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乙烯裝置丙烯系統(tǒng)熱負(fù)荷擴(kuò)能方案的優(yōu)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(guó)寰球工程有限公司		更新日期： 2026年05月08日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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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(shù) 與 應(yīng) 用 Vol.41 No.4
D0I: 10.19909/j.cnki.ISSN1009-0045.2023.04.0295
業(yè)技術(shù)（295~298）
乙烯裝置丙烯系統(tǒng)熱負(fù)荷擴(kuò)能方案的優(yōu)化
徐子健，黃清魯，王曉紅，郭克倫，譚澤濤
（中國(guó)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(kuò)能后，熱負(fù)荷需求升高的問題，對(duì)其丙烯系統(tǒng)中丙烯塔及碳三汽提塔的熱負(fù)
荷需求及供給能力進(jìn)行了核算，并利用AspenHYSYS軟件對(duì)丙烯系統(tǒng)配套熱源的3種擴(kuò)能方案進(jìn)行模擬
計(jì)算及優(yōu)化。結(jié)果表明：乙烯裝置擴(kuò)能后，需新增1套丙烯系統(tǒng)，與原丙烯系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，還需要補(bǔ)充熱源
以滿足新增熱負(fù)荷需求；采用新增丙烯系統(tǒng)中設(shè)置蒸汽再沸器、底部再沸器，不設(shè)中間再沸器，再沸器急冷
水出口溫度設(shè)為62℃的方案，能耗最低，可操作性最優(yōu)。
關(guān)鍵詞：乙烯；丙烯；熱負(fù)荷；能耗；模擬；優(yōu)化
中圖分類號(hào)：TQ221.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1009-0045(2023)04-0295-04
為了提高經(jīng)濟(jì)效益，響應(yīng)國(guó)家“減油增化”的
號(hào)召，某企業(yè)擬對(duì)其乙烯裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造。該裝
置原設(shè)計(jì)采用前脫丙烷前加氫分離流程，在節(jié)能、
方便操作等方面有明顯的優(yōu)點(diǎn)，并可有效減少塔
釜聚合結(jié)垢[!。擴(kuò)能后，乙烯產(chǎn)能由80.0萬t/a擴(kuò)
至90.0萬t/a、丙烯則由40.0萬t/a擴(kuò)至47.5萬t/
a。由于丙烯產(chǎn)量提升較大，丙烯系統(tǒng)中丙烯塔與
碳三汽提塔總的處理熱負(fù)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(tǒng)設(shè)計(jì)熱
負(fù)荷需求。
本工作在最大程度依托現(xiàn)有設(shè)施的基礎(chǔ)上，
對(duì)丙烯塔及碳三汽提塔的熱負(fù)荷需求及供給能力
進(jìn)行核算，并利用美國(guó)AspenTech公司開發(fā)的
AspenHYSYS軟件[2-4]對(duì)丙烯系統(tǒng)配套熱源的3種
擴(kuò)能方案進(jìn)行模擬計(jì)算及優(yōu)化，以期在提高經(jīng)濟(jì)
效益的同時(shí)，滿足節(jié)能降耗的要求，并提升工程
質(zhì)量以及設(shè)計(jì)可靠性。
1 丙烯系統(tǒng)熱負(fù)荷分析
1.1 工藝流程
由圖1可知，脫乙烷塔塔底產(chǎn)品混合碳三送
至碳三加氫反應(yīng)器（R501)進(jìn)行催化加氫后，經(jīng)
碳三加氫后冷器（E505）降溫，再由碳三加氫循
環(huán)泵（P501)將其送至丙烯系統(tǒng)進(jìn)行精餾分離，丙
烯系統(tǒng)中碳三汽提塔（C501)和丙烯塔（C502)串
聯(lián)布置。混合碳三進(jìn)人丙烯系統(tǒng)后，首先進(jìn)入
C501,塔頂餾分送至C502,經(jīng)塔頂冷凝器（E504)
冷凝回流后，丙烯產(chǎn)品由丙烯塔側(cè)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(huán)丙烷，預(yù)熱后送回至裂解爐
正常工況下，丙烯系統(tǒng)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(tǒng)新增熱負(fù)荷需求
丙烯系統(tǒng)中C501和C502原設(shè)計(jì)裕量均為
60%~110%，擴(kuò)能后，丙烯系統(tǒng)處理負(fù)荷增加，丙
烯進(jìn)料濃度較原設(shè)計(jì)偏低，C501和C502進(jìn)料量
分別增加122.4%和133.5%，現(xiàn)有的丙烯系統(tǒng)不
能滿足擴(kuò)能后的需求。同時(shí)，由于C502原設(shè)計(jì)為
