精餾塔內(nèi)件性能優(yōu)化及結(jié)構(gòu)改進(jìn)

錢蕾

（中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

引言：在某石化公司內(nèi)部的精餾塔，至今5 年間一直都是處于操作異常的狀況下，其制造的產(chǎn)品都顯示，聚合物質(zhì)含量超出原本規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)正常的生產(chǎn)工藝要求，制造出的物品主要可以分為優(yōu)秀、合格兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其中優(yōu)級要保證聚合物含量在11mg/kg，和各類型的要在51mg/kg，在精餾塔處于工作異常的狀況下，制造出的產(chǎn)品含量在每千克37mg，并不符合優(yōu)級的要求。面對該問題，如果不能夠及時(shí)將其解決掉，勢必會(huì)對精餾塔的長時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生影響。

一、精餾塔內(nèi)件狀態(tài)

（一）填料

使用的苯乙烯精餾塔，需要利用304 波紋板不銹鋼金屬進(jìn)行精準(zhǔn)的填料，并由金屬板材軋制成的，在安裝的過程中，會(huì)將上下層錯(cuò)開90 度左右，此時(shí)便具備減小阻力、氣液分布均勻、工作效率高的優(yōu)勢特征，適合用于苯乙烯精餾塔的負(fù)壓操作。在停止工作對其進(jìn)行清理時(shí)，查看聚合物在填料的表面、內(nèi)部的堆積程度。填料的網(wǎng)格被聚合物所覆蓋，不再具備以往的金屬光澤，由于存在不同程度的堵塞狀況，導(dǎo)致對工作正常運(yùn)行產(chǎn)生阻礙。

（二）分布器

在苯乙烯精餾塔內(nèi)，使用的是槽式液體分布器，主要有：分回流分布器、進(jìn)料分布器兩種，一共有兩組，每一組都由一級、二級的分布槽組成。

在進(jìn)行停止清理時(shí)，能夠觀察到分布器分布槽中，液相分布孔中存在著堵塞情況，其會(huì)造成液體的總分布效果降低，壓差略降，上升的氣體速度加快，從而導(dǎo)致精餾塔內(nèi)出現(xiàn)流動(dòng)物沫夾帶的情況。

二、精餾塔內(nèi)件性能優(yōu)化與結(jié)構(gòu)改進(jìn)

（一）整體優(yōu)化改進(jìn)方案

在石化公司內(nèi)部苯乙烯裝置精餾單元的塔結(jié)構(gòu)類型是填料。在設(shè)計(jì)的最初，填料所使用的材料類型是金屬波紋板，但由于后期工藝因素的影響，才將以往的舊式250Y 更換成為新型的波紋板填料252Y。由于分布器并未與調(diào)料進(jìn)行一同更換，在日后的長時(shí)間使用過程中，證明了舊式分布器與新型波紋板填料252Y 在匹配上產(chǎn)生的效果不佳，主要是因?yàn)橐后w自身的分布效果相對較差、塔內(nèi)操作彈性低，極容易發(fā)生液體偏流、漏液等多方面的狀況。經(jīng)過對其的全面性研究，并依據(jù)以往使用方案文件中的設(shè)計(jì)，將填料換回250Y，再對分布器設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新，尤其是其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方面，分別以設(shè)施的操作彈性與對堵塞的抵抗能力作為目標(biāo)進(jìn)行開展[1]。

（二）分布器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

分布器的類型主要是槽式液體分布器，在使用過程中最為關(guān)鍵的便是，對堵塞情況的抵抗能力。如果對分布器進(jìn)行開孔，那便需要中心進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算。利用的公式。字母Q 代表了液流的總量（m3/h）；d 是噴淋的孔徑，主要可被分為d1、d2、d3，并分別代表著二級分布槽、進(jìn)料分布器一級分槽內(nèi)、回流分布器一級分槽等的噴淋孔徑；h 為液體位置的高度，主要是指距離噴淋孔中心的長度（m）；n 是為設(shè)備噴淋孔的數(shù)量；g 為重力加速度（m/s2）

