3_常减压蒸馏装置换热网络的操作优化_梁虹(1)

1 优化换热网络的理论基础
( 1)英国 P rocess In teg ra tion L td. ( P IL) 公司的热集成优化技 术, 是基于模拟退火随机算法 ( sim - ulated annealing stochastic a-l gor ithm ) [ 1] , 可同时改变 常减 压装 置的众 多自 由度, 并考 虑常 减 压装置的各种约束条 件, 包括水力学约束 ( 防止液泛 ) 、产品 约束 ( 保证产品质量和流量 )和 换热网 络约束 (如 最多改 变换热 器个
常二中流量 / ( m3 / h)
72
常二中返塔温度 /e
190
常一中流量 / ( m3 / h)
93
常一中返塔温度 /e
122
常顶循流量 / ( m3 / h)
87
常顶循返塔温度 /e
85
常顶冷回流量 / ( m3 / h)
28
脱后原油 A路流量 /(m 3 /h) 160
脱后原油 B 路流量 / ( m3 /h ) 160
214
240
预 - 1(常三一次 )
200
500
预 - 2(减一一次 )
387
500
( 4)优化方案对不同原油品质的适应性 常减压精馏系统进 料波 动较 大, 时 常需 要处 理不 同品 质的 原油。基于此原因, 需要 验证优 化改 造方 案在处 理不 同油 品时 的效果。因此验证工作在以下三种 原油上进 行: 沙 中原油, 索鲁 士 - 伊重混合原油 ( 1z 1), 索鲁士 原油。原操 作工况 及模拟优 化操作方案在处理各种 原油时 的换热终 温见 表 3, 从 中看 出, 推 荐方案在处理不同油品时, 均不同程度地 提高原油 换热终 温, 其 幅度与处理的原油轻重组分相关, 组分越 重, 换 热终温 提升幅度 越大, 故在实施 操作 优 化期 间装 置 改炼 沙 重原 油, 力 求与 2008 年 7月份装置标定时所炼油种性质相同, 以便于对比分析。
数、不能增加换热位置等 ), 保证优 化系统满足 各种实际要 求, 切 实可行。该优化适用 于对现 有过 程的 的改造, 模 型包 括分 馏塔 模型、换热网络模 型、经济 核算模 型和 水力学 模型 , 优 化方 框图 见图 1。该技术被证明能够 显著节省一般蒸馏过程的能 耗, 并且 可以做到同步优化 蒸馏 塔及换 热网 络系统, 这 种同 步优化 技术 可以取得比单独优化蒸馏塔或者换 热网络系统 更加显 著的节能 效果 [ 2] 。
拔头油 ( 换 13 / 2A B)
0. 500
0. 489
图 2 基于模拟退火算法的系统优化自由度
( 3)换热网络的 优化改造 一般是 通过 换热设 备改 造以增 加 换热量, 提高换热 终温, 节约 能耗。在 不添 加换 热设 备情 况下, 通过同步改变操作工 况, 如常减压精 馏塔中段回 流取热 比、出返 塔温差, 换热网络中副线开度, 流股分流器 开度等各 项措施 提升 换热效率, 最终达到提高换热 终温, 降低燃 料消耗。 在 A spen流 程模拟模型中计算了 换热网络部分换热器 实施优化 调整后 需要
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3# 常减压蒸馏装置换热网络的操作优化
梁虹
( 中国石化股份有限公司茂名分公司, 广东 茂名 525011)
摘 要: 利用英国 P rocess Integration L td. ( P IL )公司 最新的原油精馏系统优化技术, 对茂名分公司 3#常减压蒸馏装置换热网络
表 2 流 股分配器操作 (优化方案 )
流股分支
原工况
优化工况
减渣油 ( 换 13 /1A B) 原油 (换 1 /A B)
0. 350 0. 500
0. 366 0. 814
电脱盐后原油 ( 换 13 / 5CD )
0. 566
0. 596
电脱盐后原油 ( 换 13 / 5A B)
0. 411
0. 398
10
160
换 4 /2(常一中二次 )
28
160
换 4 /3(常一中三次 )
107
160
换 5 /2(常二二次 )
30
160
换 6 /2(常二中二次 )
15
215
换 7 /3(常三三次 )
36
105
换 8 /2(减二回流二次 )
93
160
换 9 /1(减二一次 )