高效塔盤，難以通過改造更換塔盤來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)能要
求。因此，新增1套丙烯系統(tǒng)，2套并聯(lián)運(yùn)行，以實(shí)
現(xiàn)丙烯產(chǎn)量擴(kuò)能。
擴(kuò)能后，優(yōu)先滿足原系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)荷，剩余部
分分配至新增丙烯系統(tǒng)中，故新增丙烯系統(tǒng)與原
系統(tǒng)熱負(fù)荷比例設(shè)置為1:4，經(jīng)工藝模擬計(jì)算原
設(shè)計(jì)中C501和C502的熱負(fù)荷為70.33MW，新
收稿日期：2022-11-30；修回日期：2023-03-02
作者簡(jiǎn)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(tǒng)設(shè)計(jì)研究工作，已發(fā)
表論文11篇。
296 石 化 技 術(shù) 與 應(yīng) 用 第41卷
塔頂
冷凝罐
塔頂
冷凝器
碳三汽提塔
丙烯循環(huán)泵
混合碳三 烯 原料 丙烯 中間產(chǎn)品再沸器塔碳低壓 蒸汽丙烯產(chǎn)品泵加氫
反應(yīng)急冷水底部
器 碳三 再沸器 碳三
加氫后開車再沸器循環(huán)泵循環(huán)
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(huán)泵
循環(huán)泵2中間
再沸器塔
低壓蒸汽2丙烯產(chǎn)品泵
2開車急冷水2“底部
再沸器再沸器
2碳三循環(huán)泵
（虛線框內(nèi)為擴(kuò)能后新建部分。）
圖1 乙烯裝置擴(kuò)能前后丙烯系統(tǒng)工藝流程示意
增丙烯系統(tǒng)中2碳三汽提塔（C511)和2#丙烯塔
(C512)的熱負(fù)荷為19.05MW
1.3 丙烯系統(tǒng)熱負(fù)荷供給能力
在丙烯系統(tǒng)原設(shè)計(jì)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(tǒng)。急冷系統(tǒng)給裂解氣降溫
的同時(shí)，回收經(jīng)過副產(chǎn)超高壓蒸汽后，剩余熱量
及水分作為急冷水循環(huán)利用。急冷水經(jīng)泵增壓
后，一部分經(jīng)處理作為稀釋蒸汽發(fā)生器的工藝
水，另一部分經(jīng)一系列的工藝用戶回收熱量后，
送至一級(jí)急冷水冷卻器(E201)和二級(jí)冷卻器，通
過循環(huán)冷卻水移出多余熱量后返回急冷水塔。
乙烯裝置擴(kuò)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(zhì)原料預(yù)熱器（E101）、堿洗塔進(jìn)料加熱器
(E301）、壓差旁路閥(PDV201)和丙烯系統(tǒng)。為
了盡可能依托現(xiàn)有設(shè)施，減少原設(shè)計(jì)變化，需優(yōu)
先滿足原設(shè)計(jì)中E401,E101,E301達(dá)到最大負(fù)
荷，依次為1035.7，116.060.3t/h，同時(shí)，PDV201
選用原設(shè)計(jì)最小流量（42.5t/h），以保證閥門正常
開關(guān)。剩余熱負(fù)荷分配給丙烯系統(tǒng)，丙烯系統(tǒng)可
用急冷水量為3239.4t/h，按原設(shè)計(jì)溫差計(jì)算，其
熱負(fù)荷為65.43MW，無法滿足丙烯系統(tǒng)的需求。
因此，需要補(bǔ)充熱源以滿足新增熱負(fù)荷需求。
2 方案設(shè)計(jì)比選
由圖1可見，由于原設(shè)計(jì)無法滿足新增丙烯
熱負(fù)荷的要求，故在新增丙烯系統(tǒng)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(duì)急冷水用戶進(jìn)行模擬計(jì)算，其模擬流程
如圖2所示。根據(jù)急冷水平衡條件，急冷水人口
溫度83℃，壓力0.605MPa經(jīng)丙烯系統(tǒng)用戶使用
后與其他用戶混合，進(jìn)入E201，冷卻器出口急冷
水溫度為44℃，冷卻器使用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷
卻。
2.2 方案優(yōu)化
2.2.1 方案1
方案1為在新增丙烯系統(tǒng)中設(shè)置E511，
E512，不設(shè)E513，操作方式為急冷水優(yōu)先滿足
新增丙烯系統(tǒng)后，不足熱負(fù)荷由原系統(tǒng)E503采
第4期 徐子健等.乙烯裝置丙烯系統(tǒng)熱負(fù)荷擴(kuò)能方案的優(yōu)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(tǒng)
急冷水出口總管
已建管線3
丙烯系統(tǒng) 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(zhì)原料預(yù)熱器
新建管線1 新建管線2 堿洗塔進(jìn)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(jí)冷卻器
壓差旁路閥
圖2AspenHYSYS模擬計(jì)算流程示意
