常压塔浮阀塔板流体力学论文04217.doc

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1、摘 要常压塔是石油加工中重要的流程之一，这次的设计主要就是对125万吨/年处理量的原油常压塔进行设计，其中包括塔板的设计。常压塔的设计主要是依据所给的原油实沸点蒸馏数据及产品的恩氏蒸馏数据，计算产品的相关物性数据从而确定切割方案、计算产品收率。参考同类装置确定塔板数，进料及侧线抽出位置，再假设各主要部位的操作温度及操作压力，进行全塔热平衡计算。采取塔顶二级冷凝冷却和两个中段回流，塔顶取热、第一中段回流取热、第二中段回流取热的比依次为5:2:3。经过校核各主要部位温度都在允许的误差范围内。塔板型式选用F型重阀浮阀塔板，依据常压塔内最大气、液相负荷算得塔板外径为3.0m，板间距为0.45m。这部分

2、最主要的是核算塔板流体力学性能及操作性能，使塔板在适宜的操作范围内操作。本次设计的结果表明，参数的校核结果与假设值间的误差在允许范围内，其余均在经验值范围内，因此可以确定，该蒸馏塔的设计是符合要求的。关键词：常压塔，浮阀塔板，流体力学。AbstractAtmospheric distillation of petroleum processing is one of important processes .A atmosperic distillation column ,which is able to treat crucd oil 125Mt a year ,is designed m

3、ainly , including the design of plate.The design of atmosperic distillation column is based on the datum of true point distillation of the oil and of Engler distilltion of the products. The calculation of products phsical property parameters and the cut conceptual and products yields are also dased

4、on the datum. The tray number ,the feed tray and the side stream withdrawal tray are determined by referring to the same king unit .The following work is to assume the operating temperature and pressure of all the imporant points of the column and to make the energy balance calculation for the whole

5、 column. To take the top two cooling and condensing , the two back to the middle and the top heat, get back to the middle of the first heat, second heat back to the middle followed by the 5:2:3 ratio. After checking, all the major parts of the temperature are in the range of allowable error.A type o

6、f Fvalve tary is be chosen . Atmospheric tower based on the most gas, liquid external diameter of the load tray can be 3.0m, plate spacing of 0.45m. In this section , The most important work is to calculate the hydromechanics performance and the operating flexibility of the tray .The tray should be

7、operatd in a proper area .The design results show that the results of parameter calibration values and assumptions of the error are in the allowable range, and the remaining values are in the range of experience, so it can be identified that the distillation column designed meets the requirements.Ke

8、y word ： Atmospheric distillating column ,valve tray ,hydromechanics.目录1文献综述1 1.1 前言11.2常压蒸馏工艺的国内外研究现状21.3常压塔的腐蚀与防护31.3.1 常压塔的腐蚀问题31.3.2 常压塔的腐蚀机理41.3.3 常压塔的防腐措施81.4常压塔装置的优化改造131.4.1 常压蒸馏装置存在问题131.4.2 常压蒸馏装置的优化改造141.5结语162常压塔计算部分172.1 基础数据处理172.1.1 体积平均沸点172.1.2 恩氏蒸馏曲线斜率182.1.3 立方平均沸点182.1.4 中平均沸点182

9、.1.5 各馏分分子量M192.1.6 特性因数K192.1.7 平衡汽化温度192.1.8 临界温度212.1.9 临界压力212.1.10 焦点温度222.1.11 焦点压力222.1.12 实沸点切割范围232.2 产品收率和物料平衡272.3 汽提水蒸气用量282.4 塔板型式和塔板数292.5 精馏塔计算草图292.6 操作压力312.7 汽化段温度312.7.1 汽化段中进料的汽化率与过汽化度312.7.2 汽化段油气分压322.7.3 汽化段温度初步求定322.7.4 tF的校核332.8 塔底温度342.9 塔顶及侧线温度的假设与回流热分配352.9.1 假设塔顶及各侧线的温度

10、352.9.2全塔热平衡352.9.3 回流方式及回流热分配362.10 侧线塔顶温度校核372.10.1 重柴抽出板（第27层）温度校核372.10.2 轻柴油抽出板（第18层）温度校核402.10.3 煤油抽出板（第9层）的温度校核432.10.4 塔顶温度的校核452.11 全塔气液相负荷462.11.1 汽化段气液相负荷472.11.2 第28层塔板上气液相负荷472.11.3 第27层塔板上气液相负荷492.11.4 第23层塔板上气液相负荷492.11.5 第22层塔板上气液相负荷512.11.6 第20层塔板上气液相负荷52 2.11.7 第19层塔板上气液相负荷542.11.8

