中国常减压蒸馏装置的主要问题和应对措施

凌逸群

中石化公司炼化部门，北京 100029

1 引言

虽然在过去的几十年里,中国的直流催化裂化技术已取得了突飞猛进的成就,将来加氢处理,加氢裂化,加氢精制,催化重整技术也将随着环境规则的越来越严格,汽油、柴油燃料标准的越来越精确而经历飞速的发展。尽管如此，常减压蒸馏装置作为原油加工的第一道工序有着非常大的处理能力，它影响着炼油厂的工艺流程，对经济效益也有着重要影响。最近几年，随着实用技术和高效设备的发展及应用，关于常减压塔操作的问题引起了高度重视。

2 生产和操作上的主要问题

到2001年底，中石化拥有的48套常减压蒸馏装置，其总设计处理量为139百万吨，包括一个8百万的装置，六个5百万吨的装置，14个3-4百万吨的装置和一些处理量少于3百万吨的装置。47套蒸馏装置是在2001年开始运行的并以平均72.7%的负荷率加工了总共104.42百万吨的原油。目前，在蒸馏装置的操作上存在四个主要问题。

2．1 总能量消耗量较高

总能量消耗量是常减压蒸馏装置的一个重要的经济技术困难。2001年中石化的蒸馏装置的总能量消耗量是11.85千克SOE/吨（包括荒废的减压蒸馏装置的能量消耗），变化范围在10.47到16.41千克/吨，与国外先进装置的能量消耗水平相比，中国总的能量消耗量更高些，这种现象的原因归咎于以下几个方面。

2．1．1 小型装置检修率低

国外独立蒸馏装置的处理量一般在5百万吨/年到1千万吨/年，这些装置的维修率超过85%，在2001年，中石化的独立蒸馏装置的平均处理能力在290万吨/年，其平均负荷率为72.7%，导致了更高的原料和能量消耗。

2．1．2 加热炉燃料消耗量高

常减压蒸馏装置中加热炉的燃料消耗量占蒸馏装置总燃料消耗量的70% 以上。加热炉的燃料消耗量过高是造成常减压蒸馏装置总消耗量高的主要原因。

在生产和操作方面的两个主要问题会导致加热炉燃料消耗量高，蒸馏装置的总能量消耗量也高。

（1） 加热炉热效率低

以54个加热热效率的平均比重来说，中石化的24个常减压装置的热效率为88.1%，然而实际上，热效率才达到85.2%，比近期少了3个百分点，总体上说，国外加热炉的热效率超过90%，最多的可达到94%。加热炉热效率低的主要原因是：

● 烟道气的温度过高

导致烟道气温度过高的主要原因是：炉管上的灰沉积，盐沉积和污垢，空气的余热效率低，热回收系统的设计参数不恰当。

● 烟道气中的氧含量高

空气流速按需要调整的不精确和空气漏进加热炉都会导致烟道气中氧含量过高。

● 辐射管和对流管表面灰沉积严重

烟气吹扫的效率低下，执行缓慢是不可控制的，另一方面，加热炉燃料油质量恶化，杂质增加。混合着直流催化裂化淤浆油的燃料油燃烧时，其中的硫和盐增加了灰沉积的趋势。

● 露点温度低增加了腐蚀情况的发生

过去几年里，随着原油逐年加重，炼厂中原油加工深度的逐渐加大，炼厂气中的硫含量和燃烧自己生产的燃料油的情况也逐渐增加，导致了烟道气中SO2和SO3的含量也逐渐增加。据调查，烟道气中的最大硫含量已达到1266ppm，会使加热炉的低温部位发生低温腐蚀。

● 已经破损的加热炉的不恰当的维修和加热炉的维护与处理

加热炉炉体老化和炉体部分过热，加热炉的仪表失灵或出现故障，加热炉的维修系统缓慢都将使加热炉的热效率降低。

（2） 原油热交换后的终温较低

明确原油拔出率后，原油热交换后的终温越高，常压加热炉的热负荷就能减少并大幅度减少加热炉的燃料消耗。通过优化换热流程，换热后终温由230-240℃上升到285-310℃。

常压加热炉燃料消耗效率能减少36%-48%。因此，不可避免的，原油热交换终温对加热炉燃料消耗有重大影响，2001年，中石化的43套常减压蒸馏装置中只有总数35%的装置，它们的原油换热终温高于290℃。

