溶劑再生裝置應用高效浮閥塔板設計

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環保升級改造，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，溶劑再生塔塔內件應用高效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，再生后的貧液質量H2S+CO2含量基本穩定在0.8g/L以下，蒸汽耗量35.7t/h，操作平穩。

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過換熱器換熱到90℃，從第3層塔板進入塔內，富液進入塔內后進行氣液交換，交換后塔頂物流，經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；塔底凈化后的貧液，經過各路管網到各個裝置，作為脫硫劑。

3 塔內件的優勢

塔內構件的性能高低，直接影響到裝置的建設投資和操作費用，綜合性能優良的塔內構件應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構來提高塔內氣液傳質的充分接觸。當塔內液相或者氣相流動不均勻、塔板上液位有波動、浮閥不能夠穩定升降時，將會影響塔內的傳質，所以通過改變浮閥和塔板的結構來消除塔內不利于傳質的因素，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創新要點在于：

3.1 浮閥結構的優化

中國石油大學應用浮閥填料化的設計思路開發的Super V浮閥結構優勢如下：浮閥采用U型帶翼結構，閥體側翼開孔或開縫，能提高塔板氣液接觸的均勻性，防止塔板面結垢和結焦，流行性結構保證了氣相通過浮閥時的垂直損失，保證低壓降。

3.2 浮閥的重量的優化

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

3.3 閥孔結構的優化

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浮閥閥孔結構見圖2，氣體流動方向見圖3。

圖1 Super V浮閥

圖2 閥孔結構

圖3 氣體流動方向

3.4 配套的流程模擬優勢

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

3.5 水力學計算軟件的優化

自行開發的基于Origin繪圖軟件計算全塔水力學性能指標和繪制全塔單項或綜合水力學指標負荷性能圖的智能型水力學計算軟件。以往常規的計算軟件是選取特征板進行計算，往往這樣的設計，不能把浮閥塔板的操作點放在最優點，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格按照圖紙進行，減小不必要的失誤。

3.6 整體結構設計的優化

對塔內構件其他的部件，如回流管、進料管、集液箱的結構設計進行整體優化，減小壓降，提高其優勢。

4 溶劑再生塔的設計情況

4.1 溶劑再生塔塔內介質的特性分析

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，會發泡，容易霧沫夾帶，所以設計時會充分考慮到其介質的特殊性。

4.2 塔板設計情況

獨山子石化溶劑再生塔直徑3400mm，塔內布置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。設計的結構參數如表1所示。

進料以上由于液相流量較小，設計為齒形堰。

溶劑再生塔塔內件設計關鍵點：降液管的設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指標；塔板的設計主要控制霧沫夾帶、泄漏、閥孔動能因數等三項技術指標。

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

表1 設計結構參數表

4.3 塔內其他構件設計概況

塔頂回流分布管設計情況：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。進料分布管設計情況：進料管位置的塔板為兩側溢流塔板，為了使液體分布更均勻的進入到中間受液盤各個點，進料分布管設計成T字管，在分布管底部開側縫，側縫面積大于分布管管口面積，即減小壓降，又分布均勻。塔下段集油箱設計情況：集油箱設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 設計后水力學性能分析

根據我公司自行開發的水力學計算軟件Origin計算，計算結果顯示。塔板主要性能分析：閥孔動能因素6.8Pa0.5(發泡體系正常值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),均在正常的設計范圍內。降液管主要性能分析：降液板液泛率45%(對于發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)，均在正常的設計范圍內。

5 溶劑再生塔的生產運行情況

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達到320t/h。選取進料量為313t/h進行Super V浮閥塔板的驗證。現場的工藝參數與設計值參數比較如表2所示。

根據設計值和現場數據對比情況分析，現場所需蒸汽流量、回流量均小于設計值所需的流量，表明Super V浮閥塔板的效率高于一般的塔板。

現場操作狀況的水力學分析：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%,均于設計值較接近，表明實際操作和設計工況比較吻合，此套裝置還有比較高的上限。目前進料量在313t/h,已在設計值的105%操作，處理負荷還能繼續提高，繼續提高處理負荷也能平穩操作，表明Super V相較于常規一般浮閥具有一定的優勢。

表2 現場的工藝參數與設計值參數比較表

6 結語

(1)Super V高效浮閥塔板具有分離效率低、操作彈性大、抗堵能力大等優點，該浮閥塔板與常規的浮閥塔板相比較，生產能力提高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、干氣脫硫等易發泡體系。

(3)由于Super V高效浮閥塔板的特殊結構構造，使得操作更趨于平穩。