（三）精餾塔內(nèi)參照參數(shù)

精餾塔內(nèi)部的直徑在1800mm 時(shí)，能夠向內(nèi)加入的物質(zhì)流量最大值為10.19t/h，最小值為5.95t/h、正常情況下，是8.49t/h；回流物質(zhì)流量的數(shù)值在3.56-6.98t/h，正常狀況下則為6.32t/h。其中最大、正常、最小質(zhì)量流量數(shù)值等，都滿足計(jì)算的基礎(chǔ)要求，并以此來進(jìn)行調(diào)整噴淋孔徑，通過上述公式，來開展分布器一級、二級分布槽開孔的直徑、數(shù)量計(jì)算[2]。

（四）分布器組成與開孔

第一，每組內(nèi)部的分布器分別是由10 個(gè)二級分布槽構(gòu)建而成的，由于外觀是圓形的，使得分布槽的長度不相同，但卻是對稱進(jìn)行放置的，從最外側(cè)一端分別開始對其進(jìn)行編號(hào)，分別是1 號(hào)至10 號(hào)。第二，開口面積的數(shù)值是二級分布槽內(nèi)噴淋孔、淚孔面積加在一起的總和，其中不涉及溢流孔。第三，在直徑10mm 的溢流孔上與上平面的距離是20mm，其主要是為抵抗堵塞情況發(fā)生而進(jìn)行的設(shè)計(jì)。二級槽的上平面是其邊緣位置。第四，以往使用的分布器類型是廠家進(jìn)行提供的，具體的細(xì)致數(shù)據(jù)是處于保密狀態(tài)，本次開展的改造工作，是在操作條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，其中存在的變量無法核查，但依據(jù)現(xiàn)實(shí)使用情況，會(huì)在一定程度內(nèi)增加操作彈性。優(yōu)化工作內(nèi)容主要是針對容易出現(xiàn)堵塞問題的分布器，其中的關(guān)鍵尺寸，都是依據(jù)對原設(shè)施的測量得出。

（五）分布器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1.一級分布槽開孔位置

在一級分布槽的底部位置，安設(shè)有分配盒，其中存在的液體會(huì)經(jīng)過其中的溢流孔進(jìn)行到二級分布槽內(nèi)，由于雜質(zhì)過多的沉積，可能會(huì)將其堵塞，從而讓分布器的能力不斷下降。

依據(jù)檢查維修的情況，底部的沉積物質(zhì)高度正常情況下是21-25mm，而在以往的設(shè)施設(shè)計(jì)過程中，并未對該方面進(jìn)行考慮，將開孔高度設(shè)計(jì)在21mm。為避免該問題的發(fā)生，在新設(shè)計(jì)中將其調(diào)整到了31mm，能夠在一定程度內(nèi)對雜質(zhì)沉淀引起的堵塞情況進(jìn)行預(yù)防。

2.二級分布槽噴淋高度

二級分布槽下方的噴淋孔，是對分布器能力產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素。在日常生產(chǎn)的活動(dòng)中，液相內(nèi)部不可避免會(huì)出現(xiàn)一部分沉淀物質(zhì)。依據(jù)對其的調(diào)查與研究，二級分布槽內(nèi)沉積高度為31mm，以往的開孔高度與其相同，并不能達(dá)到抗堵塞的良好效果，為此，在設(shè)計(jì)過程中，將其調(diào)整快到了51mm。

3.二級分布槽防沖擋板

由于內(nèi)部的液體沖刷產(chǎn)生的作用，會(huì)讓分布槽內(nèi)的聚合物主要集中在兩側(cè)，中間沉積較少的狀況。通過增加相應(yīng)的防沖擋板，能夠在一定程度上防止沉積位置不均勻。在改造工作開展之前，二級分布槽式獨(dú)立安裝的狀態(tài)，不僅會(huì)產(chǎn)生增加拆解工作的難度，還會(huì)在一級槽發(fā)生堵塞情況時(shí)，讓進(jìn)入到二級槽內(nèi)的液體分配量不均勻，從而使得分布器出現(xiàn)異常。在經(jīng)過合理改造之后，將二級槽進(jìn)行配對，中間位置使用筋板連接，并留出液體專用的通道，通過該方式便能夠?qū)Χ壊蹆?nèi)的分布鏈進(jìn)行科學(xué)調(diào)控，提升分布器的能力。