原油换热终温受很多因素的影响，包括原油性质，拔出深度，常减压塔之间的热带出率，原油换热的电脑程序，原油换热类型和工作条件。在中石化造成原油热交换终温下降的主要原因如下：

● 原油的换热程序不是最优的。

● 原油热交换的效率低。

● 常减压塔的热带出率不合理。

● 原油性质和对产品的严格性发生了重大变化。

2．1．3 蒸馏装置的高能量消耗

电力消耗占常减压蒸馏装置能量消耗的15% ，而且电力消耗在整个装置总能量消耗中排到了第二位。

到2001年，中石化的43套常减压装置中，有65%的装置的电力消耗少于7千瓦吨/吨，而且据统计:28%的装置的电力消耗高于8千瓦时/吨，而且28%的装置的物消耗高于8千瓦时/吨,在电力消耗上的不同是很明显的。

加工同种原油时,常压装置的负荷率是影响电力消耗的主要因素,装置负荷率越低,装置的电力消耗越高。

2．2 低分馏精确度和减压塔拔出率

2．2．1 分馏精确度

侧线分馏精确度在润滑油产品生产储备时是非常重要的。足够的分离精确度能保证减压塔侧线的“窄沸程和浅颜色”,而且第一个馏分馏出体积为90% 时的温度与第二个馏分馏出5%体积时的温度不应该超过10℃。目前,分馏精确度还未引起应当受到的重视,关于常压塔侧线的分离,常压塔塔顶和一侧线间的分馏精确度,第二和第三侧线之间的分馏精确度,常压塔拔出率都需受到重视。

当常压塔塔顶馏分用作重整原料时,塔顶馏分和第一侧线产品之间的分馏精确度高,具有相当可观的经济效益。重整原料中重组分过多可能导致重整催化剂上积炭增加;减少催化剂活性,导致固定床一半再生重整装置的运转周期减短。目前,高达40% 的常压塔塔顶馏分和第一侧线的蒸馏温度重叠超过10℃。

第二侧线产品可以直接作为已完成的柴油燃料的调和组分或作为柴油加氢处理的原料,当第三侧线产品用来作加氢裂化或直流催化裂化原料时,从柴油产率增加和减少生产费用角度看,常压塔二,三侧线之间的分馏精确度越高越有利。目前,大多数蒸馏装置表明:常压塔第二侧线和第三侧线产品的恩氏蒸馏馏程的重叠大于15℃,而TBP的重叠部分超过25℃。

常压塔拔出率的增加有利于减压蒸馏塔拔出率的增加,常压蒸馏塔中渣油(重油)的收率是计算常压塔拔出率的重要指标。

2．2．2 减压蒸馏拔出率

与国外蒸馏装置相比较,我国常减压蒸馏工艺的主要差距之处在于减压蒸馏拔出率低。既然直流催化裂化是馏分油深加工的主要工艺流程装置,那么减压蒸馏深拔对提高直流催化裂化原料能起到很大作用。在国外,加工轻原油,如布伦特原油,或含硫阿拉伯轻原油,切割温度可以达到706.6-593.3℃。

对于确定的原油来说,减压塔顶汽化段的温度和压力是影响减压塔拔出率的两个重要因素。减压塔维护是减压塔拔出率低的主要原因。

气化段压力降低可以增加间压塔拔出率,在一定的汽化段温度下,操作压力从13.33kpa减小到2.0kpa。阿拉伯重油的减压渣油产率能从37%到25%,减少了12%。汽化部分压力的降低受到总压降(即汽化部分到塔顶)和减压塔塔顶的限制。国外先进设备能实现汽化部分为1.33-2.0kpa。中石化的调查数据表明:一般说来,减压蒸馏的装置汽化部分正常工作时的操作压力为7.64MPa。

减压拔出率随着汽化段温度的升高而升高。尽管如此,气化段温度的升高受到加热炉中的焦化和高温原料会过度裂化两个条件的限制。汽化段在固定压力下,生产燃料型的炼厂可以最大限度的提高汽化段的温度,因为在加热炉中不会发生焦化和过度裂化,在中石化的炼厂中汽化段的温度范围高温端约为390-392℃,低温端约为360-365℃。

