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1、课 程 设 计 说 明 书设 计 名 称：化 工 专 业 课 程 设 计题 目：600万吨/年原油常减压蒸馏装置常压分馏塔工艺设计学 生： 学 号：班 别：专 业：指 导 教 师： 日 期：2021 年10 月24日 学 院 化学工程与工艺 专业 设 计 任 务 书 年月日 批准 系 主 任 发给学生 1.设计题目: 原油常减压蒸馏装置工艺设计 2. 学生完成全部设计之期限: 2011 年 10 月 24 日 3. 设计之原始数据: (另给) 4. 计算及说明局部内容: (设计应包括的工程) 一、总论 1概述；2文献综述；3设计任务依据；4主要原材料；5其他 二、工艺流程设计 1. 原料油性质
2、及产品性质；2. 工艺流程；3. 塔器结构；4环保措施 三、常压蒸馏塔工艺计算 1. 工艺参数计算；2. 操作条件确实定；3. 蒸馏塔各点温度核算； 4. 蒸馏塔汽液负荷计算 四、常压蒸馏塔尺寸计算 1. 塔径计算；2. 塔高计算 五、常压蒸馏塔水力学计算 六、车间布置设计 1. 车间平面布置方案；2. 车间平面布置图；3. 常压蒸馏塔装配图 七、参考资料 5. 绘图局部内容: (明确说明必绘之图) (1) 原油常减压蒸馏装置工艺流程图 (2) 主要塔器图 (3) 常压蒸馏塔汽液负荷分布图 (4) 常压蒸馏塔装配图 6. 发出日期: 2011 年 9 月 5 日 设计指导教师: 完成任务日期:
3、 年 月日 学 生 签 名: 化学工程与工艺课程设计原油常减压蒸馏装置工艺设计根底数据一. 原油的一般性质大庆原油，；特性因数二. 原油实沸点蒸馏数据 表1 原油实沸点蒸馏数据序馏出温度馏 出, %序馏出温度馏 出, %序馏出温度馏 出, %号重体号重体号重体1113728313385214883001439931809318154194210103351646052351135317500625612364三. 原油平衡蒸发数据 表2 原油平衡蒸发数据累计馏出, (体)310203040506070平衡蒸发温度, 200237280316348381409436四. 产品方案及产品性质 表3
4、 产 品 产 率 及 其 性 质产 品沸点范围产 率相对密度恩 氏 蒸 馏 数 据, 名 称%(重)初10%30%50%70%90%终重整原料初13058879399106118130航空煤油130230142162180192205228243轻 柴 油230320225238255262270288312重 柴 油320350307324329331342359385重 油350200五. 设计处理量: 250+学号10万吨/年, 开工：8000小时/年。六. 汽提水蒸汽采用过热水蒸汽: 420, 0.3MPa(表)七. 可考虑采用两段汽化流程，设两个中段循环回流; 可考虑过汽化油为2(重
5、)。目录第一章：总论711概述7 71.1.2 生产规模81.1.3 工艺技术路线892、文献综述:93、 课程设计任书10第二章工艺简述12 2.1 原料油性质及产品性质122.1.1 原油的一般性质122.1.2 原油实沸点蒸馏数据122.1.3 原油平衡蒸发数据1212 2.2 工艺流程设计13塔器结构 13 2.4 环保措施 14 2.4.1污染源分析 14 14 15 2.4.4 噪声防护 16 第三章：原料及产品的有关参数的计算17 17 173.1.2恩氏蒸馏90%10%斜率171717183.1.6相对分子质量：1818193.1.9 焦点温度和焦点压力19 19 .1原油和产
