醚化蒸餾塔設計總結

范 麗，謝 琨

（中國石油工程建設公司大連設計分公司, 遼寧 大連 116011）

醚化蒸餾塔設計總結

范 麗，謝 琨

（中國石油工程建設公司大連設計分公司, 遼寧 大連 116011）

大連石化公司汽油質量升級 100 萬 t/a 輕汽油醚化裝置醚化蒸餾塔具有塔內裝有填料和塔盤、外形尺寸大、變徑以及由于物料反應介質腐蝕性較大的特點，正確的設計對于醚化蒸餾塔的長周期安全使用具有重要意義。闡述了醚化蒸餾塔的主體材料選用、結構型式和制造安裝技術要求編制等方面的設計要點。

醚化蒸餾塔；結構型式；變徑 ；設計要點

大連石化公司汽油質量升級100 萬 t/a輕汽油醚化裝置于 2013 年建成投產，其中的醚化蒸餾塔（C-9202)結構比較復雜，筒體變徑，塔內既裝有三段填料。又裝有 59層塔板，殼體主材為復合鋼板，在設計、制造焊接、塔體結構型式方面比較有難度。本文著重介紹了醚化蒸餾塔的選材、結構型式和制造安裝技術要求。

1 概 述

醚化蒸餾塔工藝過程：水洗后的輕汽油與來自甲醇回收塔回流罐的甲醇混合換熱后進入第一醚化反應器，一部分活性組份發生醚化反應，生成TAME，第一醚化反應器的反應物料進入醚化蒸餾塔，醚化蒸餾塔精餾段設三層醚化催化劑床層，活性組份進一步反應，醚化蒸餾塔塔底重沸器熱源來自催化汽油加氫脫硫裝置的加熱爐，塔底的醚化產品經與反應進料換熱后，經空冷、水冷冷卻到 40 ℃出裝置；未反應的 C5與甲醇共沸，氣態餾出物經醚化蒸餾塔頂空冷器冷凝，冷凝液流入醚化蒸餾塔回流罐。冷凝液自罐底抽出，部分經回流泵增壓后作為醚化蒸餾塔的回流打入塔頂，其余部分經后醚化反應器進一步反應。醚化蒸餾塔具體設計參數見表1。

表 1 設計參數Table 1 Design Parameter

2 設備主體材料選用

2.1 塔體材料

第一醚化反應器的反應物料TAME進入醚化蒸餾塔，醚化蒸餾塔精餾段設三層醚化催化劑床層，介質中的活性組份進一步反應，因此物料中酸值增加，腐蝕性較強，所以設備主體材質選用不銹鋼復合鋼板 Q345R+S30408[1-3]，符合 NB/T47002.1-2009《壓力容器用爆炸焊接復合板》1級要求，保證強度同時，充分考慮介質的腐蝕情況，而且復合鋼板性價比較高。

2.2 接管和法蘭的選材

考慮介質腐蝕性，接管材料選用不銹鋼S30408， DN≤350 的法蘭材料選用不銹鋼 S30408Ⅱ[4]，DN＞350 的法蘭結構尺寸較大，材料綜合考慮價格的因素選用 16MnⅡ堆焊[5]，性價比較高，具體見圖1。

圖 1 DN＞350 的法蘭堆焊結構Fig.1 DN＞350 Flange welding structure

2.3 塔內件的材質

醚化蒸餾塔精餾段設三層醚化催化劑床層，介質中的活性組份進一步反應，因此物料中酸值增加，腐蝕性較強，所以塔盤及其支撐件材質選用不銹鋼S30408，填料支撐柵板和壓緊柵板也選用不銹鋼S30408。