2．3 电脱盐装置的非理想操作和控制

电脱盐装置不仅仅是一种防腐措施,它以其成熟的脱盐,脱水,脱重金属技术成为一种重要的原油预处理过程,为下游装置提供质量良好的原料。中石化的精炼部门在2002年2月对石化公司做了一个关于原油脱盐装置的调查。实现44%电脱盐的原油含盐超过3mg/l,而实现17%电脱盐的原油含有超过5mg/l的盐。造成电脱盐非理想操作条件的主要原因如下:

破乳剂slste和处理水平不会有规律地随着原油slate的改变而作出回应,导致了反乳化作用和脱盐效果降低。

电脱盐装置的操作没有随着原油slate(的要求)和物料通过率的改变而改变。

与常减压蒸馏装置的扩大相比,电脱盐装置的能力没有扩大,导致原油在脱盐时的线速度变高,停留时间缩短。

处理能力变慢会使脱盐污水中盐含量的分析和检验不合格,在常减压蒸馏装置中原油的盐含量没有被作为一个重要的过程参数被仔细考虑。

2．4 加工含硫原油的适应性质

与进口原油相比我国内陆原油较重些,含蜡,低硫,为加工内陆原油而设计的常减压蒸馏装置很难适应加工含硫原油。最近几年,进口原油量随着国内蒸馏能力的增加而增加了。同时,国内原油的硫含量也有明显的上升趋势(如胜利原油,华北原油),国内蒸馏装置的适应能力低也成为了一个有压迫性的议题。2001年中石化常减压蒸馏装置出现了7次非计划停工，总共持续了36天,原因是:原油中硫含量增加导致设备发生了腐蚀。

3 采取的主要应对措施

3．1 不遗余力地保存能量减少消耗

炼厂中常减压蒸馏装置是主要消耗能量的装置之一,该装置消耗的能量占总能量消耗的13%-15%,在其他装置中能排到第二位。因此,蒸馏装置的能量消耗减少将对炼厂的能量保护有重大影响,并减少原材料消耗。

3．1．1 减少燃料消耗

(1)提高加热炉热效率

提高加热炉热效率能有效地减少加热炉燃料消耗,为了解决加热炉操作中存在的问题,采用以下措施：

有必要提高加热设备的现有情况以提高机械的可利用性。注重修理和维护加热炉和辅助设备。对烟道气热效率系统,吹扫(灰尘)系统,燃料烧嘴,炉体内表面,炉体的空气严密度和计算控制设备也应予以受到重视,应用些先进的高效的设备使加热炉的工作负荷要求。

提高燃烧的加热炉的操作水平是非常必要的,先进的操作控制参数(如烟道气温度和烟道气中的氧含量)和可靠的操作方法都应根据由中石化所编导的«管式加热炉操作处理系统»中的规定来确定。因该采用通过DCS系统来控制加热炉以提高对燃烧着的加热炉的操作水平。

应该加强对燃烧的加热炉的职业操作,有必要建立一个针对加热炉燃料中的硫含量的每日检查和处理系统以避免因为燃料中杂质含量引起的烟道气的露点腐蚀。

有必要控制一个合理的烟道气出口的温度以扩大空气预热循环的操作。

(2)热交换存在下提高原油终温

先进的过程设计,高效的热交换设备,和优化操作控制都能有效地提高原油热交换后的终温,并减少常压加热炉的能量消耗,过去几年里,由于微量分析软件的传播应用,原油热交换的设计水平已经有了很大的提高。

因为热流潜在的温度和流率将随着原油的重大改变和产品的调整而改变,所以应该在原油一次次试探性的减少流量时使用这种微量分析控制技术来检测产品质量,以便调整换热程序,从而达到提高原油热交换终温的目的。

应该使用高效换热器以提高热传递效率。目前,许多新颖的换热器,如螺旋式换热器,转动流换热器,双弓型盘式热交换器,波纹状的管式热交换器都出现了unitermittently。高效热交换器的应用是一种低投资,高效益的提高原油换热终温的方法。

