郝東來 陳禮明

(1.中國石油獨山子石化煉油廠，新疆 克拉瑪依 833600；2.北京石大圣銘科技有限公司，北京 102200)

1 工程概況

中國石油獨山子石化為了適應(yīng)環(huán)保升級改造，于2019年新建5萬噸/年硫磺裝置配套新建Ⅱ套溶劑再生塔，進行對全廠的富液進行再生，溶劑再生塔塔內(nèi)件應(yīng)用高效Super V浮閥塔板，裝置一次性開車成功，目前溶劑再生塔進料流量維持在315t/h，再生后的貧液質(zhì)量H2S+CO2含量基本穩(wěn)定在0.8g/L以下，蒸汽耗量35.7t/h，操作平穩(wěn)。

2 溶劑再生工藝流程描述

工藝流程描述：自煉油廠硫磺裝置及其他裝置配套脫硫裝置的富液經(jīng)過換熱器換熱到90℃，從第3層塔板進入塔內(nèi)，富液進入塔內(nèi)后進行氣液交換，交換后塔頂物流，經(jīng)回流罐冷凝后一股酸性氣回到硫磺裝置，一部分回流到塔內(nèi)；塔底凈化后的貧液，經(jīng)過各路管網(wǎng)到各個裝置，作為脫硫劑。

3 塔內(nèi)件的優(yōu)勢

塔內(nèi)構(gòu)件的性能高低，直接影響到裝置的建設(shè)投資和操作費用，綜合性能優(yōu)良的塔內(nèi)構(gòu)件應(yīng)該具有更大的處理能力、分離效率。通過改善浮閥及塔板的結(jié)構(gòu)來提高塔內(nèi)氣液傳質(zhì)的充分接觸。當(dāng)塔內(nèi)液相或者氣相流動不均勻、塔板上液位有波動、浮閥不能夠穩(wěn)定升降時，將會影響塔內(nèi)的傳質(zhì)，所以通過改變浮閥和塔板的結(jié)構(gòu)來消除塔內(nèi)不利于傳質(zhì)的因素，從而提高了分離效率，操作彈性。Super V浮閥塔板及配套主要技術(shù)創(chuàng)新要點在于：

3.1 浮閥結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

中國石油大學(xué)應(yīng)用浮閥填料化的設(shè)計思路開發(fā)的Super V浮閥結(jié)構(gòu)優(yōu)勢如下：浮閥采用U型帶翼結(jié)構(gòu)，閥體側(cè)翼開孔或開縫，能提高塔板氣液接觸的均勻性，防止塔板面結(jié)垢和結(jié)焦，流行性結(jié)構(gòu)保證了氣相通過浮閥時的垂直損失，保證低壓降。

3.2 浮閥的重量的優(yōu)化

通過大量的冷模實驗，結(jié)果表明，適當(dāng)增加浮閥的重量，有利于提高操作的平穩(wěn)性。當(dāng)氣相通過閥孔吹起浮閥時，浮閥重量較輕時，對氣液兩相產(chǎn)生的界面有波動時，容易造成不必要的漏液。

3.3 閥孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

塔板采用帶圓弧角的矩形平直閥孔或者矩形文丘利閥孔，以改善矩形閥孔塔板的機械強度。

Super V浮閥見圖1，Super V浮閥閥孔結(jié)構(gòu)見圖2，氣體流動方向見圖3。

圖1 Super V浮閥

圖2 閥孔結(jié)構(gòu)

圖3 氣體流動方向

3.4 配套的流程模擬優(yōu)勢

流程模擬技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來的一門綜合學(xué)科，是過程系統(tǒng)工程中一門重要的技術(shù)，已經(jīng)成為設(shè)計研究部門和生產(chǎn)部門必不可少的輔助工具。并在煉油、化工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1]。獨山子石化Ⅱ套溶劑再生裝置，主要處理全廠富液。在模擬軟件的應(yīng)用上，運用的工程師需要有豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗，選擇的模塊及熱力學(xué)方程的正確與否，直接影響計算的氣液相負荷，最終導(dǎo)致塔板的設(shè)計是否適合。我們有著豐富的經(jīng)驗，運用ProⅡ工藝模擬軟件建立溶劑再生的模型，選擇合適的熱力學(xué)方程，計算的結(jié)果基本與現(xiàn)場吻合，開車后進行比較，結(jié)果顯示，塔內(nèi)溫度分布與現(xiàn)場吻合。

3.5 水力學(xué)計算軟件的優(yōu)化

自行開發(fā)的基于Origin繪圖軟件計算全塔水力學(xué)性能指標(biāo)和繪制全塔單項或綜合水力學(xué)指標(biāo)負荷性能圖的智能型水力學(xué)計算軟件。以往常規(guī)的計算軟件是選取特征板進行計算，往往這樣的設(shè)計，不能把浮閥塔板的操作點放在最優(yōu)點，而我們進行全塔或逐板計算時，每一塊板上的開孔率都在最優(yōu)點，

