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乙烯裝置丙烯系統熱負荷擴能方案的優化

文檔作者：徐子健，黃清魯，王曉紅，郭克倫，譚澤濤文檔來源：中國寰球工程有限公司		更新日期： 2026年05月08日	點擊數：
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U
2023年7月 Petrochemical Technology &amp;amp; Application July22023
第41卷 第4期 石 化 技 術 與 應 用 Vol.41 No.4
D0I: 10.19909/j.cnki.ISSN1009-0045.2023.04.0295
業技術（295~298）
乙烯裝置丙烯系統熱負荷擴能方案的優化
徐子健，黃清魯，王曉紅，郭克倫，譚澤濤
（中國寰球工程有限公司北京分公司，北京100012）
摘要：為解決乙烯裝置擴能后，熱負荷需求升高的問題，對其丙烯系統中丙烯塔及碳三汽提塔的熱負
荷需求及供給能力進行了核算，并利用AspenHYSYS軟件對丙烯系統配套熱源的3種擴能方案進行模擬
計算及優化。結果表明：乙烯裝置擴能后，需新增1套丙烯系統，與原丙烯系統并聯運行，還需要補充熱源
以滿足新增熱負荷需求；采用新增丙烯系統中設置蒸汽再沸器、底部再沸器，不設中間再沸器，再沸器急冷
水出口溫度設為62℃的方案，能耗最低，可操作性最優。
關鍵詞：乙烯；丙烯；熱負荷；能耗；模擬；優化
中圖分類號：TQ221.21 文獻標志碼：B 文章編號：1009-0045(2023)04-0295-04
為了提高經濟效益，響應國家“減油增化”的
號召，某企業擬對其乙烯裝置進行擴能改造。該裝
置原設計采用前脫丙烷前加氫分離流程，在節能、
方便操作等方面有明顯的優點，并可有效減少塔
釜聚合結垢[!。擴能后，乙烯產能由80.0萬t/a擴
至90.0萬t/a、丙烯則由40.0萬t/a擴至47.5萬t/
a。由于丙烯產量提升較大，丙烯系統中丙烯塔與
碳三汽提塔總的處理熱負荷需求有較大升高，作
為主要熱源的急冷水難以滿足新增系統設計熱
負荷需求。
本工作在最大程度依托現有設施的基礎上，
對丙烯塔及碳三汽提塔的熱負荷需求及供給能力
進行核算，并利用美國AspenTech公司開發的
AspenHYSYS軟件[2-4]對丙烯系統配套熱源的3種
擴能方案進行模擬計算及優化，以期在提高經濟
效益的同時，滿足節能降耗的要求，并提升工程
質量以及設計可靠性。
1 丙烯系統熱負荷分析
1.1 工藝流程
由圖1可知，脫乙烷塔塔底產品混合碳三送
至碳三加氫反應器（R501)進行催化加氫后，經
碳三加氫后冷器（E505）降溫，再由碳三加氫循
環泵（P501)將其送至丙烯系統進行精餾分離，丙
烯系統中碳三汽提塔（C501)和丙烯塔（C502)串
聯布置。混合碳三進人丙烯系統后，首先進入
C501,塔頂餾分送至C502,經塔頂冷凝器（E504)
冷凝回流后，丙烯產品由丙烯塔側線巴氏精餾段
采出，丙烯塔塔底物送回至C501，丙烷由C501
塔底采出作為循環丙烷，預熱后送回至裂解爐
正常工況下，丙烯系統熱源由急冷水通過C501
底部再沸器（E501）、C501中間再沸器（E502)提
供。開車工況下，熱源由低壓蒸汽通過C501的開
車再沸器（E503）提供
1.2 丙烯系統新增熱負荷需求
丙烯系統中C501和C502原設計裕量均為
60%~110%，擴能后，丙烯系統處理負荷增加，丙
烯進料濃度較原設計偏低，C501和C502進料量
分別增加122.4%和133.5%，現有的丙烯系統不
能滿足擴能后的需求。同時，由于C502原設計為
高效塔盤，難以通過改造更換塔盤來實現擴能要
求。因此，新增1套丙烯系統，2套并聯運行，以實
現丙烯產量擴能。
擴能后，優先滿足原系統設計負荷，剩余部
分分配至新增丙烯系統中，故新增丙烯系統與原
系統熱負荷比例設置為1:4，經工藝模擬計算原
設計中C501和C502的熱負荷為70.33MW，新
收稿日期：2022-11-30；修回日期：2023-03-02
作者簡介：徐子健（1990一），男，河北廊坊人，碩士，工程
師。主要從事石油化工裝置工藝系統設計研究工作，已發
表論文11篇。
296 石 化 技 術 與 應 用 第41卷
塔頂
冷凝罐
塔頂
冷凝器
碳三汽提塔
丙烯循環泵
混合碳三 烯 原料 丙烯 中間產品再沸器塔碳低壓 蒸汽丙烯產品泵加氫
反應急冷水底部
器 碳三 再沸器 碳三
加氫后開車再沸器循環泵循環
冷器丙燒
（2塔頂冷凝罐）
碳三加氫
緩沖罐2塔頂冷凝器2*
碳三汽提塔
2
丙2丙烯
碳三加氫 循環泵
循環泵2中間
再沸器塔
低壓蒸汽2丙烯產品泵
2開車急冷水2“底部
再沸器再沸器
2碳三循環泵
（虛線框內為擴能后新建部分。）
圖1 乙烯裝置擴能前后丙烯系統工藝流程示意
增丙烯系統中2碳三汽提塔（C511)和2#丙烯塔
(C512)的熱負荷為19.05MW