应该优化常减压蒸馏塔的应用,在保证各侧线高温热泵耗热率的前提下,减少通过冷浇热备所废弃的热就能有效地提高原油热交换终温。

防污染技术应该被广泛传播。目前,常减压蒸馏装置的运转周期不断延长,随着运转周期的延长,原油热交换器中的污垢并发生规模再生之前,在设备启动的最初阶段注入防污剂。

3．1．2 减少装置的电力消耗

常减压蒸馏装置中的泵式主要的电力消耗设备,减少电力消耗的关键是提高泵和电机的效率使他们在高效操作区域运行。

增加负荷时必要的,但要避免“大马拉小车”,这是电力消耗高的主要的确切的原因。工艺装置的设计阶段,负荷应该根据机器或泵的负荷明确合理搭配。另一方面,优化资源分配和工艺流程也是很必要的,根据装置的实际情况决定满载时要用一列或两列工作量以避免在两列时出现低载的状况。

有必要广泛传播用转换频率来调节流速的技术,合理设计频率转换系统,不仅可以省电,有助于设备维护,还可以提高自动化水平,降低噪音。

3．1．3 减少特定水蒸气用量

常减压蒸馏塔主要消耗在减压塔真空再生,塔河加热炉的净化,汽提和加热炉燃料的地雾化,减少正气用量最重要的事是合理的识别出蒸气的压力数。确定用于疏散的蒸气的温度和压力时必需的。目前,用于维持减压蒸馏塔真空度的蒸气的压力和温度都有所保留,导致了大量能量损失。常压塔减压塔河侧线汽提塔的压力较低(0.6-1.0MPa),导致大量能量损失。在国外,0.3-0.6MPa的蒸汽主要用于塔的净化和汽提。

3．1．4 扩大装置处理能力

扩大装置处理能力能导致原材料和能量消耗减少,而且同经济型标准的消耗相比,操作费用降低。最近几年,常减压蒸馏装置处理量的扩大已经基本上被接受了。处理最大的一套独立的蒸馏装置大约为12-13Mt/a。在中国炼厂中处理量最大的蒸馏装置在镇海炼化,为600万吨/年。为了达到经济规模,现存的蒸馏装置应该被改建或扩大到单套装置的处理量为500万吨/年;新的蒸馏装置将达到800万吨/年。

3．2 提高分馏精确度和提高减压塔拔出率

3．2．1 提高分馏精确度

从中国市场需要来判断,石脑油和柴油燃料将仍然处于供应短缺状态,提高常压塔分馏精确度对提高石脑油和柴油收率将有重大经济意义。大多数常压塔第三侧线包含30%-40%的第二侧线产品(柴油馏分),暗示着提高柴油收率的可能性这里建议用以下几种方法来提高分馏精确度提高理论塔板数。在新建的或改造的常压塔中通过另加塔盘来增加理论板数是必要的,在常压塔操作塔中可以用高效塔板以提高常压塔分馏精确度。

常压塔中保持一定合理的过汽化率是非常必要的。低过汽化率会导致常压塔中最低侧线产品与塔低重油相重叠;因此常压塔保持一个合理的过汽化率是相当重要的。每当加热炉出口温度和能量消耗允许时,可以根据最低侧线和塔低馏分之间重叠的大小增加过汽化率。

提高汽提段和汽提部分的汽提效果很重要,常压塔汽提段的效果直接影响到塔底油中沸点<350℃馏分的含量。侧线汽提塔的汽提效果直接影响到侧线中轻分馏的带出率,基于原油slate和产品slate,要及时调节和优化使用的汽提蒸汽的量并提高汽体效率。

基于由可预测多种可变性控制技术控制的先进技术(APC)能够被应用并能有效地提高操作水平。

在为脱蜡、脱沥青质、粘土精制装置生产润滑油原料时，减压分馏精确度应该被提高,线切割精确度。事实上当原油slate是混合形成时,润滑油基原料的许多物理、化学迹象,如蒸发损失、粘度、闪点和其他性质等大多数都依靠减压塔侧线切割精确度。最近,随着高效整规填料的应用,减压塔分馏精确度已经有了很大程度的提高。目前,由于原油slate的影响,润滑油原料也大多数属于低级原料。

