组合导向浮阀塔板在脱碳五塔的应用.pdf

郝 昭等组合导向浮阀塔板在脱碳五塔的应用 1 3 组合导向浮阀塔板在脱碳五塔的应用 郝昭 中石油四川石化公司 成都 6 1 0 0 3 9 王凯陈兰春兰州石化公 司 兰州 7 3 0 0 6 0 摘要 介绍组合导向浮阀塔板的结构特点，提出适当配比组合导向浮阀可优势互补， 并通过比较装 置改造前后标定的脱碳五塔操作数据和装置的收率，表明改造是成功的。 关键词 F 1 型浮阀塔板 组合导向浮阀塔板 脱碳五塔 技术改造 3 4 0 k t ／ a 裂解汽油加氢装置是兰州石化公司 6 0 0 k t ／ a乙烯装置改扩建工程 的配套装置 。根据 兰州石化公司生产格局 的安排 ，装置处理能力 由 原来的 4 4 t ／ h提高到 6 5 t ／ h ，因此改造的重点是 初分馏系统。 由于脱碳五塔塔径 、降液管、受液盘和塔板 层数不变，于是根据情况选用 由华东理工大学开 发的组合导向浮阀塔板。 脱 碳 五 塔 的 直 径 为 3 2 0 0 ra m， 总 高 为 3 3 0 0 0 ra m，裙座高 为 6 0 0 0 m m，塔板数 为 5 0块 ， 介质为苯、C 一C 及苯 乙烯 易 自聚 ，设备 的 材质为 2 0 R ，液体流动方式为双溢流，属于一类 压力容器 ，浮 阀型式 为 F 1 Z一4 A，阀孑 L 直 径 为 3 9 ra m，阀孔面积为 1 1 9 4 ．6 m m ；改造选 用组 合导向浮阀 由矩形导 向浮 阀和梯形 导向浮 阀 组成 ，矩形导向浮阀或梯形导向浮阀均重 4 3 g ， 各阀孔 的面积 同为 1 8 7 2 mm 。 ，塔 板 的 材质 为 O C r l 3 ，浮阀的材质为 3 0 4 。 1 组合导向浮阀塔板 组合导向浮阀塔板是在导向浮阀塔板基础上 开发成功的，其特点是改变以往由单一规格导 向 浮阀排布的塔板而 以矩形导向和梯形导向浮阀按 适当比例配比组合而成。 有人曾对梯形导向浮阀塔板进行 了试验研究。 试验结果表明在大液流强度下，梯形导向浮阀塔 板虽能消除塔板上的液面梯度，但在小液流强度 下，由于梯形导向浮阀塔板对液层的推动力过大， 塔板上产生负的液面梯度，液流强度越小 ，塔板上 负的液面梯度越明显。并且，当塔板上全部排布同 规格的梯形导向浮阀时，由于从各个浮阀流出的 气体对液层的推动力几乎没有区别，塔板上的液体 滞止区难以消除。于是出现了组合导向浮阀塔板， 并已获得实用新型专利。它有以下优点 1 与塔板 中央区相 比，两侧 的 弓形 区内 梯形导向浮阀所 占比率较大 ，以消除塔板上的液 体滞止 区。 2 当塔板的液流强 度较大或较小时 如 炼厂常压塔和催化分馏塔 ，均可采用不同的组 合配比，以适应不同的需要 。 3 组合导向浮阀塔板兼有 导向浮阀塔 板 和梯形导向浮阀塔板所具有的优点，具有更广的 使用范围和更好 的操作性能。 两种导向浮阀塔板见图 1 。 a 矩形导同浮阀 b 梯形导向浮阀 图 1 两种导 向浮 阀塔板 2 比较 运用试验数据对导向浮阀塔板和 F 1 型浮 阀 塔板 、组合导向浮阀塔板和导向浮阀塔板从塔板 压降、雾沫夹带和泄漏率进行 比较分析。 2 ． 1 塔板压降 2 ． 1 ． 1 导向浮阀塔板与 F l型浮阀塔板 郝昭 工程师。2 0 0 7年毕业于天津大学化学工程专业获工程硕士学位。现从事技术工作。已发表论文 l O余篇。联系电话 1 3 5 4 0 2 8 5 6 5 5。