唯一的缺點是制造和安裝時不便，所以我們在制造和安裝時嚴(yán)格按照圖紙進行，減小不必要的失誤。

3.6 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

對塔內(nèi)構(gòu)件其他的部件，如回流管、進料管、集液箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行整體優(yōu)化，減小壓降，提高其優(yōu)勢。

4 溶劑再生塔的設(shè)計情況

4.1 溶劑再生塔塔內(nèi)介質(zhì)的特性分析

溶劑再生塔所處理的物系為胺液體系，主要成分為甲基二乙醇胺與水，胺液主要特點是在操作過程中，會發(fā)泡，容易霧沫夾帶，所以設(shè)計時會充分考慮到其介質(zhì)的特殊性。

4.2 塔板設(shè)計情況

獨山子石化溶劑再生塔直徑3400mm，塔內(nèi)布置25層塔板，進料以上2層單溢流浮閥塔板，進料以下23層雙溢流浮閥塔板。設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

進料以上由于液相流量較小，設(shè)計為齒形堰。

溶劑再生塔塔內(nèi)件設(shè)計關(guān)鍵點：降液管的設(shè)計主要控制降液管液泛、停留時間、降液管出口液速等三項技術(shù)指標(biāo)；塔板的設(shè)計主要控制霧沫夾帶、泄漏、閥孔動能因數(shù)等三項技術(shù)指標(biāo)。

塔板設(shè)計基于溶劑再生塔的物系的發(fā)泡性質(zhì)，通常閥孔動能因素控制在6～8Pa0.5；對于發(fā)泡物系，降液板停留時間控制在7s以上(常規(guī)3～5s)；降液板出口流速不宜超過0.4m/s。

表1 設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)表

4.3 塔內(nèi)其他構(gòu)件設(shè)計概況

塔頂回流分布管設(shè)計情況：為了防止液體回流后對塔板有所影響，增加回流擋板，而且回流管彎頭進塔，有效進入到受液盤。進料分布管設(shè)計情況：進料管位置的塔板為兩側(cè)溢流塔板，為了使液體分布更均勻的進入到中間受液盤各個點，進料分布管設(shè)計成T字管，在分布管底部開側(cè)縫，側(cè)縫面積大于分布管管口面積，即減小壓降，又分布均勻。塔下段集油箱設(shè)計情況：集油箱設(shè)計成升氣筒式的集油箱，這種型式集油箱制造簡單，壓降低。

4.4 設(shè)計后水力學(xué)性能分析

根據(jù)我公司自行開發(fā)的水力學(xué)計算軟件Origin計算，計算結(jié)果顯示。塔板主要性能分析：閥孔動能因素6.8Pa0.5(發(fā)泡體系正常值6～8Pa0.5),霧沫夾帶量0.05%(正常值小于5%kgL/kgG),泄漏量1.3%(正常值小于5%kgL/kgG),均在正常的設(shè)計范圍內(nèi)。降液管主要性能分析：降液板液泛率45%(對于發(fā)泡體系正常值不大于80%),最大的降液板出口流速不大于0.2m/s(正常值不大于0.4m/s)，降液板停留時間最小13秒(正常值大于7秒)，均在正常的設(shè)計范圍內(nèi)。

5 溶劑再生塔的生產(chǎn)運行情況

獨山子石化Ⅱ套溶劑再生裝置于2019年10月一次開車成功，自開車以來，溶劑再生塔的進料已經(jīng)達到320t/h。選取進料量為313t/h進行Super V浮閥塔板的驗證。現(xiàn)場的工藝參數(shù)與設(shè)計值參數(shù)比較如表2所示。

根據(jù)設(shè)計值和現(xiàn)場數(shù)據(jù)對比情況分析，現(xiàn)場所需蒸汽流量、回流量均小于設(shè)計值所需的流量，表明Super V浮閥塔板的效率高于一般的塔板。

現(xiàn)場操作狀況的水力學(xué)分析：降液板停留時間14秒，降液板出口流速0.21m/s，閥孔動能因素6.9Pa0.5,霧沫夾帶0.05%,泄漏量1.35%,均于設(shè)計值較接近，表明實際操作和設(shè)計工況比較吻合，此套裝置還有比較高的上限。目前進料量在313t/h,已在設(shè)計值的105%操作，處理負荷還能繼續(xù)提高，繼續(xù)提高處理負荷也能平穩(wěn)操作，表明Super V相較于常規(guī)一般浮閥具有一定的優(yōu)勢。

表2 現(xiàn)場的工藝參數(shù)與設(shè)計值參數(shù)比較表

6 結(jié)語

(1)Super V高效浮閥塔板具有分離效率低、操作彈性大、抗堵能力大等優(yōu)點，該浮閥塔板與常規(guī)的浮閥塔板相比較，生產(chǎn)能力提高25%～35%，塔板效率提高15%以上。

(2)Super V高效浮閥塔板比較適合于溶劑再生、干氣脫硫等易發(fā)泡體系。

(3)由于Super V高效浮閥塔板的特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)造，使得操作更趨于平穩(wěn)。