4.一二級槽增加溢流孔

在一級分布槽處，增開直徑為20mm 的溢流孔洞，與上平面的位置距離20mm；在二級的分布槽中增加直徑為10mm 的溢流孔洞，同樣與上平面距離20mm。通過該方式不僅能夠在一定程度上預(yù)防底部溢流孔、噴淋孔的堵塞情況發(fā)生，因此出現(xiàn)液體分布并不均勻的情況出現(xiàn)，還能將分布器的抗堵塞能力進(jìn)一步改善。

（六）精餾塔內(nèi)件性能優(yōu)化效果

在五年前完成了對分布器的改造工作，該工作開展前分布槽內(nèi)的沉積物堆積情況嚴(yán)重，經(jīng)過改造之后情況得到了一定的優(yōu)化。在完成改造工作后，裝置運(yùn)行的周期長度達(dá)到了兩年，在此期間工藝的運(yùn)行程度較為平穩(wěn)，苯乙烯產(chǎn)生的聚合物含量相對穩(wěn)定，能夠達(dá)到優(yōu)品的等級。

三、精餾塔整體性能優(yōu)化策略

（一）減料溫度與位置

1.進(jìn)料溫度

通過對精餾塔的模擬，來發(fā)現(xiàn)其分離動(dòng)力是源自于塔釜重沸器產(chǎn)生的熱量，同時(shí)，整體上下兩部分所承擔(dān)的負(fù)荷數(shù)值呈現(xiàn)不均勻情況，主要是與側(cè)線采出、進(jìn)料工況等有一定關(guān)聯(lián)。在氣液量的角度進(jìn)行分析，塔底與塔尖相比數(shù)值相對較大，為此使得液泛情況都是從塔底開始的。在挑選使用冷態(tài)進(jìn)料時(shí)，便需要塔釜重沸器能夠產(chǎn)生比以往更多的熱量，并讓塔底的氣液量增加。在確保分離狀態(tài)下的需求熱量值不變情況下，并在系統(tǒng)內(nèi)的進(jìn)料溫度逐漸提高時(shí)，內(nèi)部的熱負(fù)荷數(shù)值應(yīng)該逐步減少。

2.進(jìn)料位置

在進(jìn)料位置選擇時(shí)，需要保障其優(yōu)秀的特性。最佳進(jìn)料位置主要是指在理論板書、操作條件相同的情況下，具備做強(qiáng)分離能力的位置，或在操作條件一致的情況，需要的理論板數(shù)最少。在對最佳位置進(jìn)行選擇時(shí)，需要遵守進(jìn)料接口與精餾塔相應(yīng)位置的溫度相似。在進(jìn)料位置高于最佳進(jìn)料位置度時(shí)，在該狀態(tài)下，進(jìn)料板液相組成的小質(zhì)量組分，會(huì)比最佳進(jìn)料位置下此板的組分高一些，在該狀態(tài)下與最佳位置相比，這不僅降低了精餾塔的塔板數(shù)，還提升了提留段的塔板數(shù)，因此讓產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量下降。在相同理念下，進(jìn)料位置低于最佳進(jìn)料位置時(shí)，會(huì)使當(dāng)前狀態(tài)下的液相組成的小質(zhì)量組分，相比于最佳位置的要差一些，同時(shí)其中的大質(zhì)量組分會(huì)高于最佳位置，二者相比較，相當(dāng)于增加了塔板的數(shù)量，降低了提餾段的塔板數(shù)，使得此時(shí)產(chǎn)品產(chǎn)出質(zhì)量明顯得到提升。

