乙烯装置分离工艺与工程

本书包括25章，从乙烯原料、裂解气组成、工艺原理及工艺技术、附属设施及公用工程、单元设计、仪表及装置智能化、动静设备和材料、电气、配管布置和应力分析、催化剂、节能及安全环保、装置开停车等方面对乙烯装置分离工艺与工程做了全面系统的论述，是几代乙烯技术研发、设计和生产操作人员的智慧结晶，填补了我国在该领域的空白。 本书对从事乙烯工业的科研人员、设计人员、生产技术与操作人员、项目规划人员以及大专院校相关师生等都具有很高的参考价值。

王子宗，中国石化副总工程师，长期从事石化工艺与工程技术研发、工程设计、成套技术产业化及智能化提升工作，是石化工程领域的领军人物之一。王振维，中国石化高级专家，石油和化工行业工程勘察设计大师，正高级工程师。长期从事低碳烯烃工艺与工程技术研发、工程设计及智能化提升工作，是烯烃技术研发与工程方面的领军人物之一，进行了多项国家课题和中国石化重大课题的技术攻关。

第一章概论（1）
第一节国外分离技术发展（7）
第二节国内分离技术发展（11）
一、发展历史（11）
二、中国石化LECT技术（14）
三、中国石化ART技术（17）
四、中国石化AERP技术（21）
五、双塔前脱乙烷技术（23）
六、中国石油乙烯分离技术（24）
第三节分离流程选择（25）
一、不同流程分析与比较（25）
二、分离流程的选择（27）
参考文献（28）
第二章裂解原料及裂解气组成（29）
第一节裂解原料的性质与裂解性能（29）
一、天然产品（29）
二、加工产品（33）
第二节裂解原料的发展趋势（42）
第三节裂解气中杂质及影响（42）
一、酸性气体（43）
二、NOx（44）
三、有机硫（44）
四、汞（45）
五、砷（45）
六、N2和O2（45）
七、甲醇（46）
八、MTBE（46）
九、水和CO（46）
第四节原料结构变化对乙烯装置的影响（47）
一、典型原料的产品结构（47）
二、裂解单元（47）
三、急冷单元（48）
四、裂解气压缩单元（48）
五、冷分离单元（49）
六、热分离单元（50）
七、制冷单元（50）
参考文献（51）
第三章急冷系统工艺与设计（52）
第一节原料预热（55）
一、轻烃原料预热系统（55）
二、液体原料预热系统（55）
三、原料预硫化（55）
第二节汽油分馏塔及急冷油减黏（55）
一、工艺原理及流程（55）
二、工艺参数与控制（59）
三、急冷油黏度控制方法及减黏塔（64）
四、汽油分馏塔设计（77）
五、结焦及除焦方法（83）
六、轻燃料油汽提塔及燃料油产品外送（88）
第三节急冷水塔及稀释蒸汽系统（89）
一、工艺原理及流程（89）
二、控制与操作（91）
三、急冷水塔设计（96）
四、工艺水及稀释蒸汽发生系统设计（99）
第四节急冷系统模拟计算（111）
一、急冷系统模拟计算存在的问题（111）
二、热力学方法（112）
三、裂解气中重组分的表征（112）
四、模拟过程中的特殊处理（116）
参考文献（116）
第四章裂解气压缩及酸性气脱除系统（119）
第一节压缩工艺原理及流程（119）
一、原理（119）
二、顺序分离流程（120）
三、前脱丙烷流程前加氢（123）
四、前脱乙烷流程（138）
第二节压缩机结焦及控制方法（143）
一、引言（143）
二、裂解气压缩机段间换热器的腐蚀（143）
三、聚合物形成的聚合机理（144）
四、聚合种类（146）
五、裂解气压缩系统防结垢的应对措施（147）
第三节酸性气脱除原理及流程（152）
一、酸性气的产生及影响（152）
二、酸性气脱除技术（153）
三、黄油的产生及对装置的影响（161）
第四节废碱处理（163）
一、废碱液的预处理（163）
二、废碱处理技术（165）
第五节裂解气干燥及再生系统（181）
一、裂解气干燥（181）
二、乙烯装置中的干燥器（182）
三、干燥吸附剂（185）
四、干燥器的顺序控制（190）
五、干燥系统的特殊工况（192）
六、裂解气干燥脱水的典型操作示例（192）
