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    华北石化炼油装置应用全馏程等在线分析技术提高油品质量和轻质油收率

    华北石化炼油装置应用全馏程等在线分析技术

    提高油品质量和轻质油收率

     

     

    中国石油华北石化分公司  任丘 

     

     

    摘要:华北石化公司依托中石油及任丘油田优势,近年来快速发展,由十几年前几十万吨/年原油加工能力的小规模炼厂,达到了当今一千万吨/年加工量的规模。在此过程中,公司高层领导十分注重发展过程中管理和技术两大要素,引进日本同类企业的全套管理模式,提高企业运行效率。技术上不断引进当前先进的技术及设备,提高炼油过程的技术水平,如:率先在装置馏出口应用油品质量在线分析及APC先进控制,提高馏出口产品合格率保证产品质量,提高轻质油收率等,保持在同类同规模企业中的领先地位。

     

    关键词:石化炼油装置  全馏程和倾点在线分析仪  提高轻质油收率和产品质量    

     

    1.引言:

    华北石化公司是从过去以石油开采为主,由最早的十几万吨/年加工量的小炼厂,逐步发展到今天向千万吨/年加工规模逼近的特大型石化加工企业。如此快速的发展,得益于公司始终注重引进先进的管理理念和技术的创新。尤其在技术层面,不遗余力,不断将石化行业出现的最新技术和对未来有重要影响的先进技术和设备及时应用到实际生产当中,例如:公司早在2005年就对能够大幅度减少人工化验分析劳动强度、实现卡边生产、提高轻质油收率的油品质量在线分析仪器在重要生产装置的应用表现出浓厚的兴趣,并于当年就在公司的蒸馏装置投用了一台汽油全馏程和一台柴油倾点在线分析仪,由于投用后效果理想,一年后,再度在汽油和柴油加氢装置投用汽柴油全馏程和倾点在线分析仪共四套,以期使更多的生产装置受益。2011年上半年,公司第三次引进三套汽油全馏程在线分析仪应用于新扩建的常减压和催化裂化等重要生产装置,以期让该在线分析仪技术在公司更大的范围获得应用。

    炼油厂的各主要装置,如:常减压、催化裂化、焦化、加氢重整等生产过程的主要目标之一,就是如何在保证馏出口油品质量合格的前提之下,通过在线质量测量和优化控制等手段,尽可能多地提高轻质油收率,如:降低粗汽油干点和柴油95%点或凝固点等的富裕量,将重质成分渣油、油浆中所含剩余部分的轻组分尽可能多的提炼出来,实现卡边生产,同时,减少或取消馏出口的人工化验分析,降低人工分析劳动强度,并逐步实现APC先进优化控制,获得更大的经济效益。

    以下重点介绍一下华北石化上述各生产装置投用的全馏程和倾点等在线分析仪的实际应用情况,以及由此所产生的经济效益等,为其它同行提供参考。

     

    2.在常压蒸馏装置汽油和柴油分析上的应用

    常压蒸馏装置是华北石化初期建成投用的装置,由于建成较早,技术不够先进,设备也存在老化现象,因此,加大了对工艺生产操作人员的操作难度,尤其在保证馏出口油品质量上,仅依靠4小时或8小时一次的人工化验分析数据来调整工艺操作,较难保证产品质量始终处于理想的合格状态,尤其是在工艺加工方案调整和更换原油品种时,其操作难度将进一步加大。为改善这一被动局面,公司于2005年下半年引进了一台IDA-011型汽油全馏程在线分析仪和一台IPP-02C型柴油倾点在线分析仪,分别应用于该装置的汽油和柴油馏出口的在线分析,经过近半年的实际应用和对分析仪运行数据与人工化验分析数据的对比,情况十分理想,以下为该两套分析仪的实际应用工艺安装应用流程示意图和与人工化验分析的对比数据表。