3．2．2 提高减压塔拔出率

随着减压塔拔出率的提高,常减压塔能量消耗也随之升级,所以特定一个合理的,恰当的减压塔拔出率是非常必要的。如果减压渣油和最低侧线是流进直流催化裂化装置,当减压渣油是用来生产沥青，特别是高级道路沥青时，深拔应该考虑沥青质量，当减压渣油是流进燃料型沥青装置时，延迟焦化或渣油加氢处理装置是用来与加热炉燃料油混合时，提高拔出率将有优化工艺流程或经济效益有显著影响，建议用以下几种方法来提高减压塔拔出率。

提高减压塔顶真空度：提高减压塔减压系统的效率（特别是注重蒸气压的影响，冷却水的温度和质量），消除减压系统泄露的可能性，避免减压塔原料过度裂化，减少常压塔塔底油中沸点小于350℃馏分的含量都有利于提高减压蒸馏塔的真空度。

降低汽化段压力：有必要在汽化段不同区域采用高效低压降的整规填料和通过洗涤真空塔莱减少热损失的方法来达到有效降低塔内总压降的目的。一个合理的减压加热炉和转移线设计。

染料型减压塔汽化段的温度可以达到415℃，而且两次清焦操作之间的运转长度仍可以达到5-6年。

在符合无焦化和过度裂化的条件下，装置运行加热炉出口温度达到可能的最大值，汽化段温度也能达到允许的最大值。

采用增强的蒸馏技术：通过在原料油添加增强剂后减压塔能改变原料中有部分存在于气体油分渣油中的对立，减少气体油汽化时的表面张力，阻止自由基链缩聚，消除雾沫夹带并提高减压塔拔出率。增强剂可以使减压塔的一种侧线产品，也可以是一种专用的增强剂。齐鲁石化的炼厂添加了50ppm（10-15吨/月）减压的第一次再生的由东南技术大学发明的增强剂到常压塔底的重油中，如果加工减压塔蒸馏塔钟合适的应用逐级抽空技术：减压塔的逐级抽空有两种方式，例如：平行式和同轴式。金陵石化公司常减压蒸馏装置（Ⅱ）采用同轴两级抽空技术后取得了很好的成果。小于500℃馏分的含量由8%-10%大幅度消减为4%-5%,总拔出率增加了1.6%，且汽化段总压降减少到1.3-1.8KPa。

避免密封油和洗涤油的影响，在某些公司，减压塔渣油系统中小于500℃馏分的含量过高可能被归咎于将轻汽油作为海豹油或洗涤油来用了，导致汽油与减压渣油的混合。

提高减压塔拔出率的消极影响是可能会导致重减压瓦斯油的质量下降。减压塔的洗涤段应该有能力消除雾沫夹带，但分馏的功能应该也能保证色泽，CCR，重减压瓦斯油中的金属含量符合标准。减压蒸馏操作过程中，在控制能力下选一个适当的循环油量以避免“干塔”和“焦化”现象。

3．3 电脱盐装置的操作优化

目前，国内电脱盐的主要技术并没有落后国外很多。然而，国内脱盐装置间的操作和处理上仍有很大一段距离，导致脱盐装置的非理想操作。应该要很大的努力来优化操作条件并提高脱盐装置的操作水平。

3．3．1 选择适当的破乳剂并优化注入率

破乳量对电脱盐操作有重要影响，一种不恰当的破乳剂可能导致原料的严重乳化作用，增加乳化层的厚度，并使水油分层效果变差，这可能会使盐几乎不移动，而且将导致变压器中电流的增加，甚至会使电控制仪表盘数疾走。目前有几个厂家致力于破乳剂的生产中，破乳剂被分为水溶性和油溶性两种。直到现在，对于一系列原油来说，大范围已被采用的破乳剂仍然不够。因此，仍然有必要根据页岩油的改变来选择破乳剂来选择破乳剂。

破乳剂注入的位置和处理水平应该随着特的原油装置而被优化。如果为炼油公司提出一种恰当的破乳剂。

破乳剂注入的位置和处理水平应该随着特的原油装置而被优化，如果注入碘在原油泵的入口处，可能会因泵的关系而发生过度混合，并发生乳化困难。如果注入点移到泵的下游，那么原油的混合过程就会不充分，破乳效果会降低，如果乳化剂注入量过高，将会没有经济效益而言。如果乳化剂注入量不够，破乳效果将会不显著。国内水溶性乳化剂的处理水平一般是20-30ppm，而油溶性乳化剂的剂量相对较少。镇海炼化公司常减压蒸馏装置（Ⅲ）的电脱盐装置脱盐时值用3-4ppm的油溶性破乳剂。