11、 第18层板气液相负荷562.11.9 第17层板气液相负荷562.11.10 第14层板气液相负荷582.11.11 第13层板气液相负荷602.11.12 第10层板气液相负荷622.11.13 第9层板气液相负荷642.11.14 第8层板气液相负荷642.11.15 第1层板气液相负荷663塔的工艺计算693.1 塔板工艺计算693.1.1 塔径693.1.2 溢流装置703.1.3 塔板布置及浮阀数目与排列713.2 塔板流体力学验算723.2.1 气相通过浮阀塔板的压降723.2.2 淹塔733.2.3 雾沫夹带733.3 塔板负荷性能图743.3.1 雾沫夹带线743.3.2 液

12、泛线753.3.3 液相负荷上限线763.3.4 漏液线763.3.5 液相负荷下限线76致 谢80参考文献81125万吨/年大庆原油常压塔工艺设计1文献综述1.1 前言自从上世纪中叶超过煤的使用之后石油就成为主导性的能源。近几年来，石油作为最重要的能源和资源之一，不论国民生产还是日常生活都离不开它，所以炼油工业已成为各国重中之重。石油及石油化学工业是我国迈向工业化社会，追求经济发展的基础产业。石油工业不但提供了我们社会中最主要的动源，同时，也因为我国石油工业的发展，提供了石化产业为数众多中下游业者稳定的石化基本原料(甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等)之供应。进而使我国的合纤

13、、塑胶、橡胶及其他化学品等高附加价值的产业能快速成长。石油是重要的能源之一，在各个国家石油的重要程度不亚于黄金的储备。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。石油是沸程极宽的复杂烃类混合物，要从石油中提炼出多种多样的燃料油、溶剂油、润滑油和其他石油化工产品，必须将石油分割为不同沸程的馏分，然后按照油品的使用要求，脱除这些馏分中非理想组分，或者是经由化学转化形成所需要的组成，进而获得合格的石油产品。因此，炼油厂必须解决石油的分割和各种各样馏分在加工过程中的分离问题。蒸馏是分离液体混合物的典型操作。蒸馏技术是复杂石油体系特征化最适宜的

14、手段，也是石油加工最经济、最容易实现的分离方法。它能够将液体混合物按其所含组分的沸点或蒸汽压的不同二分离为轻重不同的各种馏分。正因为如此，几乎在所有的炼油厂中，第一加工装置就是蒸馏装置。常减压蒸馏决定着整个石油加工过程的物料平衡，被誉为石油加工的“龙头”。蒸馏技术也是实验室原油评价和产品质量控制的基本方法。而常压蒸馏是指原油在常压下进行蒸馏。它是根据不同组分的不同挥发度而将之分离。1.2常压蒸馏工艺的国内外研究现状石油炼制工业的建立大约可以追溯到19世纪。1823年，俄国杜比宁兄弟建立了第一座釜式蒸馏炼油厂，1860年，美国B.Siliman建立了原油分馏装置，这些可以看做是炼油工业的雏型。2

15、0世纪初，内燃机的发明和汽车工业的发展，尤其是第一次世界大战对汽油的需求推动了炼油工业的迅速发展。19世纪70年代建造了润滑油厂，并开始把蒸馏得到的高沸点油做锅炉燃料。19世纪末内燃机的问世使汽油和柴油的需求猛增，仅原油的蒸馏(即原油的一次加工)不能满足需求，于是诞生了以增产汽、柴油为目的。综合利用原油各种成分的原油二次加工工艺。如l913年实现了热裂化，1930年实现了焦化，1930年实现了催化裂化，1940年实现了催化重整，此后加氢技术也迅速发展，这就形成了现代的石油炼制工业。20世纪50年代以后，石油炼制为化工产品的发展提供了大量原料，形成了现代的石油化学工业。1958年，建立了我国第一

16、座现代化的处理量为l000000t/s的炼油厂。1996年全世界的石油加工能力为38亿吨，我国为1.4亿吨。大型炼油厂的年加工能力已超过1000万吨。目前，我国炼油工业的规模已经居世界第四位，炼油技术也已进入世界先进行列。我国炼油工业经过50多年的发展，到21世纪初期，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，基本依靠自有技术发展起来的我国炼油工业

