相組分，經(jīng)汽提塔提出輕組分，經(jīng)泵升壓，與原油換熱，冷卻送出裝置。 常壓塔底重油又稱常壓渣油，用泵抽出送至減壓爐，加熱至400左右后進入減壓塔。塔頂分出不凝氣和水

10、蒸氣，竟如大氣冷凝器。減壓塔一般設(shè)有45根側(cè)線和對應(yīng)汽提塔，經(jīng)汽提后與原油換熱并冷卻至適當(dāng)溫度送出裝置。圖2-2 原油常減壓蒸餾裝置的工藝原則流程圖2.3塔器結(jié)構(gòu)本裝置的主要塔器包括脫鹽罐，初餾塔，常壓塔，常壓爐、汽提塔，減壓爐，減壓塔等。.2.4環(huán)保措施(1)廢水處理 a.工藝廢水：采用封閉循環(huán)工藝，將生產(chǎn)系統(tǒng)的排放污水經(jīng)過一定處理步驟后，重新送回系統(tǒng)，從而形成一個循環(huán)系統(tǒng)，使排放污水再次被利用。這種工藝不僅可以避免污染，還能減少或杜絕水資源的浪費。(2) 廢氣處理 a.在正常操作條件下，各塔回流罐等容器由氮氣密封，謹(jǐn)防氣體向外泄漏。對于廢氣中有害氣態(tài)物質(zhì)，必須根據(jù)它們的物性或化性的不同而采

11、用不同處理方法。 b.不斷開發(fā)實用清潔能，改進生產(chǎn)設(shè)備，提高機泵設(shè)備和管道設(shè)備的密閉性；積極開展廢氣的回收和綜合利用。(3) 綜合利用，回收有用產(chǎn)品，減少污染物a.增加和完善輕烴回收工藝，對處頂、常頂、減頂?shù)牟荒龤膺M行回收，減少加工損失，降低污染物排放；三 工藝計算3.1 工藝參數(shù)計算表2-3大慶原油常壓分餾產(chǎn)品產(chǎn)率及其性質(zhì)產(chǎn) 品沸點范圍產(chǎn) 率相對密度恩 氏 蒸 餾 數(shù) 據(jù), 名 稱%(重)初10%30%50%70%90%終重整原料初1304.260.710952758496112136150航空煤油1302309.40.7782142162180192205228243輕 柴 油230320

12、13.50.8406225238255262270288312重 柴 油3203505.70.8450307324329331342359385重 油>35067.20.9200計算時，所用到的恩氏蒸餾數(shù)據(jù)未作裂化校正，工程上允許這樣做。3.1.1 油品的性質(zhì)參數(shù)（1）體積平均沸點，t(體)：重整原料：t(體)= 100.6航空煤油：t(體)= = 193.4輕 柴 油：t(體)= =262.6重 柴 油：t(體)= = 337.0（2）恩氏蒸餾9010斜率:重整原料：0.7625/%航空煤油：0.825/%輕 柴 油：0.625/%重 柴 油：0.4375/%（3）質(zhì)量平均沸點，t(重

13、)查石油化工工藝計算圖表（簡稱圖表集）圖2-1，可得質(zhì)量平均沸點校正值，故：重整原料： 校正值=0.8 航空煤油： 校正值=1.8 輕 柴 油： 校正值=1.0 重 柴 油： 校正值=0.3 （4）實分子平均沸點，t(實)由圖表集圖2-1-1可查得體積平均沸點校正值，故：重整原料： 校正值=-3.8 航空煤油： 校正值=-7.8 輕 柴 油： 校正值=-4.9 重 柴 油： 校正值=-3.0 （5）立方平均沸點,t(立)由圖表集圖2-1-1可查得體積平均沸點校正值，故：重整原料： 校正值=-0.9 航空煤油： 校正值=-1.8 輕 柴 油： 校正值=-1.1 重 柴 油： 校正值=-0.8 （

14、6）中平均沸點, t(中):由圖表集圖2-1-1可查得中平均沸點校正值，故：重整原料： 校正值=-2.0 航空煤油： 校正值=-4.8 輕 柴 油： 校正值=-3.2 重 柴 油： 校正值=-1.2 （7）特性因數(shù) k:查石油煉制工藝學(xué)表2-18，可得油品相對密度校正值，故：重整原料： 航空煤油： 輕 柴 油： 重 柴 油： 重 油： 將此結(jié)果列于表3-1：產(chǎn) 品沸點范圍相對密度相對密度名 稱重整原料初1300.71090.7158航空煤油1302300.77820.7828輕 柴 油2303200.84060.8449重 柴 油3203500.84500.8493重 油>3500.92

