常减压装置减一线低温热优化研究

一、引言

在石油炼制过程中，常减压装置承担着原油初步分离的重要任务，其能耗占炼油厂总能耗的 20%-30% ，是炼油企业节能降耗的关键环节。常减压装置产生的低温热（通常指温度在 60-150^∘C 之间的热能）总量巨大，其中减一线馏分油携带的低温热占装置低温热总量的 30% 左右，具有较大的回收利用潜力。然而，由于减一线低温热温度较低、热量分散、品位不高，且受限于传统换热网络设计、设备性能及工艺运行参数等因素，目前国内多数常减压装置减一线低温热的利用率不足 40% ，大量低温热通过冷却系统直接排放至环境中，不仅造成了严重的能源浪费，还增加了装置的冷却水消耗和环境热污染。

二、常减压装置减一线低温热特点及利用现状

2.1 减一线低温热产生特点

常减压装置的减压蒸馏系统通过降低操作压力，使原油中的重质馏分在较低温度下实现分离，其中减一线馏分油主要为柴油馏分或润滑油基础油原料，其抽出温度通常在 90-130℃之间，属于典型的低温热源。减一线低温热具有以下特点：

（1）温度区间固定：减一线馏分油的抽出温度受原油性质、减压塔操作压力及分离要求的限制，基本稳定在 90-130^∘C ，属于中低温热能范畴，难以直接用于需要较高温度的工艺过程（如原油加热）。

（2）热量流量稳定：在装置正常运行且处理量稳定的情况下，减一线馏分油的产量和温度波动较小，因此其携带的低温热流量较为稳定，为热量的回收利用提供了良好的条件。

三、常减压装置减一线低温热优化技术方案

3.1 基于夹点技术的换热网络优化

夹点技术是目前过程工业换热网络优化设计的核心技术之一，其通过确定系统的夹点（冷热流股之间的最小传热温差点），明确系统的用能瓶颈，从而实现换热网络的最优设计，最大限度地回收利用装置内的余热。针对常减压装置减一线低温热的特点，采用夹点技术进行换热网络优化的具体步骤如下：

3.1.1 数据采集与整理

首先，通过现场实测和 Aspen Plus 流程模拟，采集常减压装置内所有冷热流股的关键参数，包括流股的流量、温度、比热容、焓值等。其中，热流股主要包括减一线馏分油、减二线馏分油、常顶汽油等，冷流股主要包括原油、除盐水、新鲜水、冷进料等。特别关注减一线馏分油的温度范围（ 90-130^∘C ）和热量流量，将其作为重点优化的热流股。

3.1.2 夹点温度确定

根据装置的实际运行情况和热力学分析，确定合理的最小传热温差（通常取 10–15^∘C ），通过绘制冷热复合曲线，找到系统的夹点温度。对于常减压装置，其夹点温度通常在 80-100^∘C 之间，而减一线馏分油的温度区间（ 90-130^∘C ）正好覆盖了夹点温度以上的区域，因此可以将减一线低温热优先用于加热夹点温度以上的冷流股，以减少有效能损失。

3.1.3 换热网络重构

基于夹点技术的优化原则，对原有换热网络进行重构：

（1）冷热流股匹配优化：将减一线馏分油优先与温度在 80-110℃之间的冷流股（如除盐水、原油二段进料等）进行换热，使换热温差控制在 10-15^∘C 的合理范围内，避免温差过大导致的有效能损失。

（2）减少换热网络冗余：取消原有换热网络中不必要的换热器串联或并联流程，简化换热路径，降低流体在换热过程中的压力降。例如，对于原有的减一线→除盐水→新鲜水的三级换热流程，可优化为减一线直接与除盐水换热，除盐水再与新鲜水换热的二级流程，减少换热器数量，降低能耗。

（3）设置余热回收备用流程：在换热网络中设置备用换热支路，当减一线温度或流量波动时，可通过切换备用支路，确保低温热的稳定回收。例如，当减一线温度升高时，可将部分减一线馏分油切换至加热原油冷进料的支路，进一步提高低温热利用率；当减一线温度降低时，可切换至加热除盐水的支路，满足除盐水的温度需求。

3.2 换热设备升级改造

换热设备的性能直接影响减一线低温热的回收效率，针对传统管壳式换热器存在的传热系数低、易结垢等问题，提出以下设备升级改造方案：

3.2.1 采用高效换热设备

将传统的管壳式换热器替换为高效换热器，如板式换热器、螺旋板式换热器或板壳式换热器。这类高效换热器具有传热系数高、占地面积小、结垢倾向低等优点。以板式换热器为例，其传热系数可达管壳式换热器的2-3 倍，能够在较小的换热面积下实现相同的换热量，显著提高减一线低温热的传递效率。

3.2.2 换热器结构优化

对于无法整体更换换热器的装置，可对原有管壳式换热器的内部结构进行优化改造。例如，采用高效换热管（如螺旋槽管、横纹管、缩放管等）替代传统的光管，高效换热管通过改变管内流体的流动状态，增加湍流程度，减少边界层厚度，从而提高传热系数。实验数据表明，采用螺旋槽管的管壳式换热器，其传热系数可比传统光管换热器提高 40%-60% ，且压力降增加较小。此外，优化换热器的壳程结构，如采用折流杆、螺旋折流板等替代传统的弓形折流板，可减少壳程流体的流动死区，降低结垢风险，进一步提高换热效率。

3.2.3 增设在线清洗系统

针对减一线馏分油易结垢的问题，在换热器上增设在线清洗系统（如胶球清洗系统、超声波清洗系统等）。在线清洗系统可在换热器不停运的情况下，对换热管内壁或外壁进行定期清洗，及时清除结垢层，保证换热器的传热性能稳定。以胶球清洗系统为例，该系统通过将弹性胶球注入换热器管程，胶球在流体的推动下在管内运动，对管内壁的结垢进行擦拭清除，清洗效率可达 90% 以上，能够有效避免因结垢导致的换热效率下降。

3.3 工艺参数优化调整

通过优化常减压装置的工艺运行参数，确保减一线低温热的产生量和利用效率达到最优，具体优化措施如下：

3.3.1 减压塔操作参数优化

减压塔的操作压力和减一线抽出位置是影响减一线抽出温度的关键因素。在保证减一线馏分油质量（如馏程、闪点等）的前提下，通过降低减压塔的操作压力，可适当提高减一线抽出温度，增加低温热的品位和可利用性。例如，将减压塔的操作压力从 5kPa（绝压）降低至 3kPa（绝压），减一线抽出温度可从 110^∘C 升高至 125°C 左右，显著提高了低温热的利用价值。同时，优化减一线抽出位置，确保抽出的馏分油温度稳定，避免因抽出位置不当导致的温度波动。

3.3.2 被加热介质流量与温度优化

根据减一线低温热的热量流量，合理调整被加热介质（如除盐水、原油进料）的流量和温度，实现热量供需的匹配。例如，当减一线低温热流量增加时，适当提高除盐水的流量，确保除盐水的出口温度控制在设计范围内（如 60-80^∘C ），避免超温浪费；当减一线低温热流量减少时，降低除盐水的流量，保证除盐水能够达到所需的加热温度，避免额外消耗其他能源。同时，通过优化原油进料的预热流程，将减一线低温热优先用于预热温度较高的原油进料段，提高换热效率。

四、总结

围绕常减压装置减一线低温热优化展开深入研究，旨在解决该领域长期存在的能源浪费问题，为炼油行业节能降耗提供技术支撑。