用低壓蒸汽補(bǔ)充。
由表1可見，為了滿足節(jié)能降耗需求，需同
時(shí)考慮急冷水下游用戶一級(jí)冷卻器（E201)的冷
媒循環(huán)冷卻水的用量，由于E201為循環(huán)冷卻水
的二次用戶，循環(huán)冷卻水用量固定，故根據(jù)反算
結(jié)果，確定新增丙烯系統(tǒng)急冷水的出口最優(yōu)溫度
為61℃，新增系統(tǒng)中2臺(tái)再沸器負(fù)荷平均分配。
表1方案1的丙烯系統(tǒng)熱量分配
溫度/℃ 新增換熱急冷水用量/ 位號(hào)熱負(fù)荷/MW
人口出口面積/m² (t·h-")
原系統(tǒng)2.547.5
E501 83 77 17.97
E502 77 66 34.20
E503 152 151 18.15
新增系統(tǒng)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(tǒng)中設(shè)置E513，
E511，不設(shè)E512，其操作方式為急冷水優(yōu)先滿
足原丙烯系統(tǒng)后，剩余急冷水供新增丙烯系統(tǒng)
E511使用。由表2可見，為了降低急冷水負(fù)荷，新
增E511急冷水出口溫度設(shè)定為73℃，與E501
表2方案2的丙烯系統(tǒng)熱量分配
溫度/℃ 新增換熱急冷水用量/ 位號(hào)熱負(fù)荷/MW
人口出口面積/m² (t·h)
原系統(tǒng)2.797.1
E501 83 73 35.56
E502 73 62 34.76
新增系統(tǒng)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(fù)荷由新增的E513
采用低壓蒸汽提供。丙烯系統(tǒng)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(xù)降溫至44℃。
2.2.3 方案3
方案3為在新增丙烯系統(tǒng)中設(shè)置E513和
E511，不設(shè)E512，其操作方式為急冷水優(yōu)先滿
足原丙烯系統(tǒng)后，剩余急冷水供新增丙烯系統(tǒng)
E511使用。由表3可見，該方案中，E511急冷水
出口溫度設(shè)定為62℃，與E502出口溫度保持一
致，不足熱負(fù)荷也由新增丙烯系統(tǒng)E513采用低
壓蒸汽提供。丙烯系統(tǒng)流出的急冷水與其他用戶
混合后，急冷水后續(xù)由E201繼續(xù)降至44℃。
表3方案3的丙烯系統(tǒng)熱量分配
溫度/℃ 新增換熱急冷水用量/ 位號(hào)熱負(fù)荷/MW
人口出口面積/m² (t·h-")
原系統(tǒng)2.797.1
E501 83 73 35.56
E502 73 62 .34.76
新增系統(tǒng)442.3
E511 83 62 11.27 1224
E513 152 151 7.78 201
2.3 3種方案對(duì)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(fù)荷比接近2:1,若新增丙烯系統(tǒng)
降負(fù)荷操作或再沸器需要檢維修，關(guān)停二者之一
即可保證其60%或30%低負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)半負(fù)荷
運(yùn)行時(shí)切換操作方便；方案3中E201熱負(fù)荷最
施[J].乙烯工業(yè),16(4):16-21.
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1何琨，吳德榮，馬紫峰乙烯聯(lián)合三種流程優(yōu)化以降低產(chǎn)
相關(guān)文獻(xiàn)鏈接：
298 石 化 技 術(shù) 與 應(yīng) 用 第41卷
低，所消耗循環(huán)冷卻水量最少。結(jié)合已建設(shè)施利
用程度，從能耗、操作、用地角度綜合考慮，方案3
最優(yōu)。
表43種方案的對(duì)比
項(xiàng)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(fù)荷/MW 116.88 111.44 105.56
E511
熱負(fù)荷/MW 9.54 5.40 11.27
換熱面積/m² 1192 640 1 224
E512
熱負(fù)荷/MW 9.51
換熱面積/m² 1237
E513
熱負(fù)荷/MW 13.65 7.78
換熱面積/m² 353 201
3 結(jié)論
a.乙烯裝置擴(kuò)能后，需新增1套丙烯系統(tǒng)，與
原丙烯系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，還需要補(bǔ)充熱源以滿足新
增熱負(fù)荷需求
b.采用新增丙烯系統(tǒng)中設(shè)置E511,E513，不
設(shè)E512，再沸器急冷水出口溫度設(shè)為62℃的方
案，能耗最低，可操作性最優(yōu)。
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207.
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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