15、000.9239由圖表集圖2-1-2查得:重整原料：11.82 航空煤油：11.87 輕柴油：11.65 重柴油：12.15 重油：12.0（8）比重指數(shù)： 由圖表集圖2-1-2查得：重整原料：60.2 航空煤油：46.1 輕柴油：36.1 重柴油：35.2 重油：21.5（9）相對分子質(zhì)量 m: 由圖表集圖2-1-2查得:重整原料：96 航空煤油：158 輕柴油：208 重柴油：294 重油：470（10）平衡蒸發(fā)溫度：重整原料恩氏蒸餾1070%斜率=航空煤油恩氏蒸餾1070%斜率=輕柴油恩氏蒸餾1070%斜率=重柴油恩氏蒸餾1070%斜率=由圖表集圖2-2-4查得：重整原料： 平衡蒸發(fā)50

16、%點-恩氏蒸餾50%點=-4航空煤油： 平衡蒸發(fā)50%點-恩氏蒸餾50%點=-3輕柴油： 平衡蒸發(fā)50%點-恩氏蒸餾50%點=7重柴油： 平衡蒸發(fā)50%點-恩氏蒸餾50%點=17由圖表集圖2-2-3可查得：重整原料平衡蒸發(fā)100%溫度為106.2。航空煤油平衡蒸發(fā)0%溫度為165。輕柴油平衡蒸發(fā)0%溫度為249.6。重柴油平衡蒸發(fā)0%溫度為341.9。（11）臨界溫度：查石油煉制工藝學(xué)圖2-25知：表3-2 產(chǎn)品的臨界溫度產(chǎn)品名稱真臨界溫度假臨界溫度重整原料281278航空煤油385382輕 柴 油455442重 柴 油510502 （12）臨界壓力：由石油煉制工藝學(xué)圖2-27和圖2-28查得

17、：表3-3 產(chǎn)品的臨界壓力產(chǎn)品名稱真臨界壓力mpa假臨界壓力mpa重整原料3.1823.150 航空煤油2.2222.273輕 柴 油2.0711.868重 柴 油1.4341.363（13）焦點溫度t： 由圖表集圖2-2-19查得：重整原料：312.0航空煤油：423.0輕 柴 油: 489.0重 柴 油: 520.5（14）焦點壓力p：由圖表集圖2-2-18查得：重整原料：4.6869mpa航空煤油：3.2724mpa輕 柴 油：2.5659mpa重 柴 油：1.6764mpa表3-4 油品的有關(guān)性質(zhì)參數(shù)計算匯總油品名稱密度/比重指數(shù)oapi特性因數(shù)k相對分子質(zhì)量m平衡蒸發(fā)溫度/臨界參數(shù)焦

18、點參數(shù)0%100%溫度/壓力/mpa溫度/壓力/mpa重整原料0.710960.211.8296106.2281.03.182312.04.6869航空煤油0.778246.111.87158165.0385.02.222423.03.2724輕 柴 油0.840636.111.65208249.6455.02.071489.02.5659重 柴 油0.845035.212.15294341.9510.01.434520.51.6764重 油0.920021.512.004703.1.2 產(chǎn)品收率及物料平衡處理量為萬噸/年物料平衡可參考同一原油丶同一產(chǎn)品方案的生產(chǎn)數(shù)據(jù)確定。確定后列出物料平衡表

19、。由于不能取得實標(biāo)生產(chǎn)數(shù)據(jù), 可根據(jù)實沸點數(shù)據(jù)來確定。重整原料（體積）：（4.26/0.7109）/（100/0.8587）100%=5.15%航空煤油（體積）：（9.4/0.7782）/（100/0. 8587）100%=10.37%輕 柴 油（體積）：（13.5/0.8406）/（100/0. 8587）100%=13.79%重 柴 油（體積）：（5.7/0.8450）/（100/0. 8587）100%=5.79% 重油 （體積）：（67.2/0.9200）/（100/0. 8587）100%=62.72%表3-5物料平衡表(按每年開工8000小時計)油 品產(chǎn) 率，%處 理 量 或 產(chǎn)

20、量體積質(zhì)量104t/ykg/hkmol/h原 油100100600750000產(chǎn)品重整原料5.154.2625.631950332.8航空煤油10.379.456.470500446.2輕 柴 油13.7913.581101250486.8重 柴 油5.795.734.242750145.8重油62.7267.2403.25040001072.33.2操作條件的確定3.2.1 汽提蒸汽用量側(cè)線產(chǎn)品及塔底重油都用過熱水蒸汽汽提, 使用的是溫度420, 壓力0.3mpa的過熱水蒸汽。 表4 汽提蒸汽用量(經(jīng)驗值) 參考表4汽提蒸汽量如表5 表5 汽提水蒸汽用量油品,對油kg/hkmol/hkg/h