17、面临着严峻挑战。现在国内外大致采用由初馏塔、常压塔、减压塔、常压炉、减压炉组成的三塔两炉工艺流程，但是仍存在一些问题。首先，目前的常压蒸馏过程的能耗过高，能量利用率很低。其次，油品质量不达标。再次，轻质油拔出率不高。而塔型及工艺流程的组织不当是造成常压蒸馏装置现状的根本原因。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。近年来国内外原油蒸馏塔依靠技术进步,在装置工艺流程、节能及自动控制等方面均有不同发展1-3。1.3常压塔的腐蚀与防护1.3.1 常压塔的腐蚀问题常压塔是常减压蒸馏装置中重要的设备之一。而常减压蒸馏又是炼厂原油加工的第一道工序，它

18、是采用蒸馏的方法将原油分馏成不同的馏分及渣油，作为炼厂产品或下一工序的原料。因此，常压塔设计的好坏直接影响到全厂的生产。在原油、天然气加工过程中，由腐蚀造成的停工和设备损坏，使经济遭受很大损失。因此，石油炼厂设备腐蚀是一个受到人们普遍关注的问题。引起常压塔腐蚀损坏的基本因素是原油中夹带的杂质（盐、硫、有机硫化合物和环烷酸等）。常压塔的腐蚀主要集中在常顶低温系统和塔底进料蒸发段，其中以常顶低温系统的腐蚀最为严重4-5。1.3.2 常压塔的腐蚀机理1.3.2.1 低温HCl-H2S-H2O腐蚀这种腐蚀主要发生在常压塔上部5层塔盘、塔体及部分挥发线（冷凝冷却器、油水分离器、放水管等）部位。一般气相部

19、分腐蚀较轻，液相部分腐蚀较重，尤以气液两相相交部分即“露点部位”腐蚀最为严重。据有关资料统计，在无任何防腐措施时，碳钢腐蚀率高达2mm/a，腐蚀最严重的是冷凝冷却器，腐蚀率最高可达20mm/a。引起HCl-H2S-H2O腐蚀的主要原因是原油中含盐。在原油加工过程中，原油中的MgCl2和CaCl2加热水解生成强烈的腐蚀介质HCl，其反应式为当原油中含有硫酸盐、环烷酸或某些金属元素时，温度低于300氯化钠便会水解：NaCl+H2ONaOH+HCl水解生成的HCl和硫化物遇热分解生成的H2S随挥发油气一起进人塔顶及冷凝冷却系统。HCl和H2S在处于干态时对金属无腐蚀。当含水时（塔顶冷凝冷却系统冷凝结

20、露出现水滴时），HCl即溶于水形成腐蚀性十分强烈的稀盐酸腐蚀环境，再加上H2S就会构成循环腐蚀，其反应式为1.3.2.2 硫及硫化物腐蚀原油中存在的各种硫化物（硫化氢、硫醇、单质硫、硫醚等）只有活性硫化物才能产生腐蚀作用，活性硫化物是由非活性硫化物受热分解所产生，当温度在350400时腐蚀最严重。在常压塔中硫的含量为0.67%（质量），运行温度在350 左右。当温度在240425 时就会出现高温硫的均匀腐蚀，当温度在340425时会发生严重腐蚀。高温硫腐蚀不仅与原油中活性硫化物的含量有关，还与温度、管内介质流速有关系，通常温度越高，流速越大，腐蚀也越严重。因此，高温硫化物对设备的腐蚀影响因素主

21、要有活性硫化物含量、硫化物形态、使用温度、流速及设备材质等。原油中的硫含量通常是指总硫含量，由于不同原油所含硫化物的组成相差较大，即使总硫含量相近，在加工过程中生成的活性硫化物的形态和含量也可能出现很大差别，另外由于硫化物分子量不同，在不同馏分中所富集含量也可能差异较大，从而导致不同部位其腐蚀程度也不同。活性硫化物如H2S、硫醇和单质硫的腐蚀反应通常在350400时可分解出元素硫，其反应比H2S更强，使腐蚀反应更激烈。温度是高温硫腐蚀的主要影响因素之一，随着温度的升高，腐蚀逐渐加重。其影响表现在两个方面，一是温度高促进了硫、H2S、硫醇等与金属的化学反应；二是温度高促进了原油中非活性硫的热分解