6、品的有关性质参数计算汇总20 3.2.2 物料平衡 202121233.3.3 汽化段温度26263.3.5 塔顶及各侧线温度的假设与回流热分配2627283.4.2 轻柴油抽出板和煤油抽出板温度30 校核 323.4.4塔顶温度的校正33343.6 作全塔汽液相负荷分布图48第四章：常压蒸馏尺寸计算504.1 塔的直径的计算5050514.1.3 计算气相空间截面积514.1.4 降液管内流体流速, Vd5151515252塔板布置, 浮阀丶溢流堰及降液管的计算524.3.1 浮阀的型式及排列524.3.2 临界阀孔流速53 53 4.3.4 浮阀数53 53第五章：常压蒸馏塔水力计算545
7、45.2 雾沫夹带555.3 泄漏56575.5 降液管超负荷5757 5.6.1泄漏线 59 5.6.2降液管超负荷界线 60 5.6.3适宜操作区和操作线 60第六章车间布置图62626.2 车间平面布置图626.2.1 工艺条件：626263636.4 文献综述63第七章 结束语64第一章：总论11概述设计根底 原油在常压条件下呈液态的复杂的烃类混合物。原油是一种主要由碳氢化沸点从常温到500度以上，分子结构也是多种多样合物组成的复杂混合物。石油中的烃类和非烃类化合物，相对分子质量从几十到几千。不同油区所产的原由在性质上差异较大，不同组成的原油表现出的物理性质不同，而不同的化学组成及物理
8、性质对原油的使用价值、经济效益都有影响。对许多原油来说，它的各项性质指标间往往存在着利弊交错、优劣共存的现象，这样就需要对原油进行分析评价。人人们根据对所加工原油的性质、市场对产品的需求、加工技术的先进性和可靠性，以及经济效益等诸方面的分析、制订合理的加工方案。石油不能直接作汽车、飞机、轮船等交通运输工具发动机的燃料，也不能直接作润滑油、溶剂油、工艺用油等产品使用，必须、经过各种加工过程，才能获得符合质量要求的各种石油产品。石油炼制工业生产汽油、煤油、柴油等燃料和化学工业原料，是国民经济最重要的支柱产业之一，关系国家的经济命脉和能源平安，在国民经济、国防和社会开展中具有极其重要的地位和作用。原
9、油炼制加工方案，主要根据其特性、市场需要、经济效益、投资力度等因素决定。石油炼制加工方案大体可以分为三种类型：1燃料型 主要产品是用燃料的石油产品。除了生产局部重油燃料油外，减压馏分油和减压渣油通过各种轻质化过程转化为各种轻质燃料。2燃料润滑油型 除了生产燃料的石油产品外，局部或大局部减压馏分油和减压渣油还用于生产各种润滑油产品。3燃料化工型 除了生产燃料产品外，还生产化工原料和化工产品。原油经过常压蒸馏可分馏出汽油、煤油、柴油馏分。因原油性质不同，这些馏分有的可直接作为产品，有的需要进行精制或加工。将常压塔底油进行减压蒸馏，等到的馏分视其原油性质或加工方案不同，可以作裂化热裂化、催化裂化、加
10、氢裂化等原料或润滑油原料油原料，也可以作为乙烯裂解原料。减压塔底油可作为燃料油、沥青、焦化或其它渣油加工溶剂脱沥青、渣油催化裂化、渣油加氢裂化等的原料。大庆原油设计一套年处理量为1240万吨大港原油加工装置，由于原料中轻组分不多，所以原油蒸馏装置采用二段汽化，设计常压塔，减压塔。设计中采用水蒸气汽提方式, 并确定汽提水蒸汽用量;由于浮阀塔操作弹性大，本设计采用浮阀塔。石油炼制工业的开展是伴随着石油及石油产品的开发利用开展起来的，石油的发现、开采和直接利用由来已久，加工利用并、逐步形成石油炼制工业。始于19世纪30年代，到20世纪4050年代形成的现代炼油工业，是最大的加工工业之一。原油蒸馏在炼
11、油厂是原油首先要通过的加工装置。一般包括预处理系统原油电脱盐、常压分馏系统、减压分馏系统、注剂系统、轻烃回收系统加工轻质原油且到达经济规模时一般设置轻烃回收系统等。常压蒸馏就是在常压下对原油进行加热、气化、分馏和冷凝。如此得到各种不同沸点范围的石油馏分。常减压蒸馏是指在常压和减压条件下，根据原油中各组分的沸点不同，把原油“切割成不同馏分的工艺过程。1.1.2 生产规模规模原油处理量600年。575000kg/h。按年开工8000小时计，即处理量为575000kg/h1.1.3 工艺技术路线大庆原油属于中间基原油，含硫量少，煤油具有相当好的挥发性能，比较高的闪点，适宜的粘度等特性，是一种优良的有
