小量給水對放空塔操作的影響

楊 建

（長嶺煉化岳陽工程設計有限公司，湖南 岳陽 414000）

1 綜述

延遲焦化裝置中的焦炭塔是最重要的反應設備，通常的配置為一爐兩塔或兩爐四塔。焦炭塔在操作過程中需要切換焦炭塔，新塔繼續產生生焦反應，舊塔需進行水力除焦。除焦的工序通常為小量吹汽、大量吹汽、小量給水、大量給水、焦炭塔放水、水力除焦、焦炭塔試壓和焦炭塔預熱等。

小量吹汽通汽時間為1～2 h，吹汽量為1～5 t/h，汽提的油氣進入分餾塔。大量吹汽的通汽時間為2 h，蒸汽量為 8～25 t/h，產生的污油和蒸汽進入放空塔進行冷凝冷卻。小量給水的給水時間為1～2 h，給水量為10～120 t/h，產生的蒸汽進入放空塔進行冷凝冷卻。大量給水的給水時間為3～5 h，給水量為150～400 t/h，冷焦水通過塔頂溢流口或塔底放水口排至冷焦水緩沖罐。

在不同操作工序下，焦炭塔塔頂油氣溫度不一樣。在正常生焦階段，焦炭塔的操作溫度約為440 ℃。焦炭塔除焦階段各個工序的塔頂油氣溫度不同。在小量給汽階段，焦炭塔頂的油氣溫度維持在400～425 ℃；在大量給汽階段，焦炭塔頂的油氣溫度維持在380～410 ℃；在小量給水階段，焦炭塔頂的油氣溫度維持在250～380 ℃；在大量給水階段，焦炭塔頂的油氣溫度維持在290～250 ℃。

在一些老的延遲焦化裝置或新焦化裝置設計過程中，小量給水通常只是一個單獨的閘閥或者只裝一個流量孔板，操作工根據經驗進行小量給水操作，流量的范圍較大，對小量給水的量無法進行精準控制。在放空塔的設計過程中，由于放空塔為間歇操作，無法對放空塔進行水力學計算，放空塔的設計一般根據以往的設計經驗完成。放空塔及塔頂油氣冷凝冷卻器的設計只考慮大量給汽[1]時產生蒸汽的冷卻負荷，沒有核算焦炭塔在各個階段的熱量平衡[2]和小量給水產生的蒸汽量。因此，在放空塔的實際操作過程中，往往容易超壓或塔頂冷凝冷卻器冷卻負荷不足，影響放空塔頂油、水、氣三相的分離。

基于以上原因，本研究以某廠120萬t/年焦化裝置不同小量給水量產生的蒸汽，定量分析小量給水對放空塔操作的影響。

2 條件設定

（1）裝置規模：120萬t/年；（2）年開工時間： 8 400 h；（3）循環比：0.27；（4）生焦周期：24 h；（5）生焦率：28.4%；（6）24 h生焦量：973.704 t；（7）焦炭塔操作壓力：0.17 MPa（表）；（8）假設小量給水初態階段，焦炭塔頂油氣溫度為400 ℃；（9）假設小量給水終態階段，焦炭塔頂油氣溫度為280 ℃；（10）小量給水進水溫度：60 ℃； （11）放空塔規格：φ4 000 mm×12 100 mm。

由于小量給水的初態至終態階段是一個溫度降低的動態過程，本研究不考慮過程變化。

3 流程描述

焦炭塔在小量給水階段主要是消耗冷焦水，即冷焦水與焦炭換熱后，產生大量蒸汽，進入放空塔。自焦炭塔來的蒸汽、油氣進入放空塔底部，放空塔底油通過放空塔底污油泵增壓后，進入放空塔底油及甩油冷卻水箱進行冷卻，大部分污油返回至放空塔頂部，小部分污油被送出裝置。放空塔頂的油氣、水蒸氣經過放空塔頂空冷器、后冷器，將油氣、水蒸氣冷卻至40 ℃后送至放空塔頂油水分離器。

4 每小時不同小量給水量對放空塔氣速的影響

根據實際小量給水的情況，為了加快冷焦的速度，小量給水的量基本為10 000～120 000 kg/h。

當小量給水的量為10 000 kg/h時，放空塔內氣速為 0.21 m/s，隨著蒸汽量的增加，放空塔氣速快速增加。當進入放空塔的蒸汽量達到30 000 kg/h時，放空塔的氣速達到 0.63 m/s，大大超過了設計的氣速。當進入放空塔的蒸汽達到50 000 kg/h時，放空塔內的氣速達到1.05 m/s，不僅會對放空塔的塔盤造成影響，而且不利于放空塔內的油水分離，導致放空塔頂油氣中的污油攜帶嚴重，放空塔頂油水分離器的油水乳化嚴重。同時，源自焦炭塔的蒸汽攜帶焦粉嚴重，對放空塔后路系統造成很大的影響。

5 不同小量給水量對放空塔冷卻負荷的影響

放空塔的冷卻主要通過兩方面，一方面是當放空塔底的污油冷卻到80～90 ℃后，一部分污油出裝置，一部分污油返回放空塔頂，與上升的油氣、水蒸氣進行洗滌和熱量交換；另一方面是放空塔頂油氣進入放空塔頂空冷器或換熱器進行冷凝冷卻，主要是水蒸氣，并攜帶小部分污油或瓦斯。不同小量給水量對放空塔冷卻負荷的影響如表1所示。

表1 不同小量給水量對放空塔冷卻負荷的影響

由表1可以看出，當放空塔底冷后污油量、溫度一定時，隨著進入放空塔內蒸汽量的增加，放空塔頂油氣溫度提升，污油的攜帶量也隨之增加。當進入放空塔的蒸汽量大于31 860 kg/h時，放空塔頂的空冷器、后冷器已不能滿足工藝要求。因此，控制小量給水的量，對放空塔的操作有很大的影響。

6 解決方法

對于上述問題，解決的方法可以從兩方面進行考慮，一方面是對小量給水的水量進行調節控制；另一方面是對焦炭塔在大量吹汽階段和小量給水階段的能量進行核算分析，計算出產生蒸汽的最大量。

對小量給水的水量進行調節控制，只需要在小量給水線上增加一個調節閥組，將小量給水的量控制在30 t/h左右，即可滿足工藝要求，同時節省大量的設備投資。但控制小量給水水量，冷焦過程中小量給水的時間會延長。

7 結語

通過觀察每小時小量給水的量發現，隨著小量給水量的增加，放空塔的氣速快速增大，當進入放空塔的蒸汽量超過30 000 kg/h時，放空塔內的氣速超過設計值。放空塔內高氣速會對放空塔塔盤造成沖擊，導致放空塔頂油氣中的污油攜帶嚴重、放空塔頂油水分離器的油水乳化嚴重、蒸汽中焦粉攜帶嚴重，放空塔超壓。

不同小量給水量對放空塔頂的冷卻負荷造成較大的影響，當進入放空塔的蒸汽量大于31 860 kg/h時，放空塔頂的空冷器、后冷器已不能滿足工藝要求。

要想消除小量給水造成的影響，建議在小量給水線上增加調節閥，將小量給水的量控制在30 t/h左右，即可解決上述問題。