1.3 丙烯系統熱負荷供給能力
在丙烯系統原設計中，急冷水作為C501塔
塔底再沸器（E501)和中間再沸器（E502)的熱
源，主要來自急冷系統。急冷系統給裂解氣降溫
的同時，回收經過副產超高壓蒸汽后，剩余熱量
及水分作為急冷水循環利用。急冷水經泵增壓
后，一部分經處理作為稀釋蒸汽發生器的工藝
水，另一部分經一系列的工藝用戶回收熱量后，
送至一級急冷水冷卻器(E201)和二級冷卻器，通
過循環冷卻水移出多余熱量后返回急冷水塔。
乙烯裝置擴能改造后可用急冷水量為
4493.9/h，其主要用戶為脫乙烷塔再沸器(E401)、
輕質原料預熱器（E101）、堿洗塔進料加熱器
(E301）、壓差旁路閥(PDV201)和丙烯系統。為
了盡可能依托現有設施，減少原設計變化，需優
先滿足原設計中E401,E101,E301達到最大負
荷，依次為1035.7，116.060.3t/h，同時，PDV201
選用原設計最小流量（42.5t/h），以保證閥門正常
開關。剩余熱負荷分配給丙烯系統，丙烯系統可
用急冷水量為3239.4t/h，按原設計溫差計算，其
熱負荷為65.43MW，無法滿足丙烯系統的需求。
因此，需要補充熱源以滿足新增熱負荷需求。
2 方案設計比選
由圖1可見，由于原設計無法滿足新增丙烯
熱負荷的要求，故在新增丙烯系統中新建以急冷
水為熱源的C511底部再沸器（E511）、C511中
間再沸器（E512），以及以蒸汽為熱源的C511蒸
汽再沸器（E513）。
2.1 模型搭建
采用AspenHYSYS軟件，選取Peng-Robinson
模型，對急冷水用戶進行模擬計算，其模擬流程
如圖2所示。根據急冷水平衡條件，急冷水人口
溫度83℃，壓力0.605MPa經丙烯系統用戶使用
后與其他用戶混合，進入E201，冷卻器出口急冷
水溫度為44℃，冷卻器使用循環冷卻水進行冷
卻。
2.2 方案優化
2.2.1 方案1
方案1為在新增丙烯系統中設置E511，
E512，不設E513，操作方式為急冷水優先滿足
新增丙烯系統后，不足熱負荷由原系統E503采
第4期 徐子健等.乙烯裝置丙烯系統熱負荷擴能方案的優化 297
已建管線1 Q-E501 Q-E502
已建管線2
底部再沸器中間再沸器丙烯系統
急冷水出口總管
已建管線3
丙烯系統 新建管線3 匯管1
急冷水分支管
入口總管Q-E201
Q-E511 Q-E512
輕質原料預熱器
新建管線1 新建管線2 堿洗塔進料加熱器 急冷水出口 急冷水出口總管2
2底部再沸器2中間再沸器總管1
脫乙烷塔再沸器匯管2 一級冷卻器
壓差旁路閥
圖2AspenHYSYS模擬計算流程示意
用低壓蒸汽補充。
由表1可見，為了滿足節能降耗需求，需同
時考慮急冷水下游用戶一級冷卻器（E201)的冷
媒循環冷卻水的用量，由于E201為循環冷卻水
的二次用戶，循環冷卻水用量固定，故根據反算
結果，確定新增丙烯系統急冷水的出口最優溫度
為61℃，新增系統中2臺再沸器負荷平均分配。
表1方案1的丙烯系統熱量分配
溫度/℃ 新增換熱急冷水用量/ 位號熱負荷/MW
人口出口面積/m² (t·h-")
原系統2.547.5
E501 83 77 17.97
E502 77 66 34.20
E503 152 151 18.15
新增系統691.9
E511 83 72 9.54 1192
E512 72 61 9.51 1237
2.2.2 方案2
方案2為在新增丙烯系統中設置E513，
E511，不設E512，其操作方式為急冷水優先滿
足原丙烯系統后，剩余急冷水供新增丙烯系統
E511使用。由表2可見，為了降低急冷水負荷，新
增E511急冷水出口溫度設定為73℃，與E501
表2方案2的丙烯系統熱量分配
溫度/℃ 新增換熱急冷水用量/ 位號熱負荷/MW
人口出口面積/m² (t·h)
原系統2.797.1
E501 83 73 35.56
E502 73 62 34.76
新增系統442.3
E511 83 73 5.40 640
E513 152 151 13.65 353
出口溫度保持一致，不足熱負荷由新增的E513
采用低壓蒸汽提供。丙烯系統流出的急冷水與
E401,E101,E-301及PDV201流出的急冷水混
合后，由E201繼續降溫至44℃。
2.2.3 方案3
方案3為在新增丙烯系統中設置E513和
E511，不設E512，其操作方式為急冷水優先滿
足原丙烯系統后，剩余急冷水供新增丙烯系統
E511使用。由表3可見，該方案中，E511急冷水
出口溫度設定為62℃，與E502出口溫度保持一
致，不足熱負荷也由新增丙烯系統E513采用低
壓蒸汽提供。丙烯系統流出的急冷水與其他用戶
混合后，急冷水后續由E201繼續降至44℃。
表3方案3的丙烯系統熱量分配
溫度/℃ 新增換熱急冷水用量/ 位號熱負荷/MW
人口出口面積/m² (t·h-")
原系統2.797.1
E501 83 73 35.56
E502 73 62 .34.76
新增系統442.3