12、机溶剂，有着广泛的应用前景，但是，直馏煤油和一般的加氢煤油芳烃含量都较量，氮的非烃化合物也很多，致使在使用过程中，不仅使人感到有不舒服的臭味，还对人体有害。在应用上，煤油馏分除用作喷气燃料、特种溶剂油、灯用煤油以外，还有很大一局部作为铝轧油根底油使用。由于铝轧制在冷却、润滑和改善铝制品外表光洁度等方面都极其重要的作用，因此，随着铝加工业的迅猛开展，铝轧制油的用量越来越大。铝轧制油除应用具有馏分范围窄、饱和烃含量高、闪点高的特点外，还要求具有较低的硫含量和芳烃含量。煤油加氢工艺是生产高档铝轧制油最有效的工艺手段，该工艺主要是对其进行深度脱硫、脱氮和脱芳烃。采用加氢法生产无味煤油、铝轧制油，有着其
13、它方法无法比较的优点。首先是产品质量好，收率高，其中产品芳烃含量小于0.1%；其次是不产生酸渣、碱渣等污染物，属于环境友好工艺。特种油品精馏与一般的炼油装置不同，馏分窄分馏精度要求高，产品的种类繁多，生产操作完全由市场决定，操作灵活要求非常高，根据产品方案要求，分馏局部采用双分馏塔多侧线抽出，其中第二分馏塔为减压操作，满足不同产品分割及质量要求。1.1.4工艺技术特点由于装置规模较小，在保证平安平衡生产的前提下，尽量简化工艺流程和自动控制系统，以节省工程投资。反响局部采用冷高压别离流程。分馏局部设置两台分馏塔，其中第二分馏塔为减压操作，两台分馏塔产品侧线抽出及塔底均设重沸器，塔内装填高效规整填
14、料，确保分馏精度。设置热载体回执系统，热载体作为塔底重沸器热源。2、文献综述:常减压蒸馏技术现状(1)国外蒸馏装置技术现状及开展趋势炼油传厂的大型化是提高其劳动生产率和经济效益，降低能耗和物耗的一项重要措施。按2004年一月底的统计，全世界共有717座炼油厂，总加工能力4103Mt/a。其中加工能力在10Mt/a以上的炼油厂126座，分散在34个国家和地区，有16座加工能力在20Mt/a以上。现在单套蒸馏装置一般都在5Mt/a以上，不少装置已到达10Mt/a。现在最大的单套蒸馏装置处理量为15Mt/a。整体蒸馏装置将原油分为：常压渣油、含蜡馏分油、中间馏分油和石脑油组分。常压局部出常压渣油、中
15、间馏分和石脑油以下的馏分。中间馏分在加氢脱硫分馏塔中分馏煤油、轻、重柴油，常压渣油进入高真空减压蒸馏，分馏出的蜡油作为催化裂化装置和加氢裂化装置的原料。整体蒸馏装置可以节省投资30左右。电脱盐方面：以Petrolite和Howe-Beaket二公司的专利技术较为先进。Howe-Beaket技术主要为低速脱盐，Petrolite已在低速脱盐的根底上开发了高速电脱盐。塔内件方面：以Koch-Glitcsh、Sulzer和Norton为代表，拥有较先进的专利技术，公司开发出了SuperFRAC I.SuperFRACV高效塔盘和Gempak填料，Sulzer在原有Mellapak填料的根底上开发了M
16、llapakplus和Optiflow高效填料。产品质量方面：国外蒸馏装置典型的产品分馏精度一般为：石脑油和煤油的脱空度ASTM D86(5%-95%)13；煤油和轻柴油的脱空度ASTM D86(5%-95%)-20；轻蜡油与重蜡油的脱空度ASTM D1160(5%-95%)5，润滑油根底油也根本满足窄馏分、浅颜色。(2)国内蒸馏装置技术现状Mt/a，仅有几套装置的加工能力超国4.5Mt/a。我国蒸馏装置的总体技术水平与国外水平相比，在处理能力、产品质量和拨出率方面存在较大的差距。最近几年，随着我国炼油工业的开展，为缩短与世界先进炼油厂的差距，我国新建蒸馏装置正向大型化方向开展，陆续建成了镇海