第六节裂解气压缩系统控制（193）
一、压缩机性能曲线（193）
二、裂解气压缩系统的工艺控制（194）
三、裂解气压缩系统的防喘振控制（196）
四、裂解气压缩系统的反转问题（198）
参考文献（199）
第五章前冷及脱甲烷系统（201）
第一节工艺原理及流程（201）
一、顺序分离流程（201）
二、前脱乙烷流程（205）
三、前脱丙烷流程（210）
第二节控制与操作（218）
一、前脱丙烷前加氢技术前冷及脱甲烷系统（218）
二、前脱乙烷前加氢技术深冷及脱甲烷系统（224）
三、顺序分离技术深冷及脱甲烷系统（229）
第三节冷箱工艺设计（230）
一、冷箱设计要求（230）
二、冷箱在深冷系统应用（232）
三、冷箱开车注意事项（236）
四、冷箱冻堵原因分析（237）
五、NOx的来源及危害（238）
六、汞腐蚀机理（243）
七、冷箱设备配管要求（245）
第四节塔设计（248）
一、脱甲烷塔（248）
二、乙烯回收塔（250）
三、分凝分馏塔（252）
四、分凝分离器（253）
五、热集成精馏系统（254）
第五节膨胀/再压缩机及尾气压缩机（257）
一、膨胀/再压缩机（257）
二、尾气压缩机（258）
三、甲烷制冷压缩机（259）
参考文献（262）
第六章碳二分离系统（263）
第一节工艺原理及流程（263）
一、顺序分离流程（263）
二、前脱丙烷分离流程（265）
三、前脱乙烷分离流程（270）
第二节控制与操作（273）
一、顺序分离流程（273）
二、前脱丙烷分离流程（276）
三、前脱乙烷分离流程（280）
第三节脱乙烷塔设计（285）
一、概述（285）
二、工艺参数选取及分离控制指标（285）
三、乙烯装置原料结构变化对脱乙烷塔的影响（286）
四、脱乙烷塔负荷分布及塔板温度变化曲线（286）
五、双塔脱乙烷技术（287）
六、间壁精馏脱乙烷技术（287）
第四节乙烯精馏塔设计（288）
一、概述（288）
二、乙烯塔的设计方案（289）
三、乙烯装置原料结构变化对乙烯精馏塔的影响（293）
四、乙烯塔的不凝气脱除（294）
五、乙烯塔堵塞问题（294）
第五节应用全馏分加氢和产品加氢的碳二系统（295）
一、概述（295）
二、全馏分加氢工艺（295）
三、产品加氢工艺（296）
四、部分馏分加氢工艺（299）
参考文献（300）
第七章热分离系统（302）
第一节工艺原理及流程（302）
一、脱丙烷塔系统（302）
二、碳三加氢系统（303）
三、丙烯精馏系统（307）
四、脱丁烷塔系统（310）
第二节控制及操作（311）
一、脱丙烷塔系统（311）
二、碳三加氢系统（313）
三、丙烯精馏系统（314）
四、脱丁烷塔系统（315）
第三节脱丙烷塔设计（315）
一、前脱丙烷流程脱丙烷塔的设计（315）
二、后脱丙烷流程脱丙烷塔的设计（317）
三、裂解原料对脱丙烷塔釜温的影响（320）
四、脱丙烷塔再沸器结焦问题讨论（321）
第四节碳三加氢系统设计（322）
一、反应器内件设计（322）
二、碳三加氢催化剂的毒物和机理（322）
三、反应器日常维护和操作要求（323）
第五节丙烯精馏塔设计（324）
一、丙烯精馏塔的设计（324）
二、丙烯精馏系统运行状况分析（324）
第六节脱丁烷塔设计（326）
一、脱丁烷塔的设计（326）
二、脱丁烷塔结焦问题讨论（327）
参考文献（329）
第八章制冷系统（330）
第一节概述（330）
一、制冷循环过程（330）
二、制冷剂性质（330）
第二节制冷原理（331）
一、等焓节流（331）
二、制冷循环原理（334）
三、复叠制冷（336）
四、混合冷剂（336）
五、热泵（337）
六、冷量用户换热方式（339）
七、防喘振线（339）
第三节乙烯制冷（341）
一、密闭乙烯制冷系统（342）
二、开式乙烯热泵/制冷系统（343）
第四节丙烯制冷（346）
一、密闭丙烯制冷系统（347）
二、丙烯热泵/制冷系统（349）
