精品年产170万吨沈北原油的常压塔设计毕业论文设计.docx

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精品年产170万吨沈北原油的常压塔设计毕业论文设计

年产170万吨沈北原油的常压塔设计

摘要

本设计为年产170万吨/年沈北原油的常压塔设计。

石油是现代工业的血液，我国的工业生产和经济运行都离不开石油，但是又不能直接作为产品使用，必须经过加工炼制过程，连制成多种在质量上符合使用要求的石油产品，才能投入使用。

原油常减压蒸馏作为原油的一次加工工艺，在原油加工总流程中占有重要作用，在炼厂具有举足轻重的地位，其运行的好坏直接影响到后续的加工过程。

其中重要的分离设备—常压塔的设计，是能否获得高收率、高质量油的关键。

近年来常减压蒸馏技术和管理经验不断创新，装置节能消耗显著，产品质量提高。

但与国外先进水平相比，仍存在较大的差距。

为了更好地提高原油的生产能力，本着投资少，能耗低，效益高的思想对大庆原油进行常压蒸馏设计。

设计的基本方案：

设计了一个常压一段汽化蒸馏装置，此装置由一台管式加热炉、一个常压塔以及若干台换热器（完善的换热流程应达到要求：

充分利用各种余热；换热器的换热强度较大；原油流动压力降较小。

）、冷凝冷却器、机泵等组成，在常压塔外侧为侧线产品设汽提塔。

流程简单，投资和操作费用较少。

原油通过这样的常压蒸馏，一般可得到350—370℃以前的几个馏分，可用作汽油、煤油（航空或灯用、）柴油等产品，也可分别作为重整化工（如轻油裂解）等装置的原料。

蒸余的塔底重油可作钢铁或其它工业的燃料。

在某些特定的情况下也可以作催化裂化或加氢裂化装置的原料。

关键词：

原油；常压设计；换热；常压塔

Abstract

atmosphericdesign.

Oilisoneimportantsourceofenergy,China'sindustrialproductionandeconomicoperationcannotbeseparatedfromoil，Butastheproductcannotbedirectlyused,Refiningtheprocessmustgothroughprocessing,andevenmadeavarietyofqualityinlinewiththerequirementsoftheuseofpetroleumproducts,canbeputintouse.

Atmosphericandvacuumdistillationofcrudeoilasacrudeoilprocessingtechnology,thetotalflowofcrudeoilprocessedinanimportantrole,Intherefineryplaysadecisiveroleinitsoperationwillhaveadirectimpactonthefollow-upprocess.Oneoftheimportantseparationequipment-atmospherictowerdesignistheavailabilityofhigh-yield,high-qualityoilinthekey.Inrecentyearsatmosphericandvacuumdistillationtechnologyandmanagementexperiencecontinuousinnovation,significantconsumptionofenergy-savmparedwithfingdevices,improvingproductquality.However,cooreignadvancedlevel,therearestilllargegaps.

Tobetterenhancetheproductioncapacityofcrudeoil,inasmallinvestment,lowenergyconsumptionandhighefficiencyofthethinkingoftheDaqingoilforatmosphericdistillationdesign.Thebasicdesignoftheprogramme:

designasectionofvaporizationatmosphericdistillationunit,Thisdevicefromafurnaceofficial,aTaiwanatmospherictowerandanumberofheatexchangers（Improvetheheattransferprocessshouldmeettherequirements:

thebestuseofwasteheat;heatexchangergreaterintensityoftheheatexchanger;flowofoilpressuredropsmaller.）

Condensatecooler,Pumpandothercomponents,intheatmospherictoweradjacenttothelaterallineproductsbasedstripper.Simpleprocesses,investmentandoperationalcostsavailabilityofseveralfractions,Canbeusedasgasoline,kerosene（aviationorlamp）,dieselandotherproducts,Alsocanbere-engineeringasachemical（suchasnaphthacracking）ofrawmaterialsandotherdevices.Isteamedthebottomofheavyoilforsteelorotherindustrialfuel.IncertaincircumstancescanalsobeFCCorhydrocrackingunitofrawmaterials.

