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1、催化裂化物料平衡和热平衡计算方法前 言 催化裂化过程是石油二次加工的重要过程之一。监测一个催化裂化装置，唯一正确的方法就是定期考察装置的物料平衡、热平衡和压力平衡。通过经常收集和研究装置运行的物料平衡和热平衡，才能更好地了解和理解装置运行的历史和现状，予期其未来，并为优化装置操作奠定基础。进料质量、操作条件、催化剂和设备状况的任何变化，都将影响装置的物料平衡及热平衡。要想深入了解和理解装置运行的物料平衡和热平衡，首先就必须正确做好物料平衡和热平衡计算。为此目的，本文首先介绍了催化裂化物料平衡和热平衡的计算方法。 第一节 计 量1油品计量油品计量一般有二种方法：油罐检尺/输油体积法和在线差压式流
2、量计测定法。1.1 油罐检尺/输油体积法：油罐检尺/输油体积法是炼厂中应用最广泛，计量也较为准确的方法之一。在通过油罐检尺/输油体积而对油量进行计量时，应根据国家标准GB/T 18851998石油计量表计算。石油计量表按原油、产品和润滑油分类建立。现已为世界大多数国家采用，在石油贸易中更具通用性。催化裂化所用原料及产品均应使用石油计量表产品部分。石油计量所采用的密度计为玻璃密度计。GB/T 18851998石油计量表产品部分的简要说明及使用方法如下：1.1.1 石油计量表的组成 标准密度表 表59A 表59B 表59D 体积修正系数表 表60A 表60B 表60D 其他石油计量表 表E1 表E
3、2 表E3 表E4 表59B产品标准密度表和表60B产品体积修正系数表是GB/T 18851998石油计量表的组成部分之一。 表59B用于润滑油以外的石油产品，由已知试验温度下的视密度（密度计读数）查取标准密度（20温度下的密度）。表60B用于润滑油以外的石油产品，由标准密度和计量温度查取由计量温度下体积修正到标准体积（20温度下体积）的体积修正系数（VCF20）。1.1.2 产品计量 产品按空气中的质量计算数量。 当在非标准温度下使用石油密度计测得产品的视密度时，应该用表59B查取该产品的标准密度（20）。 在计算产品数量时，产品在计量温度下的体积，通常要换算成标准体积，产品的标准体积（V2
4、0）用计量温度下的体积（Vt）乘以计量温度下的体积修正到标准体积的体积修正系数（VCF20）获得，见公式（1），而体积修正系数是用标准密度和计量温度查表60B获得的。 V20=Vt VCF20（1） 计算产品在空气中的质量（商业质量）时，应进行空气浮力修正，将标准密度（kg/m3）减去空气浮力修正值1.1kg/m3，再乘以标准体积，就得到产品质量（m），见公式（2）。 m =V20（201.1）（2） 1.1.3 产品数量计算举例 某一产品测得输油温度为40，输油体积为1240.62m3，用石油密度计测得该产品40下的视密度为753.0 kg/m3,计算输油质量。 由产品在试验温度40下的视密
5、度753.0 kg/m3 ，查表59B，得 20=770.0 kg/m3 由标准密度770.0 kg/m3和输油温度40，查表60B得 VCF20=0.9775 V20=1240.620.9775 1212.706 m3 输油质量=1212.706（770.01.1） 932449.6 kg 932.45 t 在对油罐检尺/输油体积法进行计量时，除应采用GB/T 18851998外，还应注意以下几点： 为了获取较正确的油罐或输油管线中油品温度及油品密度，应对油罐上、中、下和所输油品不同时间分别取样，等量混合后，测其温度、视密度及测视密度时的温度； 视密度是在非标准温度下获得的玻璃石油密度计读数
6、； 根据国家质检部门的要求，定期由油罐检测部门检测油罐大小或校正输油计量表。1.2 差压式流量计测量法 有些物料量不能用油罐检尺/输油体积法，只能依靠流量计计量。例如，为了节约能量，常常采用常压渣油、减压渣油等热进料。在这种情况下，只能用流量计计量。流量计有多种：采用孔板流量计、靶式流量计、椭圆齿轮流量计、涡轮流量计等差压式流量计，其表示的数值均为瞬时流量，即单位时间内流过管道某一截面的流体数量大小，常以体积流量（m3/h）或质量流量（t/h）表示。1.2.1 校正公式差压式流量计采用下式计算所通过的液体体积流量： 式中 V液体在操作条件下的体积流量，m3/h P孔板前后压差，Pa （mmH2
7、O柱或 mmHg柱） 实操作条件下液体的密度 K常数，与孔板大小、形状等有关 用差压式流量计所测定的液体质量流量可表示为： 式中 G液体质量流量，t/h 在实际使用时，仪表人员会根据设计条件（设计孔板大小，设计液体密度等）给出仪表指示流量表，供操作人员使用。但是，在生产过程中，由于液体的实际密度和设计时所选用的密度（液体的性质及液体通过节流装置时的温度）不同，因此，实际流量与仪表指示流量值会有差别，需进行校正。校正方法如下： 式中 V实、G实、实 分别为操作条件下体积流量（m3/h）、质量流量（t/h）和液体密度（kg/m3） V表读数、G表读数、设 分别为设计条件下的体积流量（m3/h）、质