22、。高温硫化物的腐蚀特点是开始时较快，经过一段时间后，金属表面会生成一层致密的FeS或铁铬尖晶石（FeCr2S4） 保护膜，对金属有定的保护作用，使腐蚀速率下降。而管内流速高，或在三通、弯头、大小头等容易产生涡流和湍流的地方，金属表面保护膜容易被冲刷脱落，露出金属表面，发生新的腐蚀，使腐蚀率大大提高。介质的流速越高，金属表面上由腐蚀产物FeS形成的保护膜越容易被冲刷而脱落，因界面不断被更新，金属的腐蚀也就进一步加剧，称为冲蚀。1.3.2.3 高温环烷酸腐蚀环烷酸是原油中主要的有机酸之一，它是直链烷基环烷烃羟酸（CnH2n-1COOH）。低分子量的环烷酸是环戊烷衍生物，较高分子量的环烷酸是二环、三

23、环，甚至是多环的。环烷酸分子量高低差别很大，沸点范围大约在176.7343之间，密度为0.931.02。在有水蒸气存在时易挥发，不易溶于水，溶于石油烃中。此类腐蚀主要发生在高温重油部位，如减压塔、减压汽提塔及相应的管线、泵、阀门、换热器等。高温环烷酸腐蚀发生在液相，但在气液两相的交变部位、在流速冲刷区及产生涡流区腐蚀最为严重。环烷酸在220以下腐蚀很轻，在沸程270280时最为严重，主要机理是环烷酸与铁生成油溶性的环烷酸铁，此后温度再升高，腐蚀又重新加剧，这时环烷酸不但与铁反应生成环烷酸铁，并且破坏硫化物形成的金属保护膜。而且，环烷酸铁可进一步与系统中的硫酸氢反应生成酸，生成的酸又引起下游设备

24、的腐蚀，如此形成腐蚀循环，加剧对设备的侵害。因此高酸值比高硫原油腐蚀范围更广，主要反应如下：2RCOOH+Fe=Fe(RCOO)2+H22RCOOH+FeS=Fe(RCOO)2+ H2S生成的Fe(RCOO)2为油溶性腐蚀物质，腐蚀产物被油流带走，因而环烷酸腐蚀的痕迹是金属表面清洁、光滑无垢。在液流的高温、高流速区域，环烷酸腐蚀呈顺流向的锐边流线状沟槽，在低流速区域，则呈边缘锐利的凹坑状。1.3.2.4 烟气低温露点腐蚀随着节能工作的不断发展，要求加热炉的排烟温度越来越低，但是烟气中的硫在低温条件下会对余热回收设备的换热面产生强烈的低温露点腐蚀，低温露点腐蚀已成为降低加热炉排烟温度、提高热效率

25、的主要障碍。此类腐蚀发生在加热炉烟气系统的低温部分，如空气预热器。由于本装置混炼原油不断增加，燃料油中的硫化物也不断增加，而燃烧主要生成SO2，其中有部分生成SO3，SO2和SO3在露点以下便转变成亚硫酸和硫酸。因烟气中有蒸汽的存在，当烟气温度低于酸露点温度，预热器的表面就会有酸液析出。当氯化物燃烧生成的HCl在露点温度下会使酸性介质腐蚀加剧。此外烟气中还会有大量的CO、HCN、CO2、NO和蒸汽。在如此多的露点酸影响及作用下，导致翅片板腐蚀穿孔而失效。与此同时，硫酸蒸汽还会粘附烟气中的灰尘形成不易清除的粘灰，使烟气通道不畅甚至堵塞。1.3.2.5 其他腐蚀因子原油中所含的腐蚀性不纯物甚多。经

26、加热炉的高温后可能释放出的腐蚀因子也很多，其中以有机酸、含氮不纯物所释放出的氨(NH3)最为常见。氨(NH3 )的腐蚀：氨与氯化氢作用生成氯化氨(NH 4Cl)，氯化氨的饱和溶液极具腐蚀性；硫化氢腐蚀的地方若有氨存在，腐蚀将变得严重，尤其它们的摩尔浓度比大于1(NH3/H2S)时，硫化氢水解的第二步被阻止，腐蚀产物变得不具有保护性5-10。1.3.3 常压塔的防腐措施1.3.3.1 消除HCl-H2S-H2O型腐蚀的措施目前普遍采取的工艺防腐措施是：“一脱三注”。实践证明，这一防腐措施基本消除了氯化氢的产生，抑制了对常减压蒸馏馏出系统的腐蚀。（1） 脱盐 常压塔顶腐蚀的根本原因是由于原油含盐，