    2.1 全馏程在线分析仪简介

    2.1.1 工作原理

    被分析油样经样品处理系统冷却和过滤等处理后,在微处理机的控制下,通过特别设计的定量组件而被准确定量地注入分馏器,启动加热程序,对分馏器中的被测油品进行分馏加热。对被测油品在加热分馏全过程中的温度、分馏速度等进行实时检测控制,并显示分析仪当前工作状况和相关提示信息。分馏过程结束后,微处理机将检测结果在分析仪本机彩色液晶上显示,并通过RS485通讯接口传至所配远程专用数据处理显示终端显示或传送到生产装置DCS控制系统。一个分析周期完成后,重新开始对分馏器进行冷却和冲洗,进入下一周期的循环分析过程。

    2.1.2 主要技术指标

    测量精度: 符合GB/T6536-1997ASTM D86)《石油产品蒸馏测定法》标准。

    重 复 性: ±2℃。

    输出信号: 420mADC RS485(modbus协议)

    测量范围: 汽油:0250℃;柴油:0410℃。

    分析周期: 汽油:2025min;柴油:2535min

     

    2.2倾点在线分析简介

    2.2.1 简要工作原理

       使用一体化传感器检测油品的倾点, 根据振幅与粘滞阻力有关的性质设计而成的。一体化倾点传感器的探测部分放置在可冷却的环境中,其中充满被测液体,当传感器通入电流时,探测敏感部分会发生位移,检测部分感应出与位移成正比的信号,在充满液体的容器中,当液体温度升高时,液体粘滞阻力减小,检测敏感信号增大。当液体温度下降时,液体粘滞阻力增大,检测敏感信号减小。

    2.2.2 主要技术指标

    准 确 度: ≤±1; 符合国家标准GB3535-83GB510-88、标准对准确度的要求。

    重 复 性: ≤±1℃。

    稳 定 性: 1/kh

    典型量程: -30℃~+20℃。

        : 212min;响应时间为一个周期。

    输出信号: 420mADC,RS-485(modbus协议)

     

     

    华北石化常减压装置汽油全馏程和柴油倾点在线分析仪应用现场

    2.3应用流程示意图

    2.4在线仪数据与人工化验值对比分析

    为了考核投用的在线分析仪分析数据与人工化验分析数据是否能够很好地吻合,在分析仪投用后不久,公司组织专门的考核测试小组,对投用的汽油全馏程和倾点在线分析仪采用定时定点采样对比,以下为2006426日至58日对两台在线分析仪分析数据和人工化验分析值的对比数据。

    2.4.1华北石化常减压装置汽油全馏程在线分析仪测量值和人工化验分析值的对比数据:

    1

    时间

    项目

    HK

    10%

    50%

    90%

    KK

    2006.4.27

    8:00

    仪 表 测

    149

    161

    175

    188

    197

    化验分析

    148

    162

    174

    187

    196

       

    +1

    -1

    +1

    +1

    +1

    10:00

    仪 表 测

    150.7

    163.1

    174.9

    187.6

    197.5

    化验分析

    151

    163

    174

    187

    197

       

    -0.3

    +0.1

    +0.9

    +0.6

    +0.5

    14:00

    仪 表 测

    151

    162

    174

    189

    198

    化验分析

    149

    162

    174

    188

    199

       

    +2

    0

    0

    +1

    -1

    16:00

    仪 表 测

    150

    161

    175

    190

    200

    化验分析

    146

    162

    175

    190

    202

       

    -4

    -1

    0

    0

    -2

    2006.4.28

    10:00

    仪 表 测

    151

    162

    173

    187

    196

    化验分析

    149

    163

    173

    187

    195

       

    +2

    -1

    0

    0

    +1

    12:00

    仪 表 测

    153

    163

    174

    187

    197

    化验分析

    151

    163

    173

    186

    196

       

    +2

    0

    +1

    +1

    +1

    14:00

    仪 表 测

    152

    162

    174

    188

    199

    化验分析

    150

    163

    173

    187

    196

       

    +2

    -1

    +1

    +1

    +3

    16:00

    仪 表 测

    152

    162

    173

    187

    197

    化验分析

    151

    162

    172

    187

    196

       

