利用流程模擬軟件優化常壓蒸餾單元操作

張璟龍 張獻斌

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南洛陽，471012)

某公司為調整全廠煉油結構，實現原油分儲分煉，實施了常減壓蒸餾適應性改造項目。該項目新增一套常壓蒸餾單元，將優質原油切割為石腦油、航煤、柴油、常壓渣油等組分，并將優質常壓渣油送至催化裝置加工，不僅擴寬了催化裝置的進料來源，提高了全廠原油加工的靈活性，而且節約了裝置能耗，提高了經濟效益。

2021年5月項目建成，2022年1月一次開車成功。開工后裝置操作人員根據設計參數進行操作調整，保證了裝置的安全平穩運行，但由于實際加工的原油品種與設計存在偏差，加之裝置負荷長期處于60%—70%左右，因此按照設計參數進行操作時，存在換熱終溫偏低、產品分離精確度較差、能耗偏高的問題，裝置的操作還有進一步優化空間。本文通過Petro-SIM流程模擬軟件，對常壓蒸餾單元進行建模，利用實際的原油品種、操作參數和產品質量對裝置進行校準，并使用校準后的模型，對裝置進行生產優化，從而達到提高分離精確度，增產高附加值產品，降低裝置能耗和成本的目標。

1 裝置簡介

新建常壓蒸餾單元由中石化洛陽工程公司(LPEC)設計，設計規模2.0Mt/a，采用閃蒸-常壓蒸餾的流程。

原油經換熱后進入電脫鹽罐脫鹽，脫后原油換熱后進入閃蒸塔。閃蒸塔底油經換熱和常壓爐加熱后，進入常壓塔第47層塔盤，閃蒸塔頂油氣進入常壓塔第20層塔盤。常壓塔頂油氣經冷卻后，分離為常頂瓦斯和常頂石腦油，常頂瓦斯經螺桿壓縮機加壓后送至一催化裝置，常頂石腦油送至2#重整裝置。常一線自14層塔盤抽出，進入汽提塔上段，自汽提塔底抽出換熱后，送至航煤加氫；常二線自26層塔盤抽出，進入汽提塔中段，自汽提塔底抽出后，并入常三線；常三線自36層塔盤抽出，進入汽提塔下段，自汽提塔底抽出換熱后，與常二線合并，送至柴油加氫裝置；常渣自塔底抽出，經換熱后送往催化裝置和罐區。常壓蒸餾單元流程圖如圖1所示。

圖1 常壓蒸餾單元流程圖

2 優化計算

2.1 建立模型

流程模擬是一種采用數學方法來描述過程的靜態/動態特性，在計算機中使用流程模擬軟件進行物料平衡、化學平衡、熱平衡和壓力平衡等計算，對生產過程進行模擬的過程。流程模擬可以在計算機中“再現”實際的生產過程，但這一“再現”過程并不會影響裝置的實際生產過程，也不會對裝置的任何流程管線、設備、操作帶來變動，因而使得進行流程模擬的人員擁有充分的自由度，使其可以在計算機上不受限制地進行不同方案和工藝條件的探討、分析，以達到優化裝置運行、提升指標、節能創效的目的。

本次建模使用Petro-SIM流程模擬軟件，選取2022年3月下旬常壓蒸餾單元的原油性質和工況為基準。模型建立完畢后，通過調整塔盤效率等參數，將模型的各操作參數和產品性質校準至與實際工況一致，再使用該模型進行后續的優化。表1為本次建模所依據的原油性質和主要操作參數與模型模擬結果的對比情況。

表1 原油性質及主要操作參數對比

從表1中可以看出，模擬結果與實際工況基本一致。表2為實際化驗分析結果與模擬結果的對比，從表2中可以看出，模型模擬出的產品質量與實際基本吻合，說明模型與實際工況基本一致。模型校準完畢后，利用模型對裝置進行優化。