27、电化学腐蚀速率主要取决于冷凝水中的HCl 浓度，而HCl 浓度又主要取决于原油中MgCl2与CaCl2 的含量，为了降低HCl 生成量，有效地控制腐蚀，必须对原油进行脱盐处理，使含盐量3mg /L，Cl- 40mg/ L。（2） 注氨水 注碱不可能完全抑制HCl 气体，用氨水来中和HCl，NH3 与HCl 生成NH4Cl，氨还能保持塔顶冷却系统呈碱性，使缓蚀剂较好地发挥作用。（3）注缓蚀剂 缓蚀剂是能吸附在金属表面上、形成单分子层的抗水性保护膜，使腐蚀介质不能与金属表面接触，从而保护金属表面不受腐蚀。（4） 注碱水 将冷凝水的酸性降低，降低腐蚀速度，注碱效果十分显著，通常可使HCl 发生量减少

28、90% 左右。1.3.3.2 高温部位硫腐蚀的防腐措施高温部位硫腐蚀的防腐措施主要是材质升级和系统腐蚀检测。在材料方面，国外实验研究证明，在538以下含铝6%的铝铁合金抗硫化氢和硫腐蚀的能力同含铬29%的合金钢相当，一般粉末包埋渗铝含量可达30%左右，使用渗铝钢可以有效地解决高温硫和硫化氢的腐蚀问题。国外一些实验也表明，对于高温硫化氢，316L的耐蚀性最好，渗铝钢耐蚀性能优于188不锈钢。在系统腐蚀检测方面，包括腐蚀介质理化分析、腐蚀速率挂片检测、腐蚀定测厚等，其中尤其重要的是不停车高温点测厚，它是防止安全事故的有效手段。除了高温产生的硫腐蚀外，硫化氢的浓度以及介质的流速都会对设备的腐蚀产生很

29、大的影响。一方面，硫化氢的浓度越高，对设备的腐蚀性也就越强烈；另一方面，介质流速越高，硫化亚铁的保护膜也越容易脱落，导致结构表面不断地更新、金属结构的腐蚀也进一步加剧。因此，应尽量地避免热应力、液体停滞或者局部过热，在设备的结构上要使介质能够均匀地流动和分配，减少流向剧变和形成低压区，减少冲蚀。1.3.3.3 高温部位环烷酸腐蚀的防腐措施（1）混炼 将不同酸值的原油通过混合使原油的酸值（KOH）控制在0.5mg/g以下，这样可以避免环烷酸的腐蚀。另外，也可以通过将高酸值原油与低酸值原油交替加工的方法来有效降低环烷酸的腐蚀。因为在加工低酸值原油时，高温部位的设备表面可能会产生一层保护膜，这层保护

30、膜能够有效减慢环烷酸的腐蚀。在加工高酸值原油时，保护膜受到一定程度的破坏，在它还没有被完全破坏时，往往就又开始了低酸值原油的冶炼，所以可以达到减轻环烷酸腐蚀的目的。国外也有炼油厂混炼后原油酸值控制在0.3mgKOH/g以下，但原油混炼并不能彻底解决问题。（2）碱中和 过去炼油厂加工高酸原油多采用碱中和的方法。碱中和可以降低各馏分油的酸值，从而控制环烷酸腐蚀。但由于注碱会导致催化裂化催化剂中毒，因此目前多数炼油厂不采用这种技术。（3）材质升级 材质升级是控制高酸原油腐蚀的一个有效途径。在高温部位采用316L材质或碳钢+316L复合板，使用效果良好。为防止高温腐蚀，国内炼油厂还大量采用了渗铝钢产品