（二）最佳回流比

與以往工程設(shè)計(jì)進(jìn)行對比，人員由于遵守保守原則，會(huì)將塔涉及逐漸縮小，這便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的問題，便需要保證其具備高回流比值。該做法在現(xiàn)實(shí)操作中并未對生產(chǎn)造成影響，反而會(huì)將質(zhì)量提升，為日后提升塔的操作負(fù)荷留下充足空間。以此能夠看出，想要確保塔正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)，便需要將其回流比進(jìn)行提升，但這會(huì)導(dǎo)致大量能量會(huì)因此流失。

回流比R 與操作費(fèi)用之間的關(guān)系。操作費(fèi)用是在精餾過程中所使用的能量消耗。在精餾塔內(nèi)部的系統(tǒng)中，消耗的能量能夠被分為兩種。分別是：一，精餾塔底部的重沸器產(chǎn)生的熱負(fù)荷QB；二，精餾塔頂部冷卻期的熱負(fù)荷QC。以上兩者會(huì)跟隨塔內(nèi)上升蒸汽的提升而增大。精餾塔的蒸汽量，會(huì)隨著回流比的升高而降低。

（三）精餾塔內(nèi)件選擇

1.板式塔內(nèi)件

板式塔主要是在氣、液，液體自身之間的系統(tǒng)分級接觸傳質(zhì)設(shè)備中使用，由塔體、塔板等結(jié)構(gòu)共同組成。塔板需要在一定間距之內(nèi)水平安裝在塔內(nèi)，其作為傳質(zhì)的重要部位，能夠?qū)δ芰肯倪M(jìn)行影響。

在正常設(shè)計(jì)工作中，塔板內(nèi)部都會(huì)被開出一定數(shù)量的通道，各個(gè)孔洞的大小均勻，以此來為氣體從上至下穿過提供適宜的路徑，還能保證不同相態(tài)的介質(zhì)之間會(huì)產(chǎn)生充分接觸。氣體會(huì)有多種不同的類型，其不僅對塔的整體性能會(huì)產(chǎn)生決定性作用，還可以根據(jù)此，來對精餾塔進(jìn)行區(qū)分。

對塔板進(jìn)行評價(jià)時(shí)，能夠從五個(gè)方面進(jìn)行評估：產(chǎn)能較大、高效率、壓降小、操作彈性大、結(jié)構(gòu)簡單。但在現(xiàn)實(shí)工作中經(jīng)常是根據(jù)工藝流程、參數(shù)、目標(biāo)進(jìn)行挑選。

2.調(diào)料塔內(nèi)件

填料塔是當(dāng)前化工企業(yè)內(nèi)部較為常見的設(shè)備，在填料達(dá)到一定高度時(shí)，能夠增加流體的接觸面積，由于結(jié)構(gòu)組成的簡單，在之后的檢修工作中，不會(huì)給相應(yīng)人員增加維修困難，并在吸收、徑流等領(lǐng)域被廣泛使用。

作為精餾填料塔的關(guān)鍵部件，在進(jìn)行調(diào)料工作時(shí)，會(huì)有較多不同的方法，正常工作中經(jīng)常能見到的是散堆、規(guī)整的填料方法。其中散堆是顆粒狀組成的，不同顆粒的形狀、大小會(huì)有所差異，在塔內(nèi)呈現(xiàn)散堆的情況。規(guī)整填料是由相同、規(guī)整、成塊的結(jié)構(gòu)組成。由于能夠均勻分布，為氣體、液體的走向進(jìn)行規(guī)劃，在一定程度內(nèi)提高精餾塔的性能水平[3]。

總結(jié)：從以上的文章中能夠看出，精餾塔在化工生產(chǎn)活動(dòng)中占據(jù)著非常關(guān)鍵的重要作用，為了能夠保障生產(chǎn)物品的質(zhì)量能夠達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)，便需要技術(shù)人員對其進(jìn)行性能、結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化改善。通過利用整體優(yōu)化改進(jìn)方案、分布器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、精餾塔內(nèi)參照參數(shù)、分布器組成與開孔、分布器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化等相應(yīng)設(shè)施的改變，解決了沉積物過多引起的堵塞情況，讓其運(yùn)行周期逐漸增長。