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 C HE MI C A L E N GI N EE R I NG DE S I G N 化工设计 2 0 0 9， 1 9 1 导向浮阀塔板与 F 1型浮阀塔板的压降比较 见 图 2 。 阀孔气逐 Wo m／ s 】 图 2 导向浮阀塔板与 F 1 型塔板浮阀压降比较 中 1 2 ． 3 ％h 5 0 mm 由图 2所知 ，在同样条件下 ，将导向浮阀塔 板与 F l型浮阀塔板 的压降比较可以看 出，在通 常操作范围内，导向浮阀塔板的压降明显低于 F 1 型浮阀塔板的压降。 2 ． 1 ． 2 组合导向浮阀塔板和导向浮阀塔板 组合导向浮阀塔板与导 向浮阀塔板的压降 比 较见图 3 。 ． 图 3 组合导向浮阀塔板与导向浮阀塔板压 降比较 HT6 0 0 mm中 1 2 ． 3 ％h 5 0 mm 由图 3所知 ，在相同条件下 ，组合导向浮阀 塔板 K1 ／ 3 ，K 2 ／ 3 与导 向浮阀塔板 的干 板压降基本一致， 但湿板压降稍有差别。当液流 强度 L8 0 m ／ m h 时 ，组合导 向浮阀塔板 的压降略小，说明组合导向浮阀塔板能较好地消 除塔板上的液面梯度 ，且气体均匀分布。 2 ． 2 雾沫夹带 雾沫夹带系指气 汽 体 将液体雾滴 自下 层塔板带至上层塔板。大量雾沫夹带会使易挥发 组份 的浓度梯度沿塔高而有所减少 ，因而使过程 的推动力降低。另外，大量的雾沫夹带还会使非 挥发性的杂质带到塔顶产品中去 ，影响产品的纯 度。因此 ，雾沫夹带会直接影响到塔板效率和产 品纯度。 影响雾沫夹带的因素很多 ，如液相表面张力 等物理性质、塔板 结构 如 浮阀结构 、开孔形 式、开孔率等 、板间距、操作状况、堰高、液 流强度、塔动能因子等 ，但重点是堰高、液流强 度以及塔动能因子。 2 ． 2 ． 1 导向浮阀塔板与 F 1 型浮阀塔板 导向浮阀塔板与 F 1 型浮阀塔板 的雾 沫夹带 比较见图4 。 空塔气运 W m／ s 】 图4 导向浮阀塔板与 F 1 型浮阀塔板雾沫夹带比较 H T 6 D ra m 1 Z 3 ％h 5 0 ra m L ／m h 由图4所知 ，在相同条件下 ，导向浮阀塔板 的雾沫夹带较 F 1型浮阀塔板的稍低 。 2 ． 2 ． 2 组合导向浮阀塔板与导向浮阀塔板 组合导向浮阀塔板与导 向浮阀塔雾沫夹带的 比较见图 5 图5 组合导向浮阀塔板与导向浮阀塔板雾沫夹带比较 6 0 0 n u n 1 2 ． 3 ％l 1 5 0 mm L 4 5 m ] ／ m h 由图5所知 ，在相同条件下 ，当液流强度 L 4 5 m ／ m h 时 ，组合 导向浮阀塔板 K 1 ／ 3 的雾沫夹带较导向浮阀塔板略小，而组 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 郝昭等组合导 向浮 阀塔板在 脱碳 五塔 的应 用 1 5 合导向浮阀塔板 K2 ／ 3 的雾沫夹带较导 向 浮阀塔板略大 。 2 ． 3 泄 漏率 塔板漏液是当阀孔气速小于某一定值时，气 体不能完全支撑住塔板上的液体，使液体从阀孔 大量漏至下一层塔板 ，造成液相返混 、塔板效率 下降的现象。在实际生产上 ，减小塔板漏液可 以 提高塔板的操作弹性。 2 ． 3 ． 1 导向浮阀塔板与 F 1 型浮阀塔板 导向浮阀塔板与 F 1型浮阀塔板泄漏率 比较 见图 6 。 图6 导向浮阀塔板与 F 1型浮阀塔板泄漏率比较 H r 6 0 0 ra m 1 2 ． 