31、。针对高酸原油对高温部位阀门封面的腐蚀问题，采用SF5T合金堆焊阀门密封面，取得了良好的防护效果。一般来说，碳含量大的材料容易遭受腐蚀，而Cr、Ni、Mo等对于增加材料的抗腐蚀性比较有利。（4）缓蚀剂技术 高温缓蚀剂以高分子量、高沸点有机聚合物为原料，其中的极性基团在温度较高时可以吸附在金属材料的表面， 从而形成吸附性保护膜，使金属材料免遭腐蚀。另外，部分缓蚀剂也可与环烷酸直接发生作用，生成环烷酸酯。而环烷酸酯则可以在金属材料的表面建立起吸附平衡，从而将环烷酸等有机酸与金属表面隔离，以达到保护材料的目的。国外在应用这类缓蚀剂抑制环烷酸腐蚀方面的研究有近50年的历史，早期主要以胺和酰胺为主，但由

32、于这类缓蚀剂在高温下易分解，因此逐渐被其他品种所代替。近年来，国外的研究主要以耐高温的磷系和非磷系缓蚀剂为主。缓蚀剂的使用温度一般在120以下，塔顶注入量一般为10ppm 左右。从目前的实验室评价结果来看，以WS1 和7019两种缓蚀剂比较适用生产需要。使用缓蚀剂增加了额外的费用支出，如果连续使用，一个炼油厂每年可能要花费数十万甚至数百万人民币，因此应当仅在需要的时候注入缓蚀剂。通常采用腐蚀探针监测腐蚀速度，如果腐蚀速度超过许可的范围，就应加入缓蚀剂。1.3.3.4 在线监测技术依靠数据采集技术和数值成像技术的发展，并将其应用在常减压蒸馏装置的腐蚀与防护生产中，形成了在线监测技术。杨欢等人将腐

33、蚀在线监测技术应用于减压填料塔中原料油的腐蚀性监测，并以此来分析装置内部的结构腐蚀情况及影响因素。研究过程中，研究人员通过监测冷凝水的pH值、Cl-和H2S的质量浓度、水中铁离子的含量以及油品来间接地检测装置内部结构的腐蚀情况。另外，还通过定期的监测特殊部位的壁厚实现装置腐蚀情况的直接检测。腐蚀在线监测技术是在设备的运行过程中，对设备的腐蚀或者破坏进行连续的系统测量，其目的是在不影响系统正常运行的情况下发现设备的腐蚀情况，了解腐蚀控制效果，迅速、准确地的判断设备的腐蚀情况和存在的隐患，以便研究制定出恰当的防腐蚀措施。目前，油气田工业生产系统较为广泛的在线腐蚀监测方法有电阻法、电感法等方法。向敏

34、等人采用混合结构系统分析和计算腐蚀在线监测系统的可靠性，建立了能够应用于计算系统可靠性、系统平均寿命等的可靠性模型，在实际应用中具有一定的指导意义和实用意义。作为腐蚀在线监测技术的核心，电阻探针的检测精度会在很大程度上影响在线监测的效果。因此，研究制约电阻探针测量精度的因素，提高其在腐蚀在线监测的精度具有很强的现实意义。研究人员使用同一种特定的溶液对以1 Crl8Ni9Ti钢、Cr5Mo钢和20#碳钢等为材质的三种探针的性能进行了实验。实验发现，三种探针获得的测量数据与实际情况均有一定的差距。需要对探针进行一定的修正。通过对腐蚀在线监测技术的工作机理的研究，研究者发现通过筛选高温高压密封胶、改

35、进探针焊接质量、改进探针防护导流帽、使用弯头电阻探针以及改进通讯转换器灵敏度的方法，可以实现电阻探针在腐蚀在线监测过程中的使用精度10-14。1.3.3.5 其它防腐措施（1）渗铝钢 渗铝是在普通碳钢或其它钢材表面通过一定工艺方法形成一层铝铁合金的表面处理方法，处理后的材料叫渗铝钢。渗铝钢具有抗高温氧化、耐腐蚀、抗磨损等特性。同时保持了原材料的机械性能，在很多使用环境中可以代替昂贵的不锈钢和耐热钢。从造价上看，渗铝钢的价格是碳钢的1.5倍，是1 Crl8Ni9Ti不锈钢的1/4。目前，我国渗铝设备可以加工的工件长为9m、最大直径为0.6m。对于塔内件和塔盘采用渗铝既经济又防腐。渗铝钢之所以没有