2.4 綜述

醚化蒸餾塔在選材上比較嚴格，可能投資要高，但設備長周期運行時間較長，設備的檢修和維護費用要大大降低，設備使用壽命長，從長遠眼光看還是性價比較高的。

3 醚化蒸餾塔結構型式

3.1 錐殼的結構設計

（1）外壓工況

錐殼大端筒體直徑 4 000 mm, 小端筒體直徑3 600 mm，錐殼半頂角α＜30°，錐殼大、小端同時具有折邊和加強段，在外壓錐殼計算時，錐殼大端與圓筒連接處、錐殼小端與圓筒連接處都不作為支撐線，按 GB150.3-2011 中 5.6.6.2 使用 SW6-2011計算程序進行計算[6]，所需的有效厚度按下述方法和步驟確定：

a. 假定錐殼的名義厚度δnc;

b. 計算δec=（δnc-C）COSα

c. 按 GB150.3-2011 中 4.3 的規定進行外壓校核計算，并以 Le/DL代替 L/Do, DL/δec代替 Do/δe)。

（2）正壓工況

折 邊 錐 殼 大 端 厚 度 按 GB150.3-2011 中 式(5-18)、式(5-19)計算，取其較大值；

錐殼半頂角＜45°，折邊錐殼小端厚度按GB150.3-2011 中 式 (5-10)計 算 ， 式 中 Q2值 由GB150.3-2011 中的圖 5-14 查取；

（3）由于篇幅所限，具體計算過程在此略去，結合內外壓工況計算，并且考慮錐殼大、小端與圓筒連接處的加強設計，錐殼大、小端各設置 500 mm加強段；外壓工況下錐殼和錐殼大端筒體加強段厚度需要 29 mm，錐殼小端筒體加強段厚度計算需要21 mm，正壓工況所需厚度小于外壓工況，所以錐殼及其加強段的最終厚度由外壓工況決定；考慮錐殼和錐殼大、小端筒體加強段焊接要求，本次設計錐殼及其錐殼大、小端筒體加強段厚度都取為 29 mm。

錐殼材料選用不銹鋼復合鋼板Q345R+S30408，上述計算中將 3 mm 復層 S30408 計入腐蝕裕量中，所以錐殼和錐殼大、小端筒體加強段厚度正確表示方法應為(26+3)mm

3.2 開孔接管的型式

殼體接管補強可采用兩種結構型式，一種是補強圈補強，本次設計中 DN≥80 mm 接管采用補強圈補強；另一種是整體補強，整體補強又分為厚壁管插入式補強結構和凸緣整體補強結構，具體結構見圖2。由于厚壁管插入式補強結構角焊縫底部清根困難，又不能進行射線、超聲等方法的內部檢測[7]，容易產生未焊透等缺陷，所以本次設計中DN＜80 mm的開孔接管設計全都采用鍛制凸緣整體補強結構，可進行射線、超聲等方法的內部檢測，保證焊接質量，并且設計中將接管設計成整體法蘭型式，減少一道焊縫，降低制造中出現缺陷的概率。

圖 2 接管補強結構Fig.2 Pipe reinforcement structure

3.3 開孔接管的方位

接管方位常規是由安裝專業提出，表面上看與設備專業不大，其實不然，由于醚化蒸餾塔內裝有塔盤，液位計口、液位變送口、溫度指示口和溫度變送器口的位置應能保證落在相應層塔板上，才能準確測出液位和溫度，而且由于溫度指示口和溫度變送器口測溫時溫度計需要伸入塔內，所以需格外注意還不能與上一層塔盤的降液板相碰，這就要求安裝、儀表和設備三個專業配合確定好方位，既滿足儀表和安裝專業的要求，又保證其開口不與設備內件相碰。

另外人孔的方位也需要注意，應保證施工人員進入塔內不能踏空，需要落在相應層塔板上，保證人員施工安全，正常情況下安裝專業會考慮，但最好是兩個專業配合，設備專業也需要注意一下，細節決定成敗，多一份考慮，就會少一份隱患。

3.4 裙座出入口型式

SH/T3098-2011 和 JB/T4710-2005 標準中規定裙座出入口有兩種型式：長圓孔和圓形孔[8,9]，標準中提出為避免過大的截面削弱，可設長圓孔，本次設計中考慮方便施工，長圓孔更容易出入，而且也方便攜帶維修工具進出，所以裙座出入口設為長圓孔。

