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)
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)。
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。
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:
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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
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。
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)。
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
(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)。