3 ％h 5 0 ra m L 6 0 m 3 ／ m h 由图6所知 ，在同样条件下 ，导 向浮阀塔板 的泄漏率较小 ，这主要是导向浮阀塔板的液面梯 度较小的缘故。 2 ． 3 ． 2 组合导向浮阀塔板和导向浮阀塔板 组合导向浮阀塔板和导向浮阀塔板泄漏率 比 较见 图7 。 Il jj 扎气透 wo { m／ s J 图7 组合导向浮阀塔板与导向浮阀塔板泄漏率 H T 6 0 0 m m 中 1 2 ． 3 ％h 5 0 m m L 4 5 m 。 ／ m h 由图7所知 ，在相同条件下 ，当液流强度 L 4 5 m 3 ／ m h 条件下 ，组合 导向浮阀塔板 K1 ／ 3 的泄漏率较小 ，而 K2 ／ 3时泄漏率 较大。说明在该条件下 K1 ／ 3的组合导 向浮阀 塔板较其余两者更为适 当。 通过 以上 比较分析可得出 ，根据液流的强度 或处理能力的大小，选择适当配比的组合导向浮 阀塔板的塔板压降、雾沫夹带、泄漏率比导向浮 阀塔板和 F l 型浮 阀塔板低 ，具有更广的适用范 围和更好的操作性能，这给加氢装置脱碳五塔的 改造提供了理论依据 。 3 技术改造 3 ． 1 流体力学性能 3 ． 1 ． 1 塔板压降 塔板压降按以下公式计算 h P h h f 阀全开前 h ． 1 9 ． 9 pL 阀全开后 h 5 ． 3 4 ／t 一0Pv h f 0 ． 5 L 兰0 ． 5 h h F u 0 pv F 8一l1 6 mm h 7 0 mm 3 ． 1 ． 2 雾沫夹带 浮阀塔 的雾 沫夹 带 计算 公 式 一 般 用所 谓 “ 泛点率”来判别，采用计算结果中较大的数 值 即， 等 10 0 ％ 1 0OC． 1 0 0 ％ G √ 3 ． 1 ． 3 总板效率 总板效率按下式计算 E N， N 1 0 0 ％ 改造前理论 板数 N为 3 0 ，实 际板数 N 为 5 O ，代人上式计算得 总板效 率为 6 0 ％。改 造前 F 1 型浮阀塔板流体力学性能见表 1 。 改造后理论 板数 N为 3 8 ；实 际板数 N 。为 5 0 ，代人上式计算得总板效率为7 6 ％。改造后 组合导向浮阀塔板流体力学性能见表 2 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 C HE MI C A L E N GI N E E R I NG D E S I GN 4 - Y - 设计 2 0 0 9， 1 9 I 表 1 改造前 F 1型浮阀塔板流体力学性能 表 2 改造后组合导向浮阀塔板流体力学性能 1～2 6 l～2 6 2 7 ～5 0 2 7 ～5 0 两边降液中同降液两边降液中问降液 由表 1和表 2可见 ，改造后塔板压降和雾沫 夹带明显降低 ，总板效率显著提高 ，改造效果 比 较 明显。 3 ． 2 塔板结构 改造前的脱碳五塔为 F l型浮阀塔 ，塔截面 积为 8 0 3 8 4 e m 。 ；浮阀重量 为 3 3 g ；塔板 材质为 Q 2 3 5一A；浮阀材质为 0 C r l 3 ；升气孔面积提馏 段为 9 1 7 4 ． 4 6 e m ，精馏段为 6 2 5 9 ． 6 5 c m 。 改造后塔板结构示意见 图 8 。 向 稃阀导向开口方向 导向 浮阔导向开口方向 而一丽 『 而 一 a 1 - 2 6 两边降液 导向 稃坷导翻开口厅舟 聊浮阗导向l， f 订方向 丽 百一 而一 b 1 - 2 6 中问降液 图 8 组合导向浮阀塔板 结构示意 图 8可见 ，该塔板是 由矩形导 向浮阀和梯形 导向浮阀组成。