第五节二元制冷（349）
第六节三元制冷（350）
一、某改造装置三元制冷系统（351）
二、某新建装置三元制冷系统（352）
第七节LNG冷量利用（354）
一、技术现状（354）
二、LNG冷量的直接利用技术（355）
三、LNG冷量的间接利用技术（356）
第八节低温乙烷、丙烷冷量利用（357）
一、概述（357）
二、乙烷裂解装置中低温乙烷冷量的利用（358）
三、低温乙烷/丙烷作为补充原料的冷量利用（359）
四、装置改造中低温乙烷冷量利用一（361）
五、装置改造中低温乙烷冷量利用二（362）
六、以丙烷为主的装置的原料冷量利用（363）
参考文献（364）
第九章附属设施及公用工程（365）
第一节蒸汽及冷凝水系统（365）
一、蒸汽参数、分级（365）
二、除氧给水系统（370）
三、乙烯装置蒸汽管网及冷凝水收集系统设计（372）
第二节火炬系统（377）
一、装置内排放系统（377）
二、高架火炬（384）
三、地面火炬（391）
第三节给排水系统（396）
一、原水系统（396）
二、冷却水系统（397）
三、生活给水系统（406）
四、生产给水系统（406）
五、排水系统（406）
六、给排水管道布置及材料选用（409）
第四节消防系统（410）
一、乙烯装置火灾危险性特点及分析（410）
二、乙烯装置消防水系统设计（415）
第五节燃料系统（420）
一、燃料的用户（420）
二、燃料气系统的设备及流程（421）
三、燃料平衡（421）
四、燃料系统节能措施（423）
参考文献（423）
第十章乙烯产品储存和运输（424）
第一节球罐（425）
一、工艺技术（425）
二、储存系统（427）
三、安全防护及设施（430）
第二节常压低温储罐（430）
一、低温罐类型及选择（431）
二、低温罐储存原理及流程（435）
三、主要设备（437）
四、控制及操作（438）
第三节乙烯输送系统（439）
一、低温船运输（439）
二、槽车运输（441）
参考文献（443）
第十一章分析化验（444）
第一节石油化工中心化验室发展历程和趋势（444）
一、中心化验室设计模式的改革（444）
二、新建中心化验室的特点和发展趋势（445）
第二节乙烯装置分离工艺部分对取样分析的要求（446）
第三节原料预热及急冷系统（447）
一、原料预热及急冷系统典型取样分析项目（447）
二、取样分析的目的、分析方法的选择和仪器配置的建议（449）
第四节压缩及前脱丙烷前加氢系统（461）
一、压缩及前脱丙烷前加氢系统典型取样分析项目（461）
二、取样分析的目的、分析方法的选择和仪器配置的建议（464）
第五节冷分离系统（475）
一、冷分离系统典型取样分析项目（475）
二、取样分析的目的、分析方法的选择和仪器配置的建议（477）
第六节热分离系统（482）
一、热分离系统典型取样分析项目（482）
二、取样分析的目的、分析方法的选择和仪器配置的建议（486）
第七节乙烯精馏塔和热泵制冷压缩系统（495）
一、乙烯精馏塔和热泵制冷压缩系统典型取样分析项目（495）
二、取样分析的目的、分析方法的选择和仪器配置的建议（497）
第八节丙烯制冷系统（500）
一、丙烯制冷系统典型取样分析项目（500）
二、取样分析的目的、分析方法的选择和仪器配置的建议（500）
第九节其他分析（501）
一、其他典型取样分析项目（501）
二、取样分析的目的、分析方法的选择和仪器配置的建议（502）
参考文献（503）
第十二章节能与环保（504）
第一节节能（504）
一、各专利商的节能技术（505）
二、通用节能措施（509）
三、特殊节能技术和节能措施（512）
第二节环保（522）
一、污染物排放（522）
二、污染治理措施（525）
三、排放标准（526）
参考文献（528）
第十三章安全、健康与卫生（529）
第一节概述（529）
第二节危险性分析（529）
一、物质的危险性（529）
二、泄漏（531）