36、得到广泛应用是因为钢材渗铝温度在1000左右，此时钢材处于奥氏体区，由于冷却速度不同，母材可能出现各种不同的组织。对于中、高合金钢而言，这个过程易产生相变引起机械性能变化，如果性能变坏，必须对渗铝钢母材的强度韧性进行重新评价，以防事故发生。（2）喷铝 喷铝是利用燃烧能把铝丝（棒）或粉状材料加热到熔化或软化状态，进而雾化，使其加速沉积在已经预处理（除油和喷砂）的基材表面形成保护层。喷铝层具有耐腐蚀、耐磨、耐高低温等性能。铝涂层之所以能防腐是因为在铝表面形成一层稳定的氧化铝薄膜，这种钝化特性使其在许多酸性溶液中都有优良的耐腐蚀性，但对于大面积喷涂由于施工质量无法保证容易产生剥离现象。在酸性介质中由

37、于氧化铝的电位比金属电位高，将会产生金属阴极电化学腐蚀使塔壁穿孔的现象，也就是孔蚀。孔蚀是一种破坏性大而又难以及时发现的一种腐蚀。因此，在设计常压塔时一般不采用喷铝的方法来防腐5。1.4常压塔装置的优化改造1.4.1 常压蒸馏装置存在问题常压蒸馏装置是化学工业中必不可少的装置，它是利用液体混合物沸点不同，将混合物进行分离。我国常减压蒸馏装置在运行时存在着一些问题：（1） 初馏塔拔出率低，蒸出油品颜色深。（2） 常压塔分离精度不够，浮阀塔盘的分离效率低，操作弹性小，致使所得产品分离精度降低，侧线馏分重叠较为严重。（3） 换热系统压降大、换热流程不合理，造成原油脱前温度、原油进初馏塔温度、拔头油换

38、热终温均低于原设计点，装置热回收率降低，能耗升高。特别当处理量增大后，减渣流程的热容流率成倍增长，换热器的面积相对偏小。一方面常压重油的热量不能有效取出，同时，换热器能量浪费极大。1.4.2 常压蒸馏装置的优化改造1.4.2.1 初馏塔的技术改造根据存在的问题及在生产中的作用，初馏塔改造以提高加工量为主要目的。由于原油的处理量较大，塔盘间距较小，容易发生雾沫夹带，所以初馏塔的技术改造必须更换新型高效塔盘，才能实现扩能目标。通过大量的技术调研以及对几种新型塔盘的比较，采用梯形立体传质塔盘具有优势。这种梯形立体传质塔盘突破了传统塔盘的鼓泡传质的形式，将气、液传质区域发展到罩内、罩顶、罩间的立体空间

39、范围，塔盘的空间得以充分利用。其外观为矩形结构，由塔盘、喷射罩、分离板组成。罩顶分离板使得雾沫夹带量大幅度减少，有利于生产能力的提高,最大生产能力是浮阀塔盘的2倍，具有通量大、效率高、操作弹性大及压降低等诸多特点。初馏塔改造是梯形立体传质塔盘首次在高黏度、C0 以上生产条件下使用。此外，通过采取增大初馏塔塔盘开孔率，可解决了常减压蒸馏装置加工轻质原油时存在的运行问题。1.4.2.2 常压塔的改造常压塔的改造是以提高塔盘的分离效率，提高产品质量，确保产品质量稳定为主要目的。改造部分可以采用压降小、分离精度高的具有两个导向孔且前端阀腿稍长的导向浮阀塔盘，它排布在塔板两侧、液体进口端及中间部位，以消

40、除塔板上的液体滞止区和塔板上的液面梯度，充分发挥了导向浮阀具有的处理能力大、效率高和操作弹性良好的特点，使产品分割清楚，重叠减少；压力降降低；产品质量、轻油收率比改造前有较大提高。常压塔过气化油通过集油箱随常四线全部抽出后，可以返回常压塔，也可以不返回常压塔，这样可以控制过气化率。通过控制过气化油的流量可以控制常压炉的初底油出口温度，这对控制装置的能耗是很重要的。1.4.2.3 换热网络的优化改造换热网络设计的好坏直接影响到装置的能耗水平和冷换设备的选用。常减压装置原有热量没有得到有效利用，主要表现在换热终温只有265270。常压换热流程改造，研究人员对所有冷热物流匹配进行重新设计。在提高热量