3．3．2 洗水的注入量和注入位置的优化

原油中大多数无机盐都溶解在水中，然后以特殊的形式分散在原油中，形成一种稳定的油包水的乳化液。注水能使那些存在于原油中的无机盐溶解，然而稀释新的盐水水量是非常有必要的，国内脱盐装置水注入量一般控制在5%-8%

注入洗涤水的位置也应该被优化，如果注水点位于原油泵出口以后，换热器之前，就能有以下优点：

可能彻底影响原油与水的混合且避免在泵入口处会发生的过度混合。

注入洗涤水能降低原油粘度并提高换热系统的热传递系数。

可以省去静电搅拌机。

3．3．3 优化加工部门以提高操作管理水平

搅拌机内的脱盐温度和压降是电脱盐的两个重要的加工条件。提高温度能降低原油粘度并降低油和水界处的表面张力，并提高水滴的热运动有利于水滴粘合。太高的脱盐温度（高于149℃）会破坏电极。当镇海炼化公司常减压蒸馏装置（Ⅱ）加工胜利原油时，原油入口温度（原油进入脱盐罐）是95-98℃，此时脱盐原油质量适应率（原油中盐含量不超过5mp/l）仅仅是50%。当原油入口温度提高到120-130℃时，原油质量适应率能够达到80%以上。

搅拌机中的压降反映了油，水和乳化剂混合后混合物的强度。较重原油需要更强烈些的混合，这就需要带有可调压差的混合真空管。轻原油混合的压降能特定在30-80KPa，而重原油的压降能被定在50到130KPa的范围内。

建议以下操作来提高对脱盐操作的管理。提高脱盐时对原油中盐含量和分离后水中的油含量的分析频率并确保对设备和工具操作的可靠性以提高电脱盐装置的工作水平。如果脱盐操作的目的是防腐蚀，原油中的盐含量应控制在5mg/l以下，如果脱盐操作地目的是保护下游深加工过程的催化剂，原油中盐含量应该低于3mg/l。

3．4 提高对含硫原料加工的可适用性

中石化加工的进口原油所占比例已经达到精炼的原油总数的50%-55%。同时，我国内陆油的硫含量显示有上升的趋势。许多公司都面临着原油中硫含量的上升和硫含量的显著波动。硫含量背离着起初设计时所预见的含硫量。提高炼厂对含硫原油适应性的有效方法是提高炼厂对防腐的准备措施。

（1）以小资投入加工装置的防腐措施是非常有效的。目前，常减压蒸馏装置的防腐措施主要依靠电脱盐和塔顶防腐剂和水的注入。

防腐剂可以在金属表面形成疏水的保护薄以阻止金属与HCl-H2S-H2O型腐蚀介质接触，而松动的沉积物将会使他们移动的更容易些，为了使防腐剂更充分的发挥效果，应该选择一些适当的防腐添加剂并已足够的剂量加到原油中。

（2）需要注意设备的防腐蚀并提高操作的安全性和可靠性。有效抑制部分设备高温腐蚀的方法是提高设备材料的防腐等级。ICr5Mo铁材料应该用在240-288℃的蒸汽传输管线上，含5%以上Cr的铁材料应该同于温度在288℃以上的部位。同时，固定装置和喷嘴以便消除弱点和潜在的危险。

4 建议

常减压蒸馏装置是原油加工的第一道工序，仅管它是用纯粹物理性质分离的。因为原有加工的塔是非常大的，所以蒸馏过程对整个工艺流程和炼厂的操作优化都有很重大的影响。目前，蒸馏塔面临着四个令人困惑的问题，即：总能量消耗高，低分馏精确度和拔出率，电脱盐装置的非理想操作和对加工含硫原油的低适应性。

这就需要设计人员，操作工作者和专业管理人员的共同努力来解决这些问题，蒸馏装置的操作水平可以通过以下几点来提高：集中先进的设计理念，应用先进且实用的技术，采用高效加工设备，提高操作工作者的技术和提高专业管理水平。

最近几年，许多实用技术已经用到常减压塔上，而且发现了一些新颖的设备和该领域的经验，积极地传播这些新技术有助于提高常减压蒸馏装置的操作水平。