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2015年7月

管理炼油厂网络中的污垢

对热交换器和其他网络进行建模可以在性能评估和预测研究中使用动态结垢模型

SIMON PUGH和爱德华·石山
IHS能源

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文章摘要

炼油厂中原油和产品流的结垢是不可避免的问题,会引起非常重大的财务,环境和安全问题。例如,炼油厂的预热列车(PHT)网络几乎总是遭受污垢的困扰,从而导致吞吐量降低,能耗增加以及停机频率更高。结垢对全球每天加工7300万桶原油的财务,环境和安全影响是巨大的。据估计,PHT中的原油结垢花费了所有精炼原油的0.25%BOE,即每年6,600万桶。

结垢的预测是一项越来越具有挑战性的任务,实验室结垢研究能够评估共混物的相容性,但通常只不过是实际工厂性能的第一近似值。精炼厂网络(例如PHT)通常会出现积垢,积垢相对较慢,并且通常通过交换器清洁或改进的交换器设计以及快速结垢事件进行管理。对于有效的炼油厂操作,必须迅速标记出快速事件,并且只有在可以根据工厂测量值正确推断出单个壳体内部的结垢的情况下,才可以这样做。这些测量通常不足以实现电子表格类型的分析,在这种情况下,单个交换器的几何结构在任何情况下都过于简化。
 
语用框架
2010年,英国完成了一项针对原油污垢的综合研究计划。该计划是在IHS的推动下,在大多数超级石油公司以及一些技术提供商的指导下进行的。该小组认为需要一个务实的框架来将研究知识应用于诸如PHTs之类的网络。 SmartPM(智能预测性维护)是可以实现此目的的软件工具,目前正在协助炼油厂操作员,工程师和管理人员做出如何减轻现有和新工厂结垢的决策。

除了可以大大改善监视数据的对帐以标记出快速的结垢事件外,SmartPM中详细的热交换器建模还可以从对帐后的数据中推断出原油混合物和产品流长期结垢的动态模型。这些模型使操作员可以将大量资本支出解决方案(翻新等)与运营支出路线(例如常规清洁)进行比较。通过使用详细的(严格的)热液热交换器模型和动态结垢模型,SmartPM可以正确地建立热交换器网络的行为。包括各种通用和专有的热交换器配置,包括诸如螺旋形挡板和管子插入物的布置。

在先进的,易于使用的图形界面中,SmartPM是一个交钥匙应用程序,可将操作,维护,工程和结垢研究联系在一起,每个小组都可以为同一炼油厂模型访问软件的适当功能。例如,在操作和维护运行数据对账和清洁计划的同时,工程使改型选项受益,而研究人员则对可能在一系列精炼厂中的各种粗板岩的结垢倾向进行了审查。所有人都有相同的目标,即通过提高效率和减少维护来最大化利润。

SmartPM是一款热交换器网络仿真软件,旨在解决与炼油相关的结垢相关问题。该软件将热工水力网络分析与动态结垢模拟相结合,使用户能够可靠地预测设备运行的局限性,经济损失和热交换器结垢对环境的影响。该软件的设计(但不一定限于)可对原油精炼厂的热交换器网络进行建模。

错失良机
许多炼油厂使用基于电子表格的模型或其他近似模型来评估工厂运营数据并评估传热效率。这些基本模型通常用于交换器清洁的候选者选择。使用这些类型的模型时,由于无法解决关键问题,因此错过了许多机会:
&公牛;许多热交换器网络的仪器质量很差,缺少重要的温度甚至流量,或者至少暂时无法使用。
&公牛;很少测量串联壳体之间的中间温度,但是这些壳体中的温度场却有很大的不同。因此,外壳中的污垢差异很大。
&公牛;现在,越来越多的炼油厂使用高效的挡板类型,例如Helixchangers和EMbaffles。经常使用诸如Turbotal和Spirelf之类的管插件。
&公牛;当其他换热器离线清洗时,在线换热器可补偿整体热负荷的损失。
&公牛;清洁最热的外壳会导致上游外壳中的预热损失,因为流的温度高(例如,真空残渣之类的流通常在脱盐器下游和上游的交换器之间架桥,当相关单元处于运行状态时,温度变化会传播网络的吞吐量)清洗)。
&公牛;由于结垢而导致的压降增加会导致产量下降。
&公牛;热端交换机可以体验  粗边沸腾,这可能导致吞吐量降低。

SmartPM通过在从数据协调到清洗调度的所有操作模式下使用完整的网络仿真,详细的交换器建模和动态污垢模型,解决了这些问题和其他问题。

应用于预热列车
A key application of the software is in the modelling of the crude preheating system. Fractional distillation of crude oil is an energy intensive process. The process requires the crude to be heated from ambient temperature to around 700°F (370°C). The required heat is provided through a network of heat exchangers called preheat trains (PHTs) and furnaces. PHTs recover heat from the product and pump-around streams of the ?distillation column. A simple example of a PHT based on an Argentinian refinery is shown in Figure 1.1 Crude is pumped through a set of heat exchangers and enters a desalter. The desalter washes the crude with water to remove the inorganic, water soluble impurities in the crude. The vapour component of the crude is removed through a flash column. Crude is further heated downstream of the flash through a set of heat exchangers where it enters the furnace at the furnace inlet temperature (FIT). The crude is then heated in the furnace to the furnace outlet temperature (FOT), prior to entering the fractional distillation column.

原油是石化产品和杂质的复杂混合物,容易结垢。1,2,3 美国炼油厂报告了新的结垢问题,这是由于原油板岩中国内致密油数量的增加直接造成的。这些问题是由于板岩性质的变化而引起的(例如,一家炼油厂每天或一周或一周都在API上浮5-10点),原油中的添加剂和原油不相容性问题。

许多致密油都添加了腐蚀抑制剂(通常是基于胺的腐蚀剂)和减阻剂。这可能会导致预热交换器和熔炉以及大气蒸馏塔中胺盐沉积的运行问题,从而抑制传热并污染塔。在脱盐器上游的换热器中观察到沙子和颗粒物的沉积增加。在常规的PHT操作中,化学反应结垢在脱盐器下游的结垢机理中占主导地位。诸如无效的脱盐之类的操作不规则会导致无机沉积。随着致密油使脱盐器中的乳液稳定并增加下游单元中的换热器结垢,这些问题会更加严重,脱盐效率可能会因冷系换热器中的蜡沉淀而进一步受到挑战。4


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