塔板的材质是 0 C r l 3 ，厚度 8 4 ra m；浮阀材质为 3 0 4 ；螺栓、螺母、椭 圆垫片 的材质均是 0 C r l 3 。为了便于检修和安装 ，每一 层塔板根据人孔的大小分成 1 6块。浮阀导 向孔 的方向与液体的流动方向相同，目的是推动塔板 上的液体 ，以消除塔板上的液面梯度。 3 ． 2 ． 1 精馏段 图8 a 所示为降液管在塔板两边的偶数 层 ，液体向塔壁流动，梯形导向浮阀主要分布在 塔板的边上靠近中间降液管和塔板的弓型区 ，目 的是推动液体流动 ，防止产生液体滞止死 区，影 响塔板的效率 。 1 图 8 a 所示的组合导向浮阀塔板安 装在碳五塔的前 2 6层精馏段 中降液管在塔 的两 边布 置 的 偶 数 层 ，共 l 3层 。塔 的截 面 积 为 8 0 3 4 8 m m ，升气孔总面积为5 3 1 6 ． 4 8 r n m ，升气 孔总面 塔 的截面积为 6 ． 6 ％。这些塔板 的矩 形导向浮 阀数量 为 1 9 2 ，梯形导 向浮 阀数量 为 9 2 ，因此 配 比 K 9 2 ／ 1 9 2 9 2 0 ． 3 2 3 9 2 图 8 b 所示为组合导 向浮阀塔板安 装在碳五塔 的前 2 6层中降液管在塔板 中间布置 的奇数层 ，共 1 3层。塔 的截面积、升气孔总面 积和升气孔总面 塔的截面积均与图 8 a 相 同。塔板的矩形导向浮阀数量为 2 3 2 ，梯形导向 浮阀数量为 5 2 ，因此配比 K 5 2 ／ 2 3 25 2 0 ． 1 8 3 1 。 3 ． 2 ． 2 提馏段 1 降液管布置在后 2 4层提馏段 中塔板两 边 的 偶 数 层 ，共1 2 层。 塔 的 截 面 积 为 8 0 3 8 4 mm ，升气 孔总面积为 7 1 1 3 ． 6 m m ，升气 孔总面积／ 塔的截面积为 8 ． 8 5 ％。这些塔板 的矩 形导 向浮 阀数 量 为 2 6 0 ，梯形 导 向浮阀数量 为 1 2 0，因此 配 比 K1 2 0 ／ 2 6 01 2 0 0 ． 3 1 5 8 。 2 降液管布置在后 2 4层中塔板中间的奇 数层 ，共 l 2层。塔的截面积 ，升气孔 总面积和 升气孔总面 塔 的截面积均 与图 8 a 相 同。 这些塔板的矩形导向浮阀数量为 3 1 2 ，梯形导向 浮阀数量为 6 8 ，因此配比 K 6 8 ／ 3 1 26 8 0 ． 1 7 8 9 。 从图 8中可以看出，降液管在塔板两边布置 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 9， 1 9 1 郝昭等组合导向浮阀塔板在脱碳五塔的应用 1 7 的组合导向浮 阀塔板 的梯形导 向浮 阀数量 比较 多 ，配 比较大 ，相应 的液体推 动力也大 ；后 2 4 层塔板中的每一层塔板的浮阀数量 比前 2 6层的 多 ，但是 ，前 2 6层中的每一层塔板 的配比比后 2 4 层的大。此塔板结构特点比较突出， 操作弹 性比较大 ，克服了 F 1 型浮阀和导向浮阀的缺点， 提高脱碳五塔的处理能力， 保证了产品的质量。 4 效果 4 ． 1 改造前 表 3为加氢装置改造前标定的装置收率 。 表 3 改造前装置收率 装置单耗 裂解 汽油／ C 5C 9加氢 汽油 3 0 7 1 ／ 2 9 6 2 1 ． 0 3 7 4 ． 2 改造后 表4为加氢装置改造后标定的装置收率。 