    +1

    0

    +1

    0

    +1

    2006.4.29

    8:00

    仪 表 测

    151

    162

    174

    188

    198

    化验分析

    151

    163

    174

    188

    200

       

    0

    -1

    0

    0

    -2

     

    10:00

     

    仪表测

    151

    163

    173

    188

    198

    化验分析

    150

    163

    174

    188

    197

    误差

    +1

    0

    -1

    0

    +1

    14:00

    仪 表 测

    152

    163

    174

    189

    199

    化验分析

    150

    160

    172

    187

    200

       

    +2

    +3

    +2

    +2

    -1

    16:00

    仪 表 测

    153

    163

    174

    190

    199

    化验分析

    151

    163

    171

    188

    197

       

    +2

    +1

    +3

    +2

    +2

    2006.4.30

    8:00

    仪表测

    159

    167

    176

    190

    199.8

    化验分析

    158

    166

    175

    189

    202

    误差

    +1

    +1

    +1

    -1

    -2.2

    10:00

    仪 表 测

    160

    166

    175

    190

    202

    化验分析

    158

    165

    175

    190

    199

       

    +2

    +1

    0

    0

    +3

    14:00

    仪 表 测

    156

    163

    173

    187

    196

    化验分析

    156

    164

    173

    188

    201

       

    0

    -1

    0

    -1

    -5

    16:00

    仪 表 测

    156

    163

    172

    186

    196

    化验分析

    156

    164

    172

    186

    199

       

    0

    -1

    0

    0

    -3

    2006.5.1

    8:00

    仪 表 测

    159

    167

    175

    188

    197

    化验分析

    160

    166

    174

    187

    196

       

    -1

    +1

    +1

    +1

    +1

    10:00

    仪 表 测

    157

    165

    175

    188

    198

    化验分析

    157

    165

    174

    188

    196

       

    0

    0

    +1

    0

    +2

    14:00

    仪 表 测

    157

    165

    176

    190

    200

    化验分析

    156

    166

    175

    189

    198

       

    +1

    -1

    +1

    -1

    -2

    合计

    最大误差

    -3

    +3

    +3

    +2

    -5

    最小误差

    0

    0

    0

    0

    1

    平均误差值

    0.773

    -0.047

    0.6789

    0.347

    0.026

    共取数据100组,化验室化验值与在线分析仪仪表实测值差值,按±3℃为合格,超出此范围视为不合格,其中不合格数有2组,合格率为98%。

     

     

    2.4.2倾点分析仪的仪表分析值和人工化验分析值的对比数据:

    日期

    项目

    8:00

    10:00

    14:00

    16:00

    2006.4.26

     

    仪表测量

    -4

    -5

    -5

    -6

    化验分析

    -3

    -4

    -6

    -7

       

    -1

    -1

    +1

    +1

    2006.4.27

     

    仪表测量

    -6

    -6

    -6

    -6

    化验分析

    -8

    -6

    -6

    -6

       

    +2

    0

    0

    0

    2006.4.28

     

    仪表测量

    -6

    -7

    -7

    -6

    化验分析

    -6

    -7

    -7

    -5

       

    0

    0

    0

    -1

    2006.4.29

    仪表测量

    -6

    -7

    -6

    -7

    化验分析

    -6

    -7

    -7

    -7

       

    0

    0

    +1

    0

    2006.4.30

     

    仪表测量

    -6

    -7

    -6

    -5

    化验分析

    -7

    -6

    -7

    -6

    误差

    +1

    -1

    +1

    +1

    2006.5.1

     

    仪表测量

    -4

    -6

    -6

    -7

    化验分析

    -5

    -6

    -7

    -7

       

    +1

    0

    +1

    0

    2006.5.2

     

    仪表测量

    -4

    -4

    -6

    -5

    化验分析

    -4

    -5

    -5

    -6

       

    0

    +1

    -1

    +1

    2006.5.3

     

