常減壓蒸餾裝置原油泵至閃蒸塔入口段的控制方案分析

梁志勇

(中國石油烏魯木齊石化分公司，830019)

張 靖

(中國石油工程建設公司華東設計分公司，青島266071)

常減壓蒸餾工藝作為一個物理分離過程，它是根據(jù)原油中各種組分沸點不同，通過加熱、氣化、冷凝、冷卻等傳質、傳熱過程，將原油分離為不同用途的餾分產(chǎn)品，工藝技術已趨于成熟。近年來，隨著常減壓裝置工藝包的引進，帶來了新的裝置控制技術及設計理念，特別是自原油進裝置經(jīng)換熱后至閃蒸塔(或初餾塔)一段的控制流程不盡相同。

1 常見原油至閃蒸塔入口段流程及控制方案

根據(jù)換熱流程模擬計算，1 000 kt/a規(guī)模以上的常減壓蒸餾裝置大多采用多路(一般1～4路)換熱，流程基本相同：原油泵出口通過分流控制閥分支路換熱后合并進電脫鹽裝置，脫后原油再用分流控制閥分支換熱后合并進閃蒸塔(或初餾塔)，但控制方案略有不同。

1.1 方案一

原油泵出口分流閥與閃蒸塔底液位串級調節(jié)，在調整閃蒸塔底液位的同時保證兩路原油流量均勻，電脫鹽壓力只顯示不控制，電脫鹽罐的操作壓力依靠閃蒸塔前的管道和設備的阻力降來保證，脫后原油采用比例控制閥進行流量分配，確保兩路原油流量均勻，閃蒸塔入口管道不設控制閥，在流程中設置手閥增加管道壓力降，目前規(guī)模小于5 000 kt/a 的裝置大都采用該控制方案(見圖1)。

PI-壓力顯示；HIC-手動調節(jié)；F-流量；L-液位

1.2 方案二

原油泵出口采用比例控制閥進行流量分配，以保證兩路原油流量均勻，電脫鹽壓力只顯示參數(shù)，不設置控制措施，電脫鹽罐的操作壓力依靠閃蒸塔前的管道和設備的阻力降來保證，脫后原油設分流閥并與閃蒸塔底液位串級調節(jié)，在調節(jié)閃蒸塔液位的同時也調節(jié)控制兩路原油流量均勻，閃蒸塔入口管道不設控制閥(見圖2)。

圖2 方案二流程

1.3 方案三

原油泵出口分流閥與電脫鹽壓力和閃蒸塔底液位串級調節(jié)，在調整閃蒸塔底液位的同時保證兩路原油流量均勻和電脫鹽操作壓力在操作要求的范圍內，脫后原油采用比例控制閥進行流量分配，保證脫后原油兩路流量均勻(見圖3)。

P-壓力控制調節(jié)

1.4 方案四

原油泵出口分流控制閥與電脫鹽壓力串級調節(jié)控制，既保證兩路原油流量按比例分配，又可以保證電脫鹽罐有足夠的操作壓力，脫后原油流量分配閥和閃蒸塔底液位串級調節(jié)，此方案保證了脫后原油兩路流量均勻，也保證閃蒸塔底液位穩(wěn)定，閃蒸塔入口管道不設控制閥(見圖4)。

圖4 方案四流程

1.5 方案五

原油泵出口分流閥與閃蒸塔底液位串級調節(jié)，在調整閃蒸塔底液位的同時保證兩路原油流量均勻，脫后原油只采用比例控制閥進行流量分配保證兩路流量均勻，電脫鹽罐壓力依靠閃蒸塔入口處的壓力控制閥進行調節(jié)控制(見圖5)。

圖5 方案五流程

1.6 方案六

原油泵出口分流閥與閃蒸塔底液位串級調節(jié)，在調整閃蒸塔底液位的同時保證兩路原油流量均勻，脫后原油采用比例控制閥布置在換熱后段，閃蒸塔入口前的分支管路上，與電脫鹽壓力進行串級調節(jié)，閃蒸塔入口總管道不設壓力控制閥(見圖6)。

圖6 方案六流程

1.7 方案七

原油自泵出口分為3路，3路分流閥與電脫鹽壓力串級調節(jié)，保證各路原油流量均勻和電脫鹽罐有足夠的操作壓力，脫后原油采用比例控制閥將原油分為流量相等的兩路，閃蒸塔入口管路上設流量控制閥調節(jié)閃蒸塔底液位(見圖7)。

T-溫度顯示；AVG-平均比例控制

2 各控制方案的優(yōu)缺點分析

(1)方案一和方案二中電脫鹽罐沒有設置壓力控制，只能依靠后路壓降保證電脫鹽的操作壓力低于原油飽和蒸氣壓，因此不能實時進行調節(jié)。方案三、四和方案七中利用原油泵出口分流閥調節(jié)電脫鹽壓力，電脫鹽操作壓力的波動可能會影響裝置進料的波動。方案五在閃蒸塔入口設置壓力控制閥調節(jié)電脫鹽壓力，方案六利用脫后原油換熱分流閥調節(jié)電脫鹽壓力，這兩種方案可以調節(jié)電脫鹽操作壓力。