表 4 改造后装置收率 注① 由于邵分流量计为 孔板 流量计 ，有些 计量 可能与买 际值有误差；②装置单耗裂解汽油／ C 5 C 9加氢汽油 4 6 7 6 ／ 4 5 61 1 ． 0 2 5。 比较表 3和表 4可 以看 出，加氢装置处理量 从 4 4 t ／ h提高到 6 5 t ／ h ，C 5 、C 8～c 9 、加氢汽油 的产量均有很大程度的提高 ，装置单耗从 1 ． 0 3 7 下降 低 到 1 ． 0 2 5 ，装 置 收 率 从 9 7 ． 4 3 ％ 提 高 到 9 7 ． 5 4 ％ 。 5 结语 1 介绍 了 F 1 浮阀塔板和组合导向浮 阀塔 板的结构特点、研究成果和工业应用情况。 2 将 F l 浮阀塔板更换为组合导向浮阀塔 板，装置处理 能力提高 4 0 ％ 以上 ，塔板效率 提 高 2 6 ％左右。 3 适当配比的组合导向浮阀塔板 ，使矩形 导向浮阀塔板和梯形 导向浮 阀塔板 的优势互补， 因此具有更广的适用范围和更好的操作性能。 4 F l 型浮阀塔板更换成组合导向浮阀塔 板后，处理能力大大提高、压降减小、蒸汽单耗 减少、达到了增产降耗的目的，提高了装置的经 济性能。 符号说明 w。 阀面上 的导 向孔喷 出的气流 wl 】 浮阀横向支撑力的合力 w h 1 液体向前流动的分力 } L r 板 间距 ，mm L 液流强度 ，n l ／ h m F 泛点率 ， ％ C 气相负荷系数 ，m 。 ／ s A b 塔板传质有效区截面积，m A 降液管截面积 ，m2 P L 塔 内液相密度 ，k m k 液体负荷 ，m ／ s g 重力加速度 ，m ／ s h 塔板压降，m液柱 h 干板压降 ，m液柱 h ． 板上清液层阻力 ，m液柱 h 堰高 ，m m 中 塔板开孔 率 ， ％ C 泛点负荷因数 Vs 塔 内气体 流量 ，m 0 ／ s AT 全塔截 面积，m p v 塔 内气相 密度 ，k s ／m K 物性 系数 z 塔板传质有效 区的宽度 ，m u n 阀孑 L 气速 ，m ／ s F 阀孔动能 因数 ， m ／ s k g ／ m 。 h 。 堰 上液层高度 ，mw l E 总板效率 N 理论板数 N 实际板数 参考文献 l 李玉安 ，路 秀林 ，张杰旭 ．导向浮 阀塔 板和组合导 向浮 阀塔板 [ c ] ．北京化学工业出版社，2 0 0 5 2 路秀林 ，刘秀因，赵培．实用新型专利．C N 9 1 2 1 5 1 1 0 ． 2[ P ] ，1 9 9 1 1 1 2 0 3 路秀林 ，赵培，李玉安．实用新型专利．C N 9 6 2 2 9 7 1 6 ． X [ P ] ，1 9 9 7 0 6 2 1 4 刘吉， 路秀林．组合导向浮阀塔板 [ J ]．山西化工， 1 9 9 8 1 5 66 O 5 张杰旭 。 赵培，李玉安等．组合导向浮阀塔板的开发 研究 [ J ]． 化工进展， 2 0 0 5 ， 2 4 增刊 6 9 ～ 7 0 6 蓝春树 ．组合导 向浮 阀塔板在大型丁二烯装置 中的成功 应用 [ J ] ． 化工进展，2 0 0 7 ， 2 7 增刊 7 余国琮．化工机械工程手册 [ M] ．北京化学工业出 版社 ，1 9 8 0 8 谭天恩，麦本熙，丁惠华．化工原理 [ M] ．j E 京 化 学工业 出版社 ，1 9 9 8 收稿 日期 2 0 0 8 0 6 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m