常减压装置的全流程模拟

常减压装置的全流程模拟

镇海炼化公司生产处郑文刚

【摘要】本文介绍了使用Petro-SIM V3.0桌面炼油厂模拟软件构建公司Ⅰ常减压装置的主要过程，通过分析模型的优缺点,并结合当前加工新油种的需求,给出了模型的几个应用实例，从而表明严格精确的模型能够明显提高生产运行和管理水平。本文最后探讨并给出了进一步完善该模型的措施和建议。

一、前言

在炼油厂中，常减压装置处于加工链的最上端，常减压装置因为加工量大，加工方案和加工油种经常改变，因此确保常减压装置的稳定优化操作对于炼油企业总体技术经济指标以及下游装置来说意义重大。随着现代计算技术的突飞猛进，使用软件来模拟蒸馏过程的技术也已经日益成熟。目前设计部门已经普遍采用模拟软件来设计常减压装置，而生产、计划、调度、质检等部门也逐步开始使用这类工具指导和预测日常生产，分析和故障排除。可以预计在不久的将来，软件模拟技术将在各炼厂得到迅速推广和应用。

二、模拟软件简介

目前大型通用模拟软件有Aspen Plus，Aspen Hysys，SimSci ProII以及KBC Petro-SIM。这些软件在模拟蒸馏设备方面都很成熟，而且各有优点。本文采用KBC Petro-SIM软件进行常减压装置的全流程建模。因为采用这个软件能够很方便地预测原油及产品的性质分布，而这对于生产运行而言是比较重要的。

三、原油评价数据的合成

本文采用镇海公司原油评价数据为准，因为公司内部的原油评价数据各窄馏分分析数据有重叠，如果直接采用Petro-SIM系统提供的原油合成功能误差较大。为此本文另辟蹊径提出了在流程图环境中合成原油评价的新方法。经过验证，这个方法准确，可靠。由于流程图环境的数据可以和Excel交互，通过进一步开发Excel原油评价数据输入界面，可使合成原油评价数据的工作迅速而简便。

新方法分成三个步骤，第一步是在Excel中输入原油评价中的窄馏分数据，然后把数据传递到模型中；第二步使用spreadsheet把数据传递给Refinery to Crude模块，该模块负责合成输入的各窄馏分，比如石脑油，煤油，柴油，蜡油和渣油等；第三步是用Component Splitter 切除窄馏分的重叠部分，然后把结果即无重叠的各窄馏分再混合形成最终的原油评价数据。

这种方法的优点是方便快速，无需专门的原油数据库来支持，并且可以利用各公司自己的原油评价数据来合成原油评价数据，而不必严格按照系统提供的输入格式提供原油评价数据，准确性也能得到保证。缺点是合成的原油评价数据不能很方便地拷贝给其他用户使用。

伊朗轻油评价数据合成数据

API度32.3532.65

密度20℃ kg/m3859.4856.1

运动粘度50℃ mm2/s 5.56 5.38

硫含量W% 1.49 1.36

氮含量mg/kg17421791

特性因数 K 11.911.53

4.54 4.57

残碳 W%

在Petro-Sim 中合成伊朗轻油的原油评价数据。合成后的TBP 曲线和原始数据对比见下图，可见合成的评价数据很接近实际评价数据。

四、常压塔建模

采用严格逐板法模拟常压塔，收敛规定变量取常压塔各侧线干点，各中段回流取热量以及温差。在常压塔建模过程有几个关键问题值得深入探讨。它们分别是：塔板效率，塔顶冷凝罐温度，塔顶回流罐压力，塔顶回流比，中段回流取热量，常压炉出口温度，各侧线流量和产品质量的合理设置。下面分别就这些关键问题给出解决方案。

常压炉出口温度，根据实际生产来看，温度的变化范围很小，且基本保持恒定，所以在模型中设置常压炉出口温度保持369度恒定。

塔板效率，目前有两种近似的处理方法。一种是常压塔按实际板设置，然后调整每块板的莫菲利效率，直到塔板温度分布接近现场数据为止；另一种方法是把实际板数直接折算成理论板数，直到回流比和实际符合为止。因为常压塔塔顶的回流比受中段回流影响更大，所以在常压塔建模中，改变理论板数后，需要观察塔的过汽化率，如果产品质量都合格，但是过汽化率很大，那么表明需要增加理论板数，直到过汽化率在合理的范围内为止。本文采用第二种方法，因为相比第一种方法，塔的变量数明显减小，收敛的速度和稳定程度都明显增强。

塔顶压力和塔回流罐温度。压力和温度是相关的，改变压力会明显改变温度。如果想模型计算数据和实际匹配，需要做一些适当的考虑。目前也有两种处理方法来解决塔顶压力温度和现场匹配的问题。一是，改变原油数据库或在常压塔进料中输入甲、乙、丙烷等轻组分气体，这样做是考虑到原油中会携带一部分轻组分，而且在常压塔底会有少量的裂解；另一种做法是认为实际测量的塔顶回流罐压力不是真正的液体饱和蒸汽压，液体饱和蒸汽压和裂解气等轻组分分压的总和才等于实际测量的塔顶回流罐压力，所以需要在模型中调整实际压力，使得回流罐温度和实际匹配。本文采用第二种方法，因为这种方法更方便，无需额外合成一股轻组分。

塔顶回流比，在塔收敛后，且各组分产品质量都合格的情况下，调整各中段回流的取热

比例，直到塔顶回流比符合实际。

中段回流取热比，增加一个中段回流需要增加两个自由度，一般设置中段回流取热量和温差比设置中段回流量和温差更容易收敛。但是在建模过程中首先要根据标定数据，设置中段回流量和温差，因为这些参数都可以实际测量，塔收敛后再调整为中段取热量和温差。在随后的换热器组建模过程中，需用中段取热量来确定各换热器的UA。

各侧线流量和产品质量的设置，首先设置各侧线的流量，因为这样设置模型收敛速度快而且稳定。然后逐渐改变侧线流量，直到产品质量接近指标值，最后把收敛规定切换成产品质量约束。但常二线和常四线不要切换成质量指标约束，因为如果所有侧线都切换成质量指标约束，在加工油种切换后，塔很难收敛，所以在模型中应该适当放宽某些约束，以确保在换油和调整参数时能够收敛，当模型其它参数都调整到位后，再进一步收紧这些约束，以优化装置的操作参数。

常压塔的收敛规定如下表所示：

Item Unit Spec Value

Vap Prod Rate 500

Naphtha ℃ 165

Kesosene ℃ 240

Cut3 ℃ 368

Cut2 Rate Kg/hr 7.50E+04

Cut4 Rate Kg/hr 1.80E+04

SS1 BoilUp Ratio 0.500003149

TPA DelT ℃ 82

Top PA KJ/hr -31587072.28

1st PA DelT ℃ 40

1st PA KJ/hr -25666590.53

2nd PA DelT ℃ 99

2nd PA KJ/hr -49047272.43 收敛完成后常压塔的模型如下图所示：