41、回收效率的同时，重点解决原油流程压降问题。运用窄点设计方法，将流程分为吸热部、放热部两部分分别进行设计。在窄点处，依据窄点处物流匹配原则进行了局部调整，增加一组原油与常压重油换热器，将一中换热器与二、三线换热器由并联改为串联，以减少通过窄点传递的热量。在远离窄点区尽量保持原流程不动，根据所需换热量大小，选择调整换热器型号，增大换热器面积，以满足换热要求。1.4.2.4 加入定量活性添加剂目前提高蒸馏馏分油拔出率主要是依靠改进塔内构件、优化操作条件以及采用先进的控制手段，但这一切均需较大的资本投入。近年来的研究表明，在原油中加入一定量的活性添加剂，可以改善原油加工条件，强化原油蒸馏，提高馏分油收

42、率。在常压蒸馏过程中，通过向原料中加入强化剂，使其处于活化状态，从而提高轻质油收率，改善产品质量。关于强化剂强化原油蒸馏的机理，初步归纳为石油分散体系的胶体结构机理、表面张力机理和阻聚机理。根据目前各炼油厂的需要，采用常压蒸馏强化技术，简单易行，对现有生产流程、操作条件、设备无需进行大的改动，只需要增加注剂泵、添加剂储罐和相应的管线即可，具有技术经济可行性15-17。1.5结语本次设计主要是针对年处理量125万吨大庆原油的常压设计。原油常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，

43、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。本次设计计算的主要内容是探讨各种馏出产品的性质，塔顶及侧线温度假设和回流热分配，各塔板层气液相负荷以及塔设备的工艺计算。2常压塔计算部分大庆原油常压切割方案及产品性质设计计算任务：处理量125万吨/年，8000小时计（开工330天）/年2.1 基础数据处理表2.1 已知各侧线部分性质为馏分d420API0恩氏蒸馏 0% 10% 30% 50% 70% 90% 100%汽油煤油轻柴油重柴油重油0.72880.77250.80060.82000.8683

44、6350.544.240.168 90 113 124 134 148 162171 179 190 197 204 217 231216 240 270 286 304 331 351293 342 368 385 398 418 437287 400 454 5282.1.1 体积平均沸点 由公式tv=得汽油馏分tv=121.8同理 煤油馏分tv=197.4 轻柴油馏分tv=286.2重柴油馏分tv=382.22.1.2 恩氏蒸馏曲线斜率由公式 斜率=/%得汽油馏分斜率=0.725/%煤油馏分斜率=0.475/%轻柴油馏分斜率=1.1375/%重柴油馏分斜率=0.95/%2.1.3 立方平

45、均沸点由公式tcu=tv-且可由tv和S1090%查教材10平均沸点温度校正图，得到，于是：汽油馏分 tcu=121.8+1.8=123.6煤油馏分tcu=197.4+1=198.4轻柴油馏分tcu=286.2+1=287.2重柴油馏分tcu=382.2+1=383.22.1.4 中平均沸点由体积平均沸点tv和恩氏蒸馏曲线斜率S1090%查教材平均沸点温度校正图，得汽油馏分tme =121.8+4=125.8煤油馏分tme =197.4+2=199.4轻柴油馏分tme =286.2+5=291.2 重柴油馏分tme=382.2+3.8=3862.1.5 各馏分分子量M由比重指数和中平均沸点查教

46、材图2-12，得汽油馏M=117，煤油馏分M=166，轻柴油馏分M=250，重柴油馏分M=380。2.1.6 特性因数K由比重指数和中平均沸点查教材图2-12，得汽油馏分K=12.28，煤油馏分K=12.18，轻柴油馏分K=12.42，重柴油馏分K=12.80。2.1.7 平衡汽化温度汽油馏分：已知恩氏蒸馏数据：0% 10% 30% 50% 70% 90% 100% 68 90 113 124 134 148 1622.1.7.1 换算50%点温度恩氏蒸馏1070%斜率=0.733/% 查教材图5-8得 平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=-9.8 于是平衡汽化50%点=124-9.8=114.22.1.7.2 由教材图5-9查得平衡汽化曲线各段温差曲线段恩氏蒸馏温差平衡汽化温差010%2291030%2313.53050%1155070%1047090%14690100%1442.1.7.3 由50%点及各段温差推算平衡汽化曲线的各点温度30%=114.2-5=109.2 70%点=114.2+4=118.2 10%点=109.2-13.5=95.7 90%点=118.2+6=124.2 0%点=95.7-9=86.7 100%点=124.2+4=128