17、、高桥8Mt/a及西太平洋10Mt/a等大型化的蒸馏装置等，其中高桥为润滑油型大型蒸馏装置，拟建的大型蒸馏装置也根本为燃料型。我国蒸馏装置侧线产品别离精度差异较大，如中石化有些炼油厂常顶和常一线能够脱空，但尚有40%的装置常顶与常一线恩氏蒸馏馏程重叠超过10，最多重叠达86。多数装置常二线与常三线恩氏蒸馏馏程重叠15以上，实沸点重叠那么超出25。润滑油馏分切割也同国外先进水平存在一定差距，主要表现在轻质润滑油馏分的发挥及中质润滑油馏分的残碳、颜色和安定性等方面存在差距较大。3、 课程设计任书 (一) 设计题目设计处理大庆原油, 年处理量600万吨的常减压蒸馏装置中的常压分馏塔。(二) 设计内容
18、1. 根据原始数据, 决定装置物料平衡。2. 常压塔的计算常压塔的物料平衡和物料性质。计算常压塔进料温度, 根据经验数据, 定出塔底温度。作常压塔全塔热平衡, 求出塔顶回流及中段回流。计算各侧线的温度。根据塔的各段回流量, 确定最大汽液负荷的位置。塔径与塔高的计算。根据塔的水力学计算, 确定最适宜的操作范围。3. 用1#图纸绘制常压蒸馏塔结构图一张。4. 完成设计说明书一份。(三) 设计要求:按照?课程设计指导书?上的要求。(四) 原始数据大庆原油属低硫环烷中间基原油, 一般性质如下表所示。 表13 大庆原油一般性质名称单位数值名称单位数值密度d204含盐mgNaCl/L74特性因数水分%运动
19、粘度(50)mm2/s初馏点82凝点20200馏出%10含蜡量%300馏出%25沥青质硅胶胶质%Ni含量PPm残炭%V含量PPm1含硫%Cu含PPm含氮%灰分%注: 计算时用d420=0.8717, K=12 表14 大庆原油常压分馏产品性质产品名称沸点范围产率 %(质)密 度d204恩 氏 蒸 馏 数 据 0%10%30%50%70%90%干点重整原料13058879399106118130航空煤油130230142162180192205228243轻柴油230320225238255262270288312重柴油320350307324329331340359385重油350设计题目可根
20、据实际情况, 选用其他原油及处理量。图的来源: 图1: 原油的实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线, 林世雄主编, 石油炼制工程, 上册, P293.图2: 汽提蒸汽用量(四层汽提塔板), 来源同图1, P292.图3: 常压塔的计算草图, 来源同图1, P297.图4: 重柴油抽出板以下塔段的热平衡, 来源同图1, P300.图5: 汽油的露点线相图, 来源同图1, P303.图6: 常压塔全塔汽丶液相负荷分布图, 来源同图1, P303.图7:适宜操作区示意图, 石油化学工业部石油化工规划设计院编, ?塔的工艺计算?,P141第二章工艺简述 原料油性质及产品性质 原油的一般性质大庆原油，；特性因数
21、 原油实沸点蒸馏数据 表1 原油实沸点蒸馏数据序馏出温度馏 出, %序馏出温度馏 出, %序馏出温度馏 出, %号重体号重体号重体1113728313385214883001439931809318154194210103351646052351135317500625612364 原油平衡蒸发数据 表2 原油平衡蒸发数据累计馏出, (体)310203040506070平衡蒸发温度, 200237280316348381409436产品性质 表3 产 品 产 率 及 其 性 质产 品沸点范围产 率相对密度恩 氏 蒸 馏 数 据, 名 称%(重)初10%30%50%70%90%终重整原料初130
22、58879399106118130航空煤油130230142162180192205228243轻 柴 油230320225238255262270288312重 柴 油320350307324329331342359385重 油3502.2 工艺流程设计由产品的性质可以了解到，此装置主要是生产燃料油，而且汽油馏分的含量也不是很高，所以在此用二段汽化式：常压减压。 图1-1生产流程图2.3 塔器结构根据设计要求和实际情况，采用板式塔。各种板式塔有关结构性能比较如下表：表2-5 各种塔板比较塔板优点缺点泡罩塔板不容易发生漏液现象，有较好的操作弹性，对脏物不敏感结构复杂造价高，塔板压降大，雾末夹带