    仪表测量

    -6

    -6

    -5

    -5

    化验分析

    -6

    -7

    -5

    -5

       

    0

    +1

    0

    0

    2006.5.4

     

    仪表测量

    -6

    -6

    -6

    -7

    化验分析

    -6

    -6

    -6

    -7

       

    0

    0

    0

    0

    2006.5.5

     

    仪表测量

    -7

    -6

    -6

    -6

    化验分析

    -7

    -6

    -6

    -6

    误差

    0

    0

    0

    0

    2006.5.6

    仪表测量

    -6

    -7

    -6

    -7

    化验分析

    -7

    -8

    -6

    -8

       

    +1

    +1

    0

    +1

    2006.5.7

     

    仪表测量

    -6

    -7

    -9

    -9

    化验分析

    -6

    -7

    -11

    -8

       

    0

    0

    +2

    -1

    2006.5.8

     

    仪表测量

    -8

    -7

    -7

    -8

    化验分析

    -10

    -9

    -9

    -8

       

    +2

    +2

    +2

    0

    合计

    最大误差

    +2

    +2

    +2

    +1

    最小误差

    0

    0

    0

    0

    平均误差值

    0.46

    0.23

    0.538

    0.1538

        共取数据52组,化验室化验值与在线分析仪仪表实测值差值为±2℃为合格,超出此范围视为不合格。其中不合格数有0组,合格率为100%。

     

    2.5 数据分析

    从表1和表2数据可以看出:在线分析仪数据平稳,汽油在线分析数据与化验数据的绝对差值最大为3.64℃,最小为0.26℃,平均值为1.43℃;柴油倾点在线分析数据与化验数据的绝对差值最大为2℃,最小为0 ℃,平均值为1.47℃;由图1和图2数据趋势图对数据进行曲线分析,在线仪表数据趋势与化验数据趋势吻合,测量跟踪性能、连续性均很好地反映了生产装置的工艺变化趋势,有效的满足了生产对汽油终馏点和柴油倾点的控制要求,对工艺生产具有很好的指导作用,尤其在工艺参数及产品质量出现大幅度变化和波动时,在线分析对工艺操作指导作用更为显著。

     

    3.在汽柴油加氢装置、新建催化和常减压装置的应用的应用

    自蒸馏装置应用后,从2007年之后,陆续在新建的汽柴油加氢、催化和常减压等新扩建的生产装置安装和投用七套全馏程和倾点在线分析仪,这些投用的在线分析仪对指导工艺生产操作、实现卡边生产、提高馏出口产品质量的合格率、减少和降低人工化验分析的劳动强度,提高各相关生产装置的经济效益,都不同程度地发挥了重要作用。

    同时,基于在线分析仪应用的基础上,进一步实施APC先进优化控制,更全面地为企业提高经济效益创造了有力的条件。

    4.经济效益分析

    1)在重要的炼油生产应用在线油品质量分析仪的效益是十分明显的,我们仅以柴油95%点的数据为例,说明其产生效益的情况:

    美国权威机构曾对某一定加工规模的炼油生产装置做过如下的统计:

    实例 Base Case         

    1HDT 柴油产能                   2)提高1℃

            HDT Diesel Capacity                  1℃ Optimization impact

    22000 bpd 1bpd /天)               0.7% V     152 bpd

    3)残油升级为ULSD                 4)每年增加

       Residual Fuel to ULSD upgrade              $1.1M ( >1 百万 million

        0.69$/bbl 1bbl ≈0.14吨)

    按上述方法柴油95%点每提高1℃即产生$1.1M(折合人民币近680万元)的经济效益。

    华北石化目前已安装投用和即将安装投用的全馏程和倾点在线分析仪总计已达9套,分别安装于蒸馏装置、汽油加氢装置、柴油加氢装置、催化裂化装置、二套常减压装置等。

    在没有投用柴油全馏程在线分析仪之前,由于工艺操作人员是依据人工化验人员定时(每48个小时)采样分析一次,所提供的数据对生产工艺相关的参数进行调整,基于担心柴油95%超过质量上限而导致柴油质量不合格考虑,工艺操作人员往往都凭经验进行较为保守的操作,即把柴油95%点控制在距离国标上限365℃尽量远些,(通常平均维持在353358℃的范围)

