抽真空技术在减压蒸馏中的应用

0 引言

石油是一种极其复杂的混合物[1]。要将原油转变成多种多样的燃料、润滑油及其他产品，第一步工序就是将原油切割为不同沸程的馏分，然后按照油品的使用要求，除去这些馏分中的非理想组分，或者是通过化学反应转化生成所需要的理想组分，进而获得合格的石油产品。将原油切割成不同沸程的馏分油则需通过常减压装置完成。

原油中350℃以上的馏分可以作为渣蜡油加氢裂化和催化裂化的原料，而在高温条件下这部分馏分油会发生分解反应，因此在常压操作下无法获得这些馏分，只能通过减压蒸馏的方式获得[2]。减压蒸馏顾名思义就是在低于大气压力下进行的蒸馏操作[3]。抽真空系统的好坏对减压分离精度起着决定性的作用。

1 抽真空技术的原理

1.1 蒸汽抽真空原理

蒸汽抽真空器由扩缩喷嘴、扩压管和一个混合室构成。其基本工作原理就是利用中压蒸汽在经过扩缩喷嘴时快速膨胀，将蒸汽的压力能转化为动能，从而形成高速流动的流体，在喷嘴出口周围造成真空。减压塔顶不凝气和少量水蒸气、油气，即吸入气体从进口处被抽进来，在混合室内与中压蒸汽混合并被带入扩压管，在扩压管前部，两种气体进一步混合并进行能量交换。当混合气流在经过扩压管时，其动能又转化为压力能，速度逐渐降低而压力迅速升高，从而使抽真空器排出的混合气体压力显著高于吸入室的压力[4]。

1.2 机械抽真空原理

机械抽真空的种类很多，在常减压装置中应用最多的是液环真空泵[5,6]。液环真空泵主要由叶轮、泵体、吸排气盘、水环、吸气口、排气口以及辅助排气阀等组成。

液环真空泵一般用除盐水作为工作液，其之所以能够在泵体内形成真空状态，最主要的原因就是泵体内的叶轮是偏心的，当叶轮顺时针旋转时，工作液被抛向四周，由于离心力的作用，工作液在泵腔周围形成等厚度的水环。此时，叶轮的轮毂与水环形成一个月牙形空间，即所谓的容积腔。这个腔体的容积会随着叶轮的转动而变化，当腔体的容积逐渐增大时，气体从吸入口进入泵腔，当腔体的容积逐渐减小时，气体被压缩，当压力达到或略大于排出压力时，气体从排气口排出。偏心叶轮的往复旋转运动对气体产生抽吸和压缩的作用，便达到了抽真空的目的。

2 减顶三级抽真空工艺流程

某石化千万吨常减压装置采用蒸汽抽空器-机械真空泵的组合抽真空工艺，保证塔顶具有合理真空度的同时降低抽空系统能量消耗。减压塔顶设计压力为2kPa(A)(15mmHg(A))，抽真空系统按三级设置，如图1所示。增压器和一级抽空器按每级两组并联，一组(A组)按正常量的70%设计，另一组(B组)按正常量的40%设计；二级抽空器采用一组，按正常量的110%设计；液环真空泵与二级抽空器互为备用，按正常量的110%考虑。整套系统主要包括三级蒸汽喷射器、配套冷凝器、与第三级抽空器互为备用的液环真空泵(成套机组，包括液环真空泵、液环真空泵出口分液罐、冷却器、仪表、电器等)、减顶油水分离罐、减顶气液封罐等。

来自减压塔的塔顶气体经增压器A、B和增压冷凝器A、B，增压冷凝后的气体又分别经一级抽空器A、B和一级冷凝器A、B，冷凝后的气体既可以去二级抽空器也可以去液环真空泵入口。倘若气体分别经过二级抽空器和二级冷凝器，直接去减顶气液封罐后出装置。若气体经过液环真空泵和真空泵出口分液罐，则返回至减顶油水分离罐，进一步分离后进入减顶气液封罐，再送出装置。

来自两级抽空冷凝器的液体依靠重力流到减顶油水分离罐进行酸性水和污油分离。酸性水经减顶排水泵送出装置，减顶油经减顶油泵抽出作为柴油馏分送出装置。

图1 减顶三级抽真空工艺流程图

3 影响抽真空效果因素分析

3.1 中压蒸汽

减压塔顶蒸汽抽真空所用蒸汽压力一般在1.0MPa左右。当蒸汽压力过低时，蒸汽流量减小，直接影响抽空器的抽力，造成真空度大幅度下降。蒸汽压力并非越大越好，由于抽空器的几何尺寸是一定的，抽真空蒸汽压力大于其设计压力时，抽真空能力增加并不明显，反而会增加下一级抽空器的工作负荷，增加能耗[7]。

蒸汽饱和度会影响抽真空系统的稳定性[8]。若蒸汽处于不饱和状态，中压蒸汽中的凝结水进入抽空器喷嘴时迅速气化，会造成气抽子发生喘震，严重影响抽真空能力。

中压蒸汽纯度也会对抽真空系统造成影响。某炼化单位常减压催化联合车间，在催化油浆换热器蒸汽扫线时，由于换热器扫线后路不畅且换热器压力高导致油浆反串至蒸汽系统，使抽真空系统的冷却器和大气腿堵塞，减顶气后路不通，造成减压塔顶真空度骤降。所以，建议实际运行装置中减顶抽真空系统蒸汽线采用蒸汽专线。

3.2 冷却系统

抽真空技术的冷却系统一般采用空冷器[9]或者水冷器。目前在大型的炼化企业采用水冷器居多，冷却介质一般为循环水。在实际生产中，冷凝器的出口温度备受关注，因为如果冷凝器的出口温度高，压力较低，在油气分压作用下还有较多的水蒸气没有被冷凝下来，会增加下一级抽空器的工作负荷，蒸汽用量增加。所以，一定要监控好循环水的压力、用量和进出口温度等参数。

3.3 减压塔本身操作条件

3.3.1 常压拔出率

常压拔出率是影响减压塔操作的关键因素，其高低可以参照常三线的365℃含量。常三线365℃含量低，说明常压塔的拔出率低，更多的轻组分进入到减压塔中，塔顶气相负荷明显增加，此时必然会加大抽真空系统的操作负荷。

3.3.2 减压塔底液位

减压塔底液位不能控得过高，液位过高会增加渣油在减压塔的停留时间，部分渣油在高温下裂解，产生小分子化合物，从而加大减压塔气相负荷。同样，减压炉出口温度过高也会导致渣油裂解。

3.3.3 设备问题

设备问题主要是蒸汽喷射器和液环真空泵本身的系统故障，会直接影响抽真空系统的稳定性。此外，还需注意减压侧线换热器内漏问题，某炼化单位常减压带轻烃回收装置的脱丁烷塔底重沸器发生内漏，管程为减二线轻蜡油，壳程为戊烷油，内漏后戊烷油反串至轻蜡油中，作为减二线冷回流，回流至减压塔内，减压塔轻组分突然增加，严重影响减压抽真空系统。

4 结语

目前原油劣质化、重质化趋势明显，对抽真空技术的考验日益严峻。为适应原油品质的变化，各大炼厂必须加强对抽真空技术的重视程度。抽真空技术是减压塔保持高真空度的关键工艺，对减压侧线的产品质量起着至关重要的作用。所以，减压蒸馏岗位管理和操作人员掌握抽真空技术的工作原理和工艺流程十分必要，只有这样才能更好地分析影响抽真空效果的因素，指导装置平稳运行，保证产品质量。