23、现象严重塔板效率均匀筛板结构简单，造价低，气体，压降小操作弹性地，筛孔小，易堵塞浮阀塔板生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压降小，结构简单，造价低不宜处理易结焦，或黏度大喷射型塔板开孔率较大，可采用较高的空塔气速，生产能力大，塔板效率高操作弹性大气相夹带由上表比较可知，应选择浮阀塔板作为本次设计所需的塔板。2.4 环保措施污染源分析常压加热炉烟气 减压加热炉烟气图2-2 常减压蒸馏装置的工艺流程及污染源分布1电脱盐罐；2一初馏塔；3常压炉；4常压塔；5汽提塔；6-稳定塔；7分馏塔；8减压加热炉；9减压塔由图2-2可知，常减压蒸馏装置污染源有电脱盐排水、初顶排水、机泵冷却水、常顶排水、减顶
24、排水、常压加热炉烟气、减压加热炉烟气，所以环保工作应围绕这些污染源采取相应措施。废气处理加热炉烟气烟气中的so2与燃料中硫含量有关，使用燃料气及低硫燃制能有效降低so2。的排放量。NO2的排放与燃料中的N2含量及燃烧火嘴结构有关。停工排放废气装置在停工时，需对塔、容器、管线进行蒸汽吹扫，大局部存油随蒸汽冷凝水排出，还有局部未被冷凝的油气随塔顶蒸汽放空进入大气；检修时，需将塔、容器等设备的人孔翻开，将残存的油气排入大气；要制定停工方案并严格执行，严格控制污染。无组织排放废气一般情况下含硫废水中硫化氢及氨的气味较大，输送这种含硫废水必须密闭，如有泄漏那么毒害严重。含硫化氢废气经常泄漏的部位是在“三
25、顶回流罐脱水部位。减少措施是控制好塔顶注氨。输送轻质油品管线、碱渣管线及阀门的泄漏会造成大气污染，本装置设计常压塔顶减压阀为紧急放空所用，放空气体进入紧急放空罐。管线阀门的泄漏率应小于2c。另外，蒸馏装置通常设“三顶瓦斯回收系统，将初顶、常减顶不凝气引入加热炉作为燃料烧掉或回收，这样对节能、平安、环保均有利。废水处理电脱盐排水制电脱盐过程所排的废水，来自原油进装置时自身携带水和溶解原油中无机盐所注入的水。此外，参加破乳剂使原油在电场的作用下将其中的油和含盐废水别离。由于这局部水与油品直接接触，溶人的污染物较多，特别是电脱盐罐油水别离效率不高时，这局部排水中石油类和COD均较高。排水量与注水量有
26、关，一般注入量为原油的58。筛选好的破乳剂、确定适宜用量、提高电脱盐效率都对提高油水别离效果有利；用含硫污水汽提后的净化水回注电脱盐可减少新鲜水用量，同时减少净化水排放的挥发酚含量；增加油水镧离时间，严格控制油水界面(必要时设二次收油设施)可减少油含量。塔顶油水别离器排水常减压蒸馏装置其初馏塔顶、常压塔顶、减压塔顶产物经冷后均分别进入各自的油水别离器，进行油水别离并排水。这部水是由原油加工过程中的加热炉注水，常压塔和减压塔底注汽产品汽提塔所用蒸汽冷凝水，大气抽空器冷凝水，塔顶注水，缓蚀剂所含水分等组成。由于这局部水与油品直接接触，所以 AN染物质较多，排水中硫化物、氨、COD均较高。排水中带隋
27、况与油水别离器中油水别离时间、界面控制是否稳定有关。正常生产情况下，严格控制塔顶油水别离器油水界面是防止排重带油的关键。机泵冷却水机泵冷却水由两局部构成，一局部是冷却泵体用水，全部使用循 K冷却后进循环水回水管网循环使用。另一局部是泵端面密封冷却 K，随用随排入含油废水系统。一般热油泵需冷却水较多，如端面十漏油较多那么冷却水带油严重。如将泵端面密封改为波纹管式端 i封，可以减少漏油污染。装置其他排水 a油品采样该装置有汽油、煤油、柴油等油品采样口用于采 j品进行质量检测。一般在油品采样前，都要放掉局部油品，以便：次采样滞留在管线中的油置换掉。这局部油品会污染排水。可采动分析仪或密闭采样法，也可