三、火灾、爆炸（531）
四、中毒（533）
五、其他危害（533）
第三节安全与职业病防控措施（534）
一、防泄漏（534）
二、防火、防爆（537）
三、防中毒（539）
四、其他防控措施（540）
参考文献（540）
第十四章控制与仪表（542）
第一节概述（542）
第二节控制系统与仪表选型（542）
一、乙烯工厂管控一体化架构（542）
二、过程控制系统（543）
三、仪表选型（546）
第三节过程控制与紧急停车方案（550）
一、过程控制方案（550）
二、紧急停车联锁方案（560）
第四节控制系统设计（562）
一、集成控制系统网络架构（562）
二、控制系统组态（564）
三、现场总线控制系统在乙烯装置中的应用（564）
第五节先进过程控制与实时优化（567）
一、概述（567）
二、先进控制与实时优化的基本原理（567）
三、先进控制与实时优化技术简介（568）
四、乙烯装置先进控制与实时优化设计（569）
五、乙烯装置先进控制与优化实例（572）
第六节乙烯装置智能化（574）
一、技术背景（574）
二、发展态势（575）
三、乙烯装置智能化关键技术进展（576）
四、未来发展展望（579）
参考文献（580）
第十五章电气（581）
第一节概述（581）
第二节供配电（581）
一、配电系统设置（581）
二、应急电源、不间断电源（588）
三、电源故障和分批再启动（589）
第三节变电所设置（591）
一、负荷分配原则（591）
二、所址选择（591）
三、变电所的形式和建筑布置（592）
四、配电装置的布置（592）
五、对建筑物的要求（592）
六、抗震措施（593）
七、变电站微机综合自动化系统（593）
八、电气作业安全管控一体化系统（593）
第四节爆炸危险区与电气设备选型（597）
一、爆炸危险区（597）
二、防爆设备选型及供电（600）
第五节防雷与接地（600）
一、一般原则（600）
二、常用工频接地电阻值（600）
三、建构筑物的防雷分类（601）
四、户外装置区防雷（601）
五、压缩机厂房防雷（603）
六、变电所、机柜间防雷（604）
七、防静电接地（604）
第六节节能与减碳（605）
一、节能的主要措施（605）
二、“双碳”背景下的技术发展（605）
参考文献（607）
第十六章乙烯装置设备布置与配管（608）
第一节设备布置（608）
一、装置总平面布置（608）
二、急冷区设备布置（613）
三、压缩区设备布置（615）
四、冷区设备布置（618）
五、热区设备布置（620）
第二节管道布置（622）
一、管道布置一般规定（622）
二、管廊上管道布置（623）
三、急冷油系统管道布置（624）
四、反应器和干燥器管道布置（626）
五、压缩机管道布置（626）
六、汽轮机蒸汽管道布置（627）
七、段间换热器管道布置（629）
八、冷箱管道布置（630）
九、丙烯塔系统管道布置（633）
第三节管道材料设计（634）
一、乙烯装置管道材料选用概述（634）
二、乙烯装置的管道连接（637）
三、乙烯装置的阀门选用（638）
四、管道特殊件选用（641）
五、乙烯装置管道材料等级规定（642）
第四节管道应力分析（650）
一、管道应力分析的安全评定（650）
二、设备接管许用外载荷（650）
三、管道支吊架的分类（651）
四、关键管线的应力分析（653）
参考文献（656）
第十七章分离系统开停工、正常运行操作与异常事故处理（657）
第一节开工操作（657）
一、急冷单元开车操作（657）
二、压缩单元开车操作（663）
三、分离单元开车操作（672）
四、20000m3低温罐单元开车操作（685）
第二节停车操作（692）
一、急冷单元停车操作（692）
二、压缩单元停车操作（701）
三、分离单元停车操作（707）
第三节正常运行（711）
一、急冷单元正常运行操作（711）
二、压缩单元正常运行操作（716）