E511 83 62 11.27 1224
E513 152 151 7.78 201
2.3 3種方案對比
由表4可見：3種方案中，方案3低壓蒸汽用
量為13.3t/h，能耗最低；方案2的總換熱面積為
993m²，低于方案1和方案3，由于換熱面積決定
換熱器的尺寸，因此，方案2用地最小；方案3中
E511與E513負荷比接近2:1,若新增丙烯系統
降負荷操作或再沸器需要檢維修，關停二者之一
即可保證其60%或30%低負荷運行，同時半負荷
運行時切換操作方便；方案3中E201熱負荷最
施[J].乙烯工業,16(4):16-21.
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1何琨，吳德榮，馬紫峰乙烯聯合三種流程優化以降低產
相關文獻鏈接：
298 石 化 技 術 與 應 用 第41卷
低，所消耗循環冷卻水量最少。結合已建設施利
用程度，從能耗、操作、用地角度綜合考慮，方案3
最優。
表43種方案的對比
項目方案1 方案2 方案3
低壓蒸汽用量/(t·h) 30.6 23.0 13.3
急冷水用量/(t·h-） 3239.4 3239.4 3239.4
E201熱負荷/MW 116.88 111.44 105.56
E511
熱負荷/MW 9.54 5.40 11.27
換熱面積/m² 1192 640 1 224
E512
熱負荷/MW 9.51
換熱面積/m² 1237
E513
熱負荷/MW 13.65 7.78
換熱面積/m² 353 201
3 結論
a.乙烯裝置擴能后，需新增1套丙烯系統，與
原丙烯系統并聯運行，還需要補充熱源以滿足新
增熱負荷需求
b.采用新增丙烯系統中設置E511,E513，不
設E512，再沸器急冷水出口溫度設為62℃的方
案，能耗最低，可操作性最優。
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Scheme optimization of heat load capacity expansion in the propylene system
of ethylene unit
XU Zi-jian, HUANG Qing-lu, WANG Xiao-hong, GUO Ke-lun,TAN Ze-tao
(Beijing Branch of China Huanqiu Contracting &amp;amp; Engineering Co Ltd ,Beijing 100012, China)
Abstr act: In order to solve the problem of increased
heat load demand after the capacity expansion
of ethylene unit, the heat load demand and
supply capacity of propylene tower and Cs stripper
tower in the propylene system were calculated, and
three kinds of heat source expansion schemes of
propylene system were simulated and optimized by
Aspen HYSYS software. The results showed that after
the expansion of ethylene plant, an additional
propylene system was needed to run in parallel with
original propylene system, and heat source was
needed to be added to meet the demand of the additional
heat load. The scheme of setting the steam reboiler
and bottom reboiler in the newly added propylene
system without setting middle reboiler, and setting
the outlet temperature of quench water of reboiler
at 62 ℃ was adopted with the lowest energy consumption
and the best operability.
Key words: ethylene; propylene; heat load; energy
consumption; simulation ;optimization

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