    装置柴油馏出口投用全馏程在线分析仪后,工艺操作人员以在线分析仪所提供的柴油95%点实时分析数据为依据,按照国家标准对柴油95%点不高于365℃的上限进行卡边操作,平均维持在358363℃的范围。

    按上述方法每提高1℃即产生$1.1M(折合人民币近680万元)计算,投用在线分析仪后柴油95%点按平均提高5℃计算,保守的计算每年至少将增加5000万元以上的经济效益。

    (2)降低人工化验频次,我公司人工化验分析一条测线的油品馏程指标,每4小时人工化验分析一次,减为每周由人工化验效验一次。按通常的人工化验费用全年至少省20万元。这仅仅是一条测线一项指标,因此,此项将为炼厂产生百万元以上的效益。

    此外,还从如下诸多方面给企业带来益处:

    .避免人工分析时受人为因素的影响,保持分析数据高度重复性,快速实时性,对装置工艺操作产生积极的影响。

    .部分对人体有毒有害的参量分析如笨、硫化氢、放射性料位等分析项目,交由在线分析仪来完成,这将有效地减少相关化验分析人员受危害的可能性。

    .有关部门或石化企业高层可通过企业ERP系统对现场分析进行远距离监控和诊断,分析生产装置有关产品质量等的实时情况,为整体决策提供依据。

    5.进一步的建议

    目前,随着技术的不断进步,国外发达国家的石化企业生产装置现场大量地投用在线分析仪,并普遍在DCS控制计算机上实现APC先进控制,人工化验分析人员的数量也仅维持在十~二十几个的数量上。通过大面积使用在线分析技术,过去很多难以实现的功能或要求,现在都能够很好地达到或完成,例如:

    实现卡边操作提高经济效益(此部分上文已详细阐述)

    通过对加热炉O2COCO2在线监测,并在此基础上实施的对加热炉燃烧效率的APC先进控制,使加热炉的燃烧过程更完全,从而达到加热炉燃烧系统的节能的目的。

    通过对炼油厂催化装置烟气粉尘颗粒的在线监测,实时了解催化剂的消耗情况,从而判断出该装置生产过程是否处于正常或不正常状态,并及时采取措施。

    硫含量是目前国内外相关部门重点关注的指标,随着国家对成品油欧IV及欧V标准的逐步实施,未来几年内,国标对成品油硫含量的要求将由原来的350ppm,降低到10ppm以内,这将迫使相关的石化炼油企业对原油装置进行改造(如:增加加氢装置等)的同时,必须对装置馏出口的硫含量进行在线监测,从而保证所炼制的油品硫含量能够达标。

    管道自动调和系统是能够给炼厂带来较大收益的先进的技术项目,例如:以汽油辛烷值为主要调和参量的汽油管道自动调和系统和以十六烷值为主要参量的柴油管道自动调和系统。目前,在国外同类炼厂中已获得广泛应用,国内目前只有部分炼厂开展此方面的应用工作,大部分炼厂目前还停留在利用中间罐,通过人工采样分析,进行搅拌混合的较为落后的调和方式,此种调和过程耗时、耗能、设备损耗、且油气挥发损耗大,因此,应该加大这方面的重视程度和投入,已经上了该项目的应将其使用好,使其发挥应有的作用。

    华北石化在上述几方面可以说尚处于起步阶段,如果今后通过持续地加大此方面的应用力度和范围,必将会对华北石化的未来产生积极的影响。

     

     

     

    参考文献:  [1]通力分析自控技术有限公司《全馏程在线分析仪应用手册》

    [2]罗海涛,《油品质量在线分析》,《分析仪器》2011年第二期,

     

     

    作者简介:钟海,男,工程师,现在华北石化公司从事管理工作。