三、分离单元正常运行操作（719）
四、低温罐单元正常运行操作（725）
第四节异常事故处理（728）
一、急冷单元不正常现象和事故处理（728）
二、压缩单元不正常现象和事故处理（731）
三、分离单元不正常现象和事故处理（740）
四、低温罐区不正常现象和事故处理（746）
第十八章塔器计算及设计（749）
第一节乙烯装置中塔器的特点（749）
第二节塔内件选型（750）
一、板式塔和填料塔的比较和选型（750）
二、各类板式塔的选型（752）
三、填料塔的选型（752）
第三节板式塔（753）
一、板式塔的分类（753）
二、塔板结构参数（756）
三、板式塔的性能指标和典型变量（757）
四、筛孔塔板（763）
五、浮阀塔板（764）
六、固定阀型塔板（772）
七、泡罩塔板（777）
八、穿流塔板（778）
九、多降液管塔板（780）
十、板式塔的设计（781）
十一、板式塔的优化设计（797）
十二、板式塔的其他辅助装置（800）
第四节填料塔（818）
一、填料塔的分类（818）
二、填料的几何特性（820）
三、填料塔的性能参数（821）
四、乙烯装置中常用的散装填料（824）
五、乙烯装置中常用的规整填料（829）
六、塔内件与辅助装置（838）
七、填料塔的设计（866）
参考文献（872）
第十九章传热计算及换热设备设计（873）
第一节管壳式热交换器（873）
一、管壳式热交换器特点（873）
二、管壳式热交换器类型（874）
三、GB/T 151热交换器（875）
四、热交换器选型导则（880）
五、热交换器的传热设计方法（881）
第二节冷凝器（888）
一、冷凝器型式和特性（888）
二、传热计算（889）
三、压降计算（893）
四、乙烯分离装置重要冷凝器（894）
第三节再沸器（895）
一、再沸器型式和特性（895）
二、传热计算（898）
三、压降计算（900）
四、乙烯分离装置重要再沸器（900）
第四节高效热交换器（901）
一、高热通量管热交换器（902）
二、高效冷凝热交换器（907）
三、螺旋折流板热交换器（910）
四、螺旋槽管热交换器（913）
五、高效热交换器应用建议（914）
第五节空冷器（915）
一、空冷器（915）
二、复合型高效空冷器（917）
第六节热交换器金属学问题（919）
参考文献（920）

第二十章流体输送设备（921）
第一节过程流体机械概述（921）
一、过程流体机械的含义（921）
二、流体机械的分类（921）
三、石油、石化行业流体机械发展趋势（922）
四、乙烯装置主要流体机械（923）
第二节压缩机（924）
一、压缩机类型及基本计算（924）
二、离心式压缩机（930）
三、活塞式压缩机（958）
四、螺杆式压缩机（968）
第三节泵（973）
一、泵的分类（973）
二、离心泵（976）
三、计量泵（987）
四、乙烯装置典型泵（989）
第四节驱动机（1002）
一、电动机（1002）
二、工业汽轮机（1004）
参考文献（1004）
第二十一章静设备（1008）
第一节概述（1008）
第二节材料选择（1008）
一、一般材料选择（1008）
二、低温材料选择（1008）
第三节塔器（1009）
一、概述（1009）
二、大高径比塔器设计（1010）
三、塔内件设计（1016）
四、塔内件支撑结构（1017）
五、大直径塔盘的防吹翻设计（1020）
六、乙烯装置中塔器的典型结构设计（1024）
七、高耸塔器的气液组合试验（1028）
八、塔器制造（1029）
第四节换热器（1030）
一、高效换热器的应用（1030）
二、换热器结构优化设计（1032）
三、波齿密封垫片的应用（1037）
第五节反应器和干燥器（1037）
一、反应器的选材（1037）
二、分析设计的应用（1038）
三、高效支撑内件的应用（1039）
第六节聚结器和急冷油旋液分离器（1040）
一、聚结器（1040）
二、急冷油旋液分离器和过滤器（1040）
第