21、一線煤油32220.8123.38 二線輕柴油22126.3118.13 三線重柴油2.81256.969.83 塔底重油210584588合計16188899.33 塔名稱產(chǎn)品蒸汽用量, , 對產(chǎn)品常壓塔溶劑油1.52.0常壓塔煤油23常壓塔輕柴油23常壓塔重柴油24常壓塔輕潤滑油24常壓塔塔底重油24初餾塔塔底油1.21.5減壓塔中、重潤滑油24減壓塔殘渣燃料油24減壓塔殘渣汽缸油25表7 國內(nèi)某些煉油廠常壓塔塔板數(shù)被分離的餾分東方紅套南京套上海煉廠汽 油煤 油3109煤 油輕柴油996輕柴油重柴油746重柴油裂化原料846最低側(cè)線進料443進料塔底4644.塔板型式和塔板數(shù)石油分餾塔塔板

22、數(shù)主要靠經(jīng)驗選。表6 常壓塔塔板數(shù)國外文獻(xiàn)推薦值被分離的餾分推薦板數(shù)輕汽油重汽油68汽 油煤 油68汽 油柴 油46輕柴油重柴油46進料最低側(cè)線36 汽提段或側(cè)線汽提4注: 也可用填料代替。參照表6與表7選定的塔板數(shù)如下:決定塔板數(shù)重整原料14層(考慮一線生產(chǎn)航煤)航空煤油12層輕 柴 油10層重 柴 油4層塔底汽提段4層全塔用兩個中段回流, 每個用3層換熱塔板共6層, 全塔塔板總數(shù)為50層3.2.2操作壓力取塔頂產(chǎn)品罐壓力為: 0.131mpa。塔頂采用兩級冷凝冷卻流程圖。取塔頂空冷器壓力降為0.01mpa, 使用一個管殼式后冷器, 殼程壓力降取0.0171mpa, 故塔頂壓力=0.13+0

23、.01+0.017=0.1571mpa (絕)。取每層浮閥塔板壓力降為0.00051mpa (4mmhg), 則推算常壓塔各關(guān)鍵部位的壓力如下: (單位為mpa)塔頂壓力 0.1571一線抽出板(第14層)上壓力 0.1637二線抽出板(第29層)上壓力 0.1714三線抽出板(第42層)上壓力 0.1780汽化段壓力(第46層下) 0.1806取轉(zhuǎn)油線壓力降為0.035mpa,則加熱爐出口壓力=0.1806+0.035=0.2156mpa3.2.3 汽化段溫度（1）汽化段中進料的汽化率與過汽化率(原油相對密度)取過汽化率為進料的2(質(zhì))(經(jīng)驗值為24)或2.03(體), 則過汽化油量為787

24、5002.0%=15750kg/h, 要求進料在汽化段的汽化率為:ef=(5.15+10.37+13.79+5.79+2.03)=37.13(體)( 2）汽化段油氣分壓汽化段中各物料的流量如下：重整原料 332.8kmol/h航空煤油 446.2kmol/h輕 柴 油 486.8kmol/h重 柴 油 145.8kmol/h過汽化油 =52.5kmol/h(假定過汽化油分子量為300)油汽量合計 1464.1kmol/h水 蒸 汽 588kmol/h(塔底汽提)由此計算得汽化段的油氣分壓為：（3）汽化段溫度的初步求定分別根據(jù)表1和表2的數(shù)據(jù)作出原油的實沸點蒸餾曲線和平衡汽化曲線，如下圖所示。汽

25、化段溫度應(yīng)該是在汽化段油氣分壓0.1289mpa之下汽化37.13(體)的溫度,為此需要作出在0.1289mpa下的原油平衡汽化曲線, 見上圖中的曲線4。在不具備原油的臨界參數(shù)與焦點參數(shù)而無法作出原油的p-t-e相圖的情況下,曲線4可用簡化法求定: 由上圖中曲線1與曲線2可得到原油在常壓下的實沸點曲線與平衡汽化曲線的交點為306。通過蒸氣壓圖表3-1，將此交點溫度換算成在0.1289mpa壓力下的溫度為318。過該交點作垂直于橫座標(biāo)的直線a, 在a線上找到318之點, 過此點作平行于原油常壓平衡汽化曲線2的線4, 即為原油在0.1292mpa下的平衡汽化曲線。由曲線4可查得當(dāng)ef為37.13(體)時的溫度為353, 此即欲求的汽化段溫度tf。此tf是由相平衡關(guān)系求得, 還需對它進行校核。（4）tf的校核校核的目的是看tf要求下的加熱爐出口溫度是否合理。校核的方法是作絕熱閃蒸過程的熱平衡計算以求得爐出口溫度。當(dāng)汽化率ef=37.13(體), tf=353, 按石油化工工藝計算圖表圖4-3-57 查得各油品的熱焓,.進料在汽化段中的焓hf計算如表3-8所示。物料焓，kj/kg熱量，kj/h汽相液相重整原料1166航空煤油1159輕 柴 油1136 重