(2)方案一至方案四中脫后原油分流閥都設置在換熱前，自分流閥至閃蒸塔入口的換熱設備及管道沒有控制壓力設施，不能保證閃蒸塔之前、電脫鹽罐之后的設備和管道內部有足夠的壓力，因此上述方案存在由于壓力不足導致原油氣化量增加，使管道內結鹽或氣速上升到達臨界流速而引起管道振動的風險。

(3)方案六中脫后原油分流閥設置在換熱后合并進閃蒸塔前，保證了脫鹽罐后、分流閥前有足夠的壓力抑制介質的氣化，但由于無法保證閃蒸塔入口總管有足夠壓力，因此存在閃蒸塔入口總管由于氣化量較大導致管道內結鹽或氣速達到臨界流速而引起管道振動的風險。

(4)方案五和方案七均在閃蒸塔入口總管上設有調節(jié)閥，方案五調節(jié)閥根據(jù)電脫鹽后壓力變化進行調節(jié)，方案七調節(jié)閥以閃蒸塔底液位和進閃蒸塔流量進行串級調節(jié)，這兩種方案可通過閃蒸塔入口調節(jié)閥的憋壓保證閥前管道和設備內有足夠的壓力，很好地避免了由于系統(tǒng)內壓力低，氣相量大導致的管道結鹽或管道振動問題。

縱觀上述七個控制方案，國內設計和引進國外工藝包的控制方案均有采用，從防止管道結鹽或振動方面看，方案五和方案七的控制方案優(yōu)于其他方案。但隨著裝置規(guī)模的增大，裝置內管道的管徑較大，造成閃蒸塔入口的調節(jié)閥口徑大，增加了裝置的投資。

3 方案建議

從流程分析來看，原油自原油泵至閃蒸塔入口段的控制方案，應做到原油支路流量均勻、電脫鹽操作壓力、閃蒸塔底液位、閃蒸塔入口管道壓力等均能有效控制調節(jié)。通過上述方案比較可知：所有流程控制方案均能保證各路原油流量均勻和閃蒸塔底液位的控制調節(jié)，其中方案五和方案七對電脫鹽的壓力和閃蒸塔入口管道的壓力也能較好地控制。為控制閃蒸塔進料管道的調節(jié)閥設置造成總投資的增加，可以采用更加優(yōu)化的方案。在確保裝置安全生產(chǎn)的前提下，各控制方案可靈活調整，建議在換熱支路上設多個口徑較小的調節(jié)閥，控制流程如圖8和圖9 所示。

圖8中原油自原油泵出口分為兩路，采用分流控制閥與電脫鹽壓力串級調節(jié)控制，保證了兩路原油按比例均勻分配和電脫鹽維持足夠的操作壓力；脫后原油分為兩路進行換熱，換熱后采用分流控制閥與閃蒸塔液位串級調節(jié)控制，在保證脫后原油兩路流量均勻的同時也控制閃蒸塔液位的穩(wěn)定，同時保證分流閥前管道和設備壓力，不使介質氣化，在管道安裝時使閃蒸塔進料總管進料短，總管處可不裝壓控調節(jié)閥，并保證管道設備平穩(wěn)操作。

圖8 采用分流控制閥與電脫鹽壓力串級調節(jié)控制方案

圖9 采用分流控制閥與閃蒸塔液位串級調節(jié)控制方案

圖9中原油自原油泵出口分為兩路，采用分流控制閥與閃蒸塔液位串級調節(jié)控制，保證了兩路原油按比例均勻分配和閃蒸塔液位的穩(wěn)定；脫后原油分為兩路進行換熱，換熱后采用分流控制閥與電脫鹽壓力串級調節(jié)控制，在保證脫后原油兩路流量均勻的同時也保證了電脫鹽和分流閥前管道及設備有足夠壓力不使介質氣化，在管道安裝時使閃蒸塔進料總管進料短，可不在總管處可不裝壓控調節(jié)閥，并保證管道設備平穩(wěn)操作。

4 結語

目前常減壓裝置原油自進裝置到閃蒸塔入口的流程控制方案雖有不同，但均能實現(xiàn)對支路流量和閃蒸塔液位的調節(jié)控制，具體控制調節(jié)方案可根據(jù)不同裝置投資要求確定，建議電脫鹽壓力可用原油進裝置分流控制閥或脫后原油換熱前或換熱后的分流控制閥進行調節(jié)，閃蒸塔入口管道壓力用脫后原油換熱后的分流控制閥控制調節(jié)各支路壓力，在換熱支路上設多個口徑較小的調節(jié)閥等手段實現(xiàn)各控制方案的靈活調整和操作。