Keywords：

oilpressure；Atmosphericdesign；Heatexchanger；Atmospherictower

前言1

1物料衡算4

1.1基准数据的处理4

1.1.1基准数据4

1.1.2数据处理6

1.1.3求平衡汽化曲线各点温度7

1.2各种馏出产品的性质8

1.2.1各种馏出产品的基础数据8

1.2.2各馏出产品的性质10

1.3物料衡算12

2塔的工艺参数的选取13

2.1原油精馏塔计算草图求取13

2.1.1确定蒸汽用量13

2.1.2塔板型适合塔板数13

2.1.3精馏塔计算草图：

2.1.4操作压力的确定14

2.2汽化段和塔底温度的确定14

2.2.1汽化段温度14

2.2.2进料在汽化段中的焓15

2.2.3.塔底温度16

3塔顶及侧线温度的假设与回流热分配17

3.1全塔回流热17

3.1.1假设塔顶及各侧线温度17

3.1.2全塔回流热17

3.1.3回流热分配18

3.2侧线及塔顶温度的校18

3.2.1柴油抽出板（第22层）温度18

3.2.2煤油抽出板（第10层）温度21

3.2.3塔顶温度22

4塔设备的设计计算24

4.1全塔气液负荷的分布计算24

4.1.1塔顶（第一块板上方）的气液负荷24

4.1.2第一层板下方的气液负荷24

4.1.3常一线抽出口下方（即第10层下方）的气液负荷25

4.1.4中段循环回流入口板上方的气液相负荷26

4.1.5中段循环回流抽出板下方的气液相负荷28

4.1.6煤油抽出板上方的气液相负荷29

4.1.7柴油抽出板上方的气液相负荷30

4.1.8汽化段气液相负荷32

4.2各段气液相负荷列表34

5常压塔和塔板主要工艺尺寸计算35

5.1塔径的初算35

5.1.1最大允许气体速度Wmax：

5.1.2适宜的气体操作速度Wa36

5.1.3气相空间截面积Fa36

5.1.4计算降液管内液体流速Vd36

5.1.5计算降液管面积Fd36

5.1.6计算塔横截面和塔径37

5.1.7采用塔径及相应的设计空塔气速37

5.1.8液相的表面张力：

（260.6℃时）37

5.2浮阀数及开孔率的计算37

5.2.1浮阀的选取37

5.2.2浮阀数及开孔率的计算37

5.3溢流堰及降液管的决定38

5.3.1决定液体在塔板上的流动型式38

5.3.2决定溢流堰38

5.3.3溢流堰高度及塔板上清夜层高度的决定38

5.3.4液体在降液管的停留时间及流速39

5.3.5降液管底缘距塔板高度39

5.4水力学计算39

5.4.1塔板压力降39

5.4.2雾沫夹带39

5.4.3泄漏39

5.4.4淹塔情况40

5.4.5降液管的负荷40

5.5塔板的负荷性能图40

5.5.1雾沫夹带线40

5.5.2液泛线41

5.5.3液相负荷上限线41

5.5.4漏液线41

5.5.5液相负荷下限线41

6塔的内部工艺结构43

6.1板式塔的部工艺结构43

6.1.1塔顶43

6.1.2进口43

6.1.3抽出盘及出口44

6.1.4人孔44

6.1.5塔底44

6.1.6塔裙45

6.1.7封头45

6.2塔高H45

7换热过程46

7.1换热方案的确定46

7.1.1换热的意义46

7.1.2换热方案46

7.2换热设备的选取和计算46

7.2.1换热设备的计算46

7.2.2中段回流作为热源48

7.2.3重油作热源48

7.2.4冷后重油作为作热源49

7.2.5柴油作为热源49

7.2.6塔顶冷凝器的计算50

7.2.7中段回流冷却50

7.2.8各段换热所用的换热器型号见表7-151

7.3热源利用率计算51

7.3.1热源利用率计算：

7.3.2原油提供热量计算51

7.3.3热量利用率计算51

致谢52

符号表53

参考文献55

前言

中国炼油工业迅速发展，据美国《油气杂志》世界炼油特别报告统计，2005年中国原油年加工能力达3.12亿吨，超过俄罗斯和日本，成为仅次于美国的世界炼油大国。

根据统计，2005年中国共有51座炼厂，炼厂数和炼油能力均位居世界第二[1]。

但是，中国石油产品质量还相对较低，汽车排气污染控制愈显重要。

中国融入世界清洁燃料进程，不断提高炼油技术水平，尽快与国际接轨，任务紧迫而重大。

石油是重要的能源之一，我国的工业生产和经济运行都离不开石油，但是又不能直接作为产品使用，必须经过加工炼制过程，炼制成多种在质量上符合使用要求的石油产品，才能投入使用。

国民经济和国防部门众多的各种应用场合对石油产品提出了许多不同的使用要求。

随着我国社会经济情况的变化、科学技术水平以及工业生产水平的大幅度提高，对石油产品质量指标的要求不断严格，所要求的石油产品的品种和数量也不断增加[2]。

目前，我国原油的年加工量约为2亿吨。

而国内所能提供原油量仅为1.3亿吨，为了满足原油的需求量，则需要每年从国外二十多个国家和地区进口约6940万吨原油。

为了更好的提高石油资源的利用率，增加企业的经济效益，对从国外进口的原油炼制构成进行开发研究也是十分必要的。

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。

原油精馏装置是炼油企业的“龙头”，是炼油工业的第一道工序，为二次加工装置提供原料，是原油加工的基础，其能量的综合利用程度和拔出率高低体现在石化企业的效益上，因此，开展常压精馏装置的研究很有意义。