表2 主要產品質量對比

2.2 常壓塔底汽提蒸汽量對常壓塔拔出率的影響

優化前，常壓塔底汽提蒸汽流量為0.9t/h，通過模擬尋找合適的汽提蒸汽流量。汽提蒸汽量由0.1t/h提高至1.5t/h進行對比分析。

隨著常壓塔底汽提蒸汽量的提高，汽化段內油氣分壓降低，其他操作條件及產品質量不變的情況下，常三線收率增加，常渣中350℃前含量下降。常壓塔底汽提蒸汽量對常三線產量及常渣350℃含量的影響如表3及圖2所示。

表3 不同常底汽提蒸汽量下常三線產量及常渣350℃前含量的變化

圖2 不同常底汽提蒸汽量下常三線產量及常渣350℃前含量的變化

從表3和圖2中可以看出，當常壓塔底汽提蒸汽量達到0.8t/h以上時，常三線產量的增加和常渣350℃前含量的下降逐漸趨緩。從節能和產品收率兩個角度綜合考慮，在當前加工負荷下塔底注汽量控制在0.8t/h左右較為合適。

2.3 常二線抽出量對常一線抽出量的影響

由于常減壓裝置的常壓塔相較于化工裝置精餾塔而言，分離精確度較低，因此各側線產品之間存在一定的重合度，例如常一線和常二線就存在餾程重疊的情況。在增產常一線航煤的工況下，降低常二線的抽出量，可以將常二線中的輕質組分從常一線中抽出，從而減少了航煤組分的損失，達到增產航煤的目的。

表4中，將常二線從正常抽出的11t/h逐步降低至0，觀察常一線在冰點質量不變的情況下，抽出量的變化。

表4 常二線流量變化對常一線流量的影響

從表4中可以看出，隨著常二線抽出量的逐步降低，常一線的收率逐步提高，而冰點可以保持不變。常二線中的柴油組分從常三線中抽出，在常三線質量基本保持穩定的前提下，常二線+常三線的總收率基本保持不變。因此在增產航煤的工況下，可以盡量壓低常二線的抽出量，以提高常一線產量。

2.4 閃蒸塔進料溫度對閃頂油氣和能耗的影響

脫后原油經過換熱后進入閃蒸塔，閃蒸塔進料溫度直接決定了塔頂蒸出的油氣量。由于閃蒸塔頂油氣直接進入常壓塔進行分離，跳過了加熱爐加熱的步驟，因此提高閃蒸塔進料溫度，增加閃蒸塔頂油氣量對于節約加熱爐燃料氣，降低裝置能耗應該具有正作用。

在當前工況下，閃蒸塔進料溫度僅有168℃，距離205℃的進料溫度存在接近40℃的溫差。在模型中通過將閃底油換熱熱量轉移至脫后換熱流程中，在總熱量不變的前提下，提高閃蒸塔進料溫度，觀察對換熱終溫(即加熱爐進料溫度)及加熱爐熱負荷的影響。

從表5中可以看出，當閃蒸塔進料溫度從168℃提高至205℃時，換熱終溫(即加熱爐進料溫度)下降了近6℃，但由于閃頂油氣增加了11.5t/h，加熱爐進料量同步降低，因此加熱爐的熱負荷是下降的。按照加熱爐熱效率93%，燃料氣熱值39710kJ/kg計算，每小時可節約燃料氣0.11t，裝置能耗可降低0.7kgeo/t，按照燃料氣2000元/噸進行計算，每年節約燃料氣成本約185萬元。

表5 閃蒸塔進料溫度對換熱網絡及加熱爐熱負荷的影響

3 結束語

在本次優化中，利用Petro-SIM流程模擬軟件對某公司常壓蒸餾單元進行了工藝流程模擬和操作優化。從模擬的情況看，建立的模型與實際生產工況較為吻合，利用該模型進行的模擬優化可以提高裝置經濟技術指標，降低裝置能耗，對裝置優化提升具有較好的指導意義。