8、量流量（t/h）和液体密度（kg/m3）1.2.2 操作条件下液体密度的计算在不是很高的压力下（例如催化裂化物流计量的条件），压力对液体密度的影响很小，一般可以忽略不计。但温度对其影响则很大，必须予以校正。一般可以测得实际液体在20时的密度，将其校正到操作温度下液体密度的方法有三种。1.2.2.1 使用GB/T 18851998石油计量表，查出操作温度下的油品密度。1.2.2.2 查图法：由图可以通过液体的比重和操作温度，查出液体在操作温度下的比重。图见附录。 由图可以看出，油品比重与温度的关系不是直线关系。因此，当操作温度高于石油计量表所给出的温度时，应使用图表。 1.2.2.3 公式法：该
9、公式适用于50以下。 式中 t为操作温度， d4t 为操作温度t时液体密度与4 时水的密度之比。r可由附录查得。1.2.3 举例：回炼油流量仪表指示值为150 m3/h，设计密度为630kg/m3现在操作温度为360，20=850kg/m3 求在操作温度下的体积流量是多少？ 20 = 850kg/m3 查附录图 360 = 574 kg/m3 G = 90.1 t/h若采用仪表指示值，则相对误差为 （157150）/157 = 4.46%（体积） 椭圆齿轮流量计适用于测量高粘度的液体，但被测介质中不能含有固体颗粒，更不能夹杂有机械杂质，否则会引起齿轮磨损以至损坏。 靶式流量计适用于测量含有固体
10、颗粒易于结晶的液体流量。当液体流量较小或液体粘度较大时，仍有较高的测量精度。在操作过程中，流量计的孔板、靶、齿轮等均会因磨损、冲刷等发生变化，同时，设计密度与操作密度相差较远时，都会造成设计表读数出现较大的偏差。因此，应定期校验流量计，调整设计密度，给出校验后的设计表读数。2 液化石油气（液态烃）计量 液化石油气计量目前尚无国家标准。一般用球罐检尺/累积流量计或差压式流量计计量，当使用球罐检尺/累积流量计计量时先求得在球罐或累积流量计处温度下的体积，用求得的体积，乘以球罐温度下的液化石油气密度，即为液化石油气量。 液化石油气液态下密度的测量，可按照中华人民共和国石油化工行业标准SH/T 022
11、192 液化石油气密度或相对密度测定法（压力密度计法）在压力下测得。如无条件，可采用计算方法求得。2.1 液化石油气密度测定2.1.1 压力密度计法2.1.2 液化石油气组成测定和计算法2.1.2.1 液化石油气组成测定： 用中华人民共和国石油化工行业标准SH/T 023092 液化石油气组成测定法（色谱法）测定。2.1.2.2 液化石油气20密度计算属性相近的液体和油品，其混合物比重可按加和法则计算。液化石油气中各组分属性相近。可按式（1）计算液化气比重和密度。 式中m液化石油气密度 ， Kg/m3 ii组分液体密度，Kg/m3 Xmii组分重量分率。 注意液化石油气组成分析是根据石化行业标
12、准进行的。测定时将液化石油气样品全部气化，在气相色谱仪（GC）上测定其组成。其组成分析以体%表示时，是指液化石油气样品全部气化后，各组分所占的体积百与数。其组成分析以重%表示时，则不论液化石油气是液相还是气相，是指液化石油气样品各组分所占的重量百分数。因此，在计算液化石油气液相密度时，如果组成分析数据以体积百分数表示时，应先将体积百分数变为重量百分数，再按（1）式计算。液态条件下液化石油气各组分的密度见表。2.1.3 球罐及累积流量计处温度下液化石油气密度的求取当液化石油气球罐或累积流量计处温度不是20时，应使用SH/T 022192 中的附录B中的表B2，利用液化石油气20密度20 和球罐温
13、度（-25到50），求出球罐温度下液化石油气密度t。2.2 液化石化油气重量G的求取 G = Vtt式中 G液化石油气重量 Vt液化石油气在t下的体积，M3 t液化石油气在t下的密度 ， Kg/M32.3 用差压式流量计计量液化气时，其体积或质量校正公式同油品流量计。3 干气计量。在催化裂化过程中，由于催化剂从反应器循环到再生器，又从再生器循环到反应器，在此循环过程中，会将再生器中的烟气携带到反应器，混合到反应产物中，最终进入干气里。因此，在干气计量时，应先求出混合干气量，再减去非烃量。非烃量包括干气中的全部非烃，即N2O2、CO2 及 CO等。3.1 混合干气体积流量校正混合干气一般用差压流
14、量计计量。其节流装置多为孔板。由于混合干气是可以被压缩的，因此，混合干气的体积流量应按下式校正： 式中：P实、T实、实分别为实际条件下混合干气绝对压力MPa、温度K、密度kg/m3 P设、T设、设 分别为设计条件下混合干气绝对压力MPa、温度K、密度kg/m3 V实、V表读数分别为实际条件及设计条件下混合干气的体积流量（以标准状态为基础），m3/h3.2 混合干气在标准状态（0，0.1013MPa）下的密度计算混合干气在标准状态下的密度，是利用混合干气的组成分析（体%）进行计算求得的。混合干气的组成，是根据石油科学研究院分析方法在气相色谱仪（GC）上分析得到的，其中包括精确的H2分析。 式中h为混合干气在标准状态下的密度