[3]

原油常减压蒸馏作为原油的一次加工工艺，在原油加工总流程中占有重要作用，近年来常减压蒸馏技术和管理经验不断创新，装置节能消耗显著，产品质量提高。

但与国外先进水平相比，仍存在较大的差距，装置能耗仍然偏高，分馏精度和减压拔出深度偏低，对含硫原油的适应性差等。

进一步提高常减压装置的操作水平和运行水平，显著日益重要，对提高炼油企业的经济效益也具有重要意义。

常减压蒸馏过程经过一百多年的发展，已成为一个比较完整成熟的工艺〔4-5〕。

目前，国内外大致都是采用由初馏塔、常压塔、压塔，常压炉、减刃压炉组成的三塔两炉工艺流程，但是仍存在一些问题。

原油常减压蒸馏作为最基本的一次加工工艺，在炼厂具有举足轻重的地位，其运行的好坏直接影响到后续的加工过程。

其中重要的分离设备—常压塔的设计，是能否获得高收率、高质量油的关键。

[4]

塔设备是化工，石油化工、炼油厂等厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、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。

据有关材料报道，塔设备的投资费占整个工艺设备投资费的较大比例，它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。

因此，塔设备的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视。

[5]

作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液；两相能充分接触，以获得较高的传质效率。

此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列的各项要求1.生产能力大。

在较大的气（汽）夜流速下，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、弹性大。

塔设备的气（汽）夜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[6]。

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，用来降低经常操作费用。

对于减压蒸馏操作，较大的压力降还可以使系统无法维持必要的真空度。

4.结构简单、材料用量小、制造和安装容易，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、调节和检修。

大庆原油是一种低硫、低胶、高含蜡、高凝点、的石蜡基石油。

由于含烷烃多，所以，在其各个馏分中，烷烃的相对含量高，生产汽油抗爆性较差，小于180°C馏分，马达法辛烷值仅40左右。

喷气燃料的相对密度较小，结晶点较高，故只能符合2号喷气燃料规格。

由于硫含量很低，轻质燃料油不需要精制。

同时，在加工中，设备腐蚀问题不大。

大庆原油的馏分组成较重，故须采取二次深度加工，以提高轻质燃料收率[7]。

润滑油馏分的黏温特性好，但凝点高，加工时需要脱蜡。

胜利原油相对密度较大，含硫较多，胶质、沥青质含量较多，属于含硫中间基原油。

孤岛混合原油是胜利油田中比较特殊的石油，其特点是含硫、氮、胶质较高，酸值大，黏度大，凝点较低，属环烷-中间基原油。

克拉玛依石油是低硫中间基原油，特点是含硫量很低约为0.04%到0.07%，含蜡少，凝点低，是生产喷气燃料和低凝点的轻柴油的良好原料，但直馏馏分的酸度较高，需碱洗。

中原混合原油相对密度小，黏度、胶质和硫、氮含量均较低

属于低硫-石蜡基原油[8]。

辽河曙光首站原油密度大，黏度大，含蜡量低，属于硫环烷-中间基原油。

我国经济生产的特点是工业技术水品整体不高，工业生产的能源和资源消耗及污染排放量高，乡镇企业比重逐渐增大，但其三废基本没有经过任何处理而四处排放，污染十分严重。

我国能源结构中煤炭仍占70%左右，煤烟对大气污染程度不易减轻，环保治理技术水平落后，严重地制约环保工作的深入开展。

人们认识到既不能走“先污染，后治理”的道路，也不能走“边污染，边治理”的道路，而应该是采取积极的态度[9]。

“全面规划，合理布局，综合利用，化害为利，依靠群众，大家动手，保护环境，造福人民”的中国环保方针，明确了环境保护的综合防止思想，是将环境作为一个有机整体，根据当地的自然条件，按污染物的产生、变迁和归宿的各个环节，采取法律、行政、经济和工程技术相结合的措施，以防为主，以最大限度地合理利用资源、减少污染物的产生和排放，用最经济的方法获取最佳的防止效果，以实现资源、环境与发展的良性循环。