34
210
换 9 / 2A B( 减二二次 )
262
320
换 9 /3(减二三次 )
95
120
换 10 / 1A B( 减二中一次 )
177
320
换 12 / 1AB ( 减四一次 )
91
240
换 12 /2(减四二次 )
0
90
换 12 /3(减四三次 )
0
120
换 13 / 4CD ( 渣油四次 )
227
250
换 13 / 3CD ( 渣油三次 )
图 1 热集成常压塔蒸馏系统优化方框图
作者简介: 梁虹, 工程师, 1995年毕业于华东理工大学有机化工专业, 现从事炼油生产管理工作。 E - ma i:l mm lhong@ 163. com
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( 2)优化自由度 如图 2所示, 包括分馏塔 进料温度、回流比、 中段回流量、中段回 流温 差、操 作压 力、通入气 提蒸 汽量 以及 换 热网络结构和操作自 由度等。
通过调整常二中、常一 中的 取热 量, 减少 塔顶 冷回 流量, 在 原油温度、常压炉出 口温度 基本 不变情 况下, 提 高换 热终温 (原 油进常压炉温度 )。 经过 半 年时 间 的 数据 采 集, 建 立与 实 际系 统 /装置操作状况相 符的数学模型, 于 2008年 12月完 成了操作 优化方案设计, 使工 况向优化方向调整, 并于 2009年 1月份完成 优化实施。具体实施分两个阶段进行:
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点控 ( 165 ? 5) e , 常顶油干点改控 ( 165 ? 5) e 。 在调整过程中, 常压炉 出口 温度 控制在 360e , 调 整前后 关
键点的数据对比见表 4 。
表 4 1月 6日 ~ 1月 9日优化调整前后关键点数据对比
项目
优化 6、7 日优 优化 8、9日优 调整前 化调整后 调整前 化调整后
的换热面积及流股分 流器的比率。具 体见表 1, 表 2。再依 据表 中数据调整换热器副 线开度或停开换热器, 满足优化条件。
表 1 换热网络副线开度 操作情况 (优化方案 )
换热器位号
需要换热面积 /m2 现有换热面积 /m 2
换 2 /A B( 常循一次 )
366
450
换 4 /1(常一中一次 )
进行建模及优化操作 。结果表 明, 通过优化常压塔中段取热分配, 将常 顶冷回 流量降 到几乎 为零, 原油换 热后温 度提高了 7e , 实现 了能量回收最大化。
关键词: 常减压装置; 热集成; 优化; 换热网络; 换热后温度
Operation Optim ization of the H eat E xchange N etw ork in the No. 3 A tmospheric and Vacuum D istillation Unit
K ey w ord s: atmospheric and vacuum un i;t heat intergration; optim ization; heat exchange netw ork; tem perature a-f ter heat ex change
在炼油行业中, 原油的常减压蒸馏 是最主要 的分离 过程, 其 能耗在整个炼油 工艺 过程中 除催 化裂化 外是 最大 的, 存 在着 能 源利用状况不 合理等 现象。如 何改 善系统 的用 能状 况, 提高 常 减压换热网络的运行 效率, 将直接影 响企业的经 济效益, 因 此换 热网络的优化运行对 降低全厂能耗具有 极其重要 的意义。 茂名 分公司 3# 常减压蒸馏装置于 1990年 9月建 成投产, 设计处 理能 力 为 250万吨 /年。装 置先后 进行 过四 次大修, 能 耗明 显降低。 但是, 随着茂名分公司加工原油性质 逐渐趋向劣 质、重质化 的变 化, 使得常减压蒸馏装置原换热网络 无法满足生 产需要, 原 油最 终换热温度仅为 255e 左右, 加重 了常 压塔和 加热 炉的负 荷, 产 品边界温度上升。针对常减压 装置换热网 络的特点 及存在 的问 题, 中国石化把茂名 分公司 原油 精馏 系统优 化项 目作为 一次 试 点。该项目 应用英 国 P rocess Integration L td. ( P IL )公 司最新 的 原油精馏系统优化技 术, 并由 P IL 公司 与石化盈 科一起 负责, 共 同承担优化任务, 对茂名分 公司 3# 常 减压 精馏系 统及 其换热 网 络进行操作优化设计 。