28、以将置换下的油品放入污油罐中回以减少污染。 b设备如拆卸油泵、换热器等，需将设备内的存油放掉进入系统。如果能在拆卸设备处，设专线将油抽至污油回收系统(或罐)，可以减少污染。 c停工扫线 装置停工需将设备、管线中的存油用蒸汽吹扫于此阶段排放污染物最为严重。应制定停工方案并严格执行，尽量油送至污油罐区，严禁乱排乱放。 d地面冲洗原油泵、热油泵、控制阀等部位所在地面最易遭受污染。一般不允许用水冲洗的地面，通常用浸有少量煤油的棉纱插去油污。e,装置废水排放计量 各种废水排出装置进入全厂含油废水系统之前，要设置计量井，并制定排水定额。对控制排放废水的污染较为有效。噪声防护在生产装置，噪声的主要来源是：流
29、体振动所产生的噪声。如流体被节流后发出的噪声(尤其是调节阀节流造成的)、火焰燃烧所造成的气体振动等。机械噪声。指各种运转设备所产生的噪声。电磁噪声。指由电机、脱盐变压器等因磁场作用引起振动所产生的噪声。加热炉噪声的防治一般有以下几种方法，可根据不同情况选用。(1)采用低噪声喷嘴。(2)喷嘴及风门等进风口处采用消声罩。(3)结合预热空气系统，采用强制进风消声罩。(4)炉底设隔声围墙。电机噪声的防治一般有：(1)安装消声罩。一般应选用低噪声电机，假设噪声不符合要求时，可加设隔声罩(安装全部隔声罩或局部隔声罩。)(2)改善冷却风扇结构、角度。(3)大电机可撤除风扇，用主风机设置旁路引风冷却电机。空冷
30、器噪声的防治一般可选用以下几种方法：(1)设隔声墙，以减少对受声方向的辐射。(2)加吸声屏，可设立式和横式吸声屏。(3)加隔声罩。(4)用新型低噪声风机。 第三章：原料及产品的有关参数的计算体积平均沸点重整原油 航空煤油 轻柴油 重柴油 恩氏蒸馏90%10%斜率重整原油90%10%斜率航空煤油90%10%斜率轻柴油90%10%斜率重柴油90%10%斜率立方平均沸点 由?工艺计算图表?图2-1-J查得 重整原油 ：校正值为 航空煤油：校正值为 轻柴油：校正值为 重柴油：校正值为 中平均沸点 由?工艺计算图表?图2-1-J查得 重整原油 ：校正值为 航空煤油：校正值为 轻柴油：校正值为 重柴油：校
31、正值为 特性因数 由图表查得： 重整原油：=11.80 航空煤油：= 11.78 轻柴油： 重柴油： 相对分子质量： 由图表查得： 重整原油：M =98 航空煤油：M =155 轻柴油： M=212 重柴油： M =282平衡蒸发温度 由?工艺计算图表?图2-2-3、2-2-4查得：平衡蒸发温度汇总：产品 温度/0%10%30%50%70%90%100%重整原料航空煤油174184190轻 柴 油268重 柴 油3临界温度和临界压力临界温度, tkp:由图表集图2-3-7和图2-3-8查得；临界压力, Pkp:由图表集图2-3-9查得：临界温度和压力汇总：产品真临界温度 假临界温度 真临界压力
32、MPa假临界压力MPa重整原料航空煤油轻 柴 油重 柴 油49 焦点温度和焦点压力焦点温度, tF由图表集图2-2-19。焦点压力, PF由图表集图2-2-18查得, 汇总如下：焦点温度压力：产品焦点温度 焦点压力MPa重整原料航空煤油轻 柴 油重 柴 油 切割方案及性质切割方案及性质表见表3-3：开工天数为8000小时 产品实沸点的馏程/ C实沸点的切割点/ C汽油40140煤油105252轻柴油196339224重柴油301448320表3-3 原油常压切割方案及性质表.1原油和产品的有关性质参数计算汇总表2 油品的有关性质参数计算汇总油品名称密 度 d204比重指数oAPI特性因 数 K分子量 M平衡蒸发温度临界参数假焦点参数0 %100%温度压力MPa温度MPa汽油98745.02 航煤油1554.03 轻柴3611.65 210重柴0.8450 282