为了实现化学工业可持续发展的关键是搞好环境保护，需要石油炼制过程中在几的不同层次上开展工作：

第一层是对污染进行更有效的治理，实现达标排放。

其目的是把生产的有害物质再近期危害限制在一定水平内。

第二层是通过工艺改造，尽可能的在正常运行条件下把污染消化在企业内部。

第三层是用洁净的绿色工艺代替有污染的工艺。

即在产品的源头和生产过程中预防污染，而不是在污染产生后再去治理。

第四层是建立“生态化工”的概念，即根据对产品和过程生命周期的分析，使用自然界代谢的全过程来规划生产。

1物料衡算

1.1基准数据的处理

1.1.1基准数据

1.原油的种类、性质见表1-1和1-2。

表1-1沈北原油性质

沈北原油

采样时间年月

99.5

馏程v％

密度（20℃）

852.0

初馏℃

103

比重指数

34.6

100℃

粘度（50）mm2/s

22.21

120℃

3.0

凝固点℃

140℃

5.6

闪点（闭口）℃

160℃

8.5

酸值,mgKoH/g

0.18

180℃

11.0

含蜡,％（m/m）

11.07

200℃

14.0

盐含量,mgNacl/L

220℃

16.5

沥青质,％（m/m）

0.30

240℃

19.8

胶质,％（m/m）

7.06

260℃

23.2

残炭,％（m/m）

2.975

280℃

26.6

重金属,ug/g

300℃

31.6

3.33

9.36

元素分析

0.50

0.36

0.49

0.26

0.41

含水,％（V/V）

痕迹

灰分,％（m/m）

0.008

特性因数（k）

12.5

表1—2沈北原油每10℃馏分蒸馏收率（％（m/m））

<60℃不凝气0.05％（m/m）

2.35

3.33

100

4.26

5.11

6.01

7.07

8.27

9.53

10.77

1.92

13.03

14.10

200

15.09

15.97

17.00

18.41

20.06

21.75

23.46

25.17

26.90

28.65

300

30.52

32.55

34.65

36.65

38.53

40.26

41.83

43.28

44.94

46.97

400

48.82

50.04

51.57

54.27

57.56

60.62

63.12

65.43

67.36

69.22

500

70.99

72.58

74.04

75.41

76.76

2.处理量200万吨/年7680小时/年

3.气提蒸汽性质P=3.01Kg/cm2t=420℃

1.1.2数据处理

1.作实沸点曲线，平衡汽化曲线见图1-1，数据的质量收率体积收率见表1-3。

表1-3原始数据的质量收率换算成体积收率

馏程（℃）

收率％（m/m）

收率％（v/v）

每馏分

总馏分

每馏分

总收率

初馏—60

1.39

1.785

60—80

0.96

2.35

1.180

2.965

80—100

1.91

4.26

2.251

5.216

100—120

1.75

6.01

2.021

7.237

120—140

2.26

8.27

2.558

9.795

140—160

2.50

10.77

2.792

12.587

160—180

2.26

13.03

2.491

15.078

180—200

2.06

15.09

2.236

17.314

200—220

1.91

17.00

2.042

19.356

220—240

3.06

20.03

3.253

22.609

240—260

3.40

23.4

3.594

26.203

260—280

3.44

26.84

3.626

29.829

280—300

3.62

30.46

3.805

33.634

300—320

4.13

34.59

4.311

37.945

320—340

3.88

38.47

4.021

41.966

340—360

3.30

41.77

3.385

45.351

360—380

3.11

44.88

3.164

48.515

380—400

3.88

48.76

3.916

52.431

400—420

2.75

51.51

2.766

55.197

420—440

5.99

57.50

5.975

61.172

440—460

5.70

63.20

5.632

66.804

460—480

4.10

67.30

4.019

70.823

480—500

3.63

70.93

3.552

74.375

500—520

3.05

73.98

2.973

77.348

520—540

2.72

76.70

2.636

79.984

实沸点数据见表1-4。

表1-4实沸点数据

馏出（体积分数），%

温度，℃

141

280

388

480

540

2.将上表换算为常压平衡汽化曲线

计算参考线的各点温度见表1-5。

表1-5参考线各点温度

馏出（体积分数），%

温度，℃

84.5

254

367

536.5

b.计算平衡汽化参考线斜率及各点温度

由实沸点蒸馏曲线（5.65℃％）查[石油炼制工程]208页图7-17.得平衡汽化参考线的斜率为3.75℃％，△F=23℃

平衡汽化参考线50％=实沸点蒸馏参考线50％点-△F=367-23=344℃

由平衡汽化参考线的50%点和斜率可计算得其他各点温度

0％点=344-3.75×（50-0）=156.5（℃）10％点=344-3.75×（50-10）=194（℃）

30％点=344-3.75×（50-30）=269（℃）80％点=344+3.75×（80-50）=456.5（℃）

c.计算实沸点蒸馏曲线与其参考线的各点温差△Fi%

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