還有考慮裙座內部檢修方便，在其內部設置直梯，方便檢查塔底液相出口、再沸器進口和排污口在裙座內的焊接接頭和其它情況；同時在裙座上開觀察口，平時可經常檢查塔底開口的焊接接頭情況，及時發現問題及時處理。

3.5 支撐柵板焊接型式

圖 3 支撐柵板與筒體焊接詳圖Fig.3 Welding detail drawing of support grid tray and tank

醚化蒸餾塔精餾段設三層醚化催化劑床層，每層高 4.6 m，直徑 3.6 m，支撐重量近 40 t，所以支撐柵板的支撐重量很大，考慮不銹鋼復合鋼板中復層厚度僅為 3 mm，如果柵板直接焊接在復層上，容易撕裂復層，后果不堪設想，所以本次設計中要求支撐柵板中與筒體連接的各件焊接在筒體基層上，保證焊接牢固性，同時也保護筒體復層。在圖紙中還給出具體焊接接點（詳見圖 3），特別說明與筒體連接的各件（筋板、支承板、支座板和支持圈）焊接在筒體基層上，且焊接前應將與筒體焊接的復層部分清除。

4 技術條件的編制要點

為了更好地保證醚化蒸餾塔的制造安裝質量，在常規設計的基礎上技術要求方面格外提出一些要求。

4.1 殼體酸洗鈍化

由于塔體選用復合鋼板 Q345R+S30408，所以設備制造完畢內表面應進行酸化、鈍化處理。

4.2 無損檢測

（1）接管與設備筒體角焊縫進行 100%超聲檢測，I級合格。

（2）塔底液相出口、再沸器進口和排污口在裙座內的焊接接頭（接管與彎頭、接管與厚壁接管間對接焊縫）應進行 100%射線檢測，II級合格。

（3）接管與法蘭對接焊縫、整體法蘭與筒體之間對接焊縫應進行 100%射線檢測，II級合格。

5 結束語

大連石化公司汽油質量升級100 萬 t/a輕汽油醚化裝置醚化蒸餾塔（C-9202）現在已經投入生產，業主非常滿意，充分說明選材及結構設計的合理性、可操作性和安全可靠性，也驗證了設計參數選取和制造安裝技術要點編制的正確性，上述總結是我在大連石化公司汽油質量升級100 萬 t/a輕汽油醚化裝置醚化蒸餾塔中的一點設計體會，希望能給塔器設計者提供參考。

［1］ TSG R0004-2009 《固定式壓力容器安全技術監察規程》[S].

［2］ GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》[S].

［3］ NB/T 47002.1-2009《壓力容器用爆炸焊接復合板》第 1 部分:不銹鋼-鋼復合板[S].

［4］ NB/T47010 -2010《承壓設備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》[S]．

［5］ NB/T47008-2010《承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件》[S].

［6］ GB150.1～4-2011《壓力容器》[S].

［7］ JB/T4730.1-JB/T4730.6-2005《承壓設備無損檢測》[S].

［8］ SH/T 3098-2011《石油化工塔器設計規范》[S].

［9］ JB/T 4710-2005 《鋼制塔式容器》[S].

Summary on Design of Etherification Distillation Column

FAN Li，XIE Kun
（China Petroleum Engineering Construction Corporation Dalian Design Branch, Liaoning Dalian 116011，China）

The distillation column in 1 Mt/a light gasoline etherification unit for gasoline quality upgrade in Dalian Petrochemical Corporation has the characteristics, such as large shape size, reducing diameter and strong caustic reaction medium. The correct design has important significance for the long period safe using of the column. In this paper, design key points of the etherification distillation column were introduced, such as selection of host materials, structural type, manufacturing and installation technique requirements, and so on.

Etherification distillation column; Structural type; Reducer; Design key points

TQ 028

： A文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1297-03

2014-05-10

范麗（1969-），女，遼寧大連人，工程師，1992 年畢業于大連理工大學化工機械專業，現從事石油化工設計工作。E-mail：fanli-dl@cnpc.com.cn。