冷进料流量 / ( m3 / h)
ห้องสมุดไป่ตู้
90
82
106. 5
120
196
72
75
116
190
185
130
93
125
85
原操作工况及模拟优化操作方案在处理各种原油时的换热终温见表荐方案在处理不同油品时均不同程度地提高原油换热终温幅度与处理的原油轻重组分相关组分越重换热终温提升幅度越大故在实施操月份装置标定时所炼油种性质相同以便于对比分析换热网络的优化改造一般是通过换热设备改造以增加换热量通过同步改变操作工况如常减压精馏塔中段回流取热比塔温差换热网络中副线开度流股分流器开度等各项措施提升换热效率最终达到提高换热终温降低燃料消耗spen程模拟模型中计算了换热网络部分换热器实施优化调整后需要的换热面积及流股分流器的比率
第一阶段: ( 1) 2009年 1月 6日 18: 30时按照常顶做乙烯料, 且干点控 ( 170 ? 5) e 进行操作调优。 ( 2)优化常压塔中段回流取热分配, 增加中段 回流取热。在 产品质 量合格的 前提下, 先 按 5m3 /h左 右的速 度逐渐 增加常二 中回流量, 增大取热 , 减小常顶冷回流量; 操作平稳后, 按 10m3 /h 的速度逐渐增加常一中回流量, 降低常顶 冷回流量; 直 到中段回 流量达到设定值或操作受到限制为止。 ( 3)维持常压塔取热负荷分配比例, 提高各中段 回流返塔温 度。在产品质量 合 格的 前提 下, 分 别 调整 常 顶回 流、常 一 中回 流、常二中回流返塔 温度设定值, 调整 过程中要 注意观 察常压塔 的操作是否有异常 及常 压塔是 否出 现液泛 现象, 确 保装置 的稳 定操作和产品质量。 ( 4)根据观测到的换热器温度实时数据, 为保证 最大程度的 回收热量, 调整脱 前原 油、脱后原 油及 拔头油 的分 支流 量, 减小 或增加各中段回流相关换热器的副线开度。 ( 5) 2009年 1月 7日 16: 30时按初顶改做乙烯料, 初顶油 干
LIAMG H ong ( M aom ing B ranch, Ch ina P etro leum & Chem ical Co. , L td. , Guangdong M aom ing 525011, Ch ina)
Abstract: T he latest opt im ization techno logy for crude o il rectify ing system of B rit ish P rocess Integrat ion L td. ( P IL ) w as em p loyed in the m odeling and optim ized operation of the heat exchange netwo rk in the No. 3 atm ospheric and vacuum dist illation un it o f Ch ina Petroleum & Chem ical Co. , L td. M aom ing B ranch. T he results show ed that the crude o il tem perature raised by 7e a fter heat exchange and m ax im izes the energy recovery by optim izing the m iddle section heat distribut ion of the a tm ospheric tow er and reduc ing the top co ld reflux to alm ost zero.
表 3 处理不同油品 原油换热终温
原工况 /e 模拟优化方案 /e
沙重油 (装置在炼油品 )
261. 7
265. 9
沙中油
264. 1
269. 4
索鲁士 - 伊重混合油 ( 1z 1) 268. 7
275. 3
索鲁士油
266. 4
274. 2
差值 /e 4. 2 5. 3 6. 6 7. 8
2 常减压换热网络优化调整