精餾塔內件性能優化及結構改進

錢蕾

（中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

引言：在某石化公司內部的精餾塔，至今5 年間一直都是處于操作異常的狀況下，其制造的產品都顯示，聚合物質含量超出原本規定的標準。根據正常的生產工藝要求，制造出的物品主要可以分為優秀、合格兩個標準，其中優級要保證聚合物含量在11mg/kg，和各類型的要在51mg/kg，在精餾塔處于工作異常的狀況下，制造出的產品含量在每千克37mg，并不符合優級的要求。面對該問題，如果不能夠及時將其解決掉，勢必會對精餾塔的長時間運行產生影響。

一、精餾塔內件狀態

（一）填料

使用的苯乙烯精餾塔，需要利用304 波紋板不銹鋼金屬進行精準的填料，并由金屬板材軋制成的，在安裝的過程中，會將上下層錯開90 度左右，此時便具備減小阻力、氣液分布均勻、工作效率高的優勢特征，適合用于苯乙烯精餾塔的負壓操作。在停止工作對其進行清理時，查看聚合物在填料的表面、內部的堆積程度。填料的網格被聚合物所覆蓋，不再具備以往的金屬光澤，由于存在不同程度的堵塞狀況，導致對工作正常運行產生阻礙。

（二）分布器

在苯乙烯精餾塔內，使用的是槽式液體分布器，主要有：分回流分布器、進料分布器兩種，一共有兩組，每一組都由一級、二級的分布槽組成。

在進行停止清理時，能夠觀察到分布器分布槽中，液相分布孔中存在著堵塞情況，其會造成液體的總分布效果降低，壓差略降，上升的氣體速度加快，從而導致精餾塔內出現流動物沫夾帶的情況。

二、精餾塔內件性能優化與結構改進

（一）整體優化改進方案

在石化公司內部苯乙烯裝置精餾單元的塔結構類型是填料。在設計的最初，填料所使用的材料類型是金屬波紋板，但由于后期工藝因素的影響，才將以往的舊式250Y 更換成為新型的波紋板填料252Y。由于分布器并未與調料進行一同更換，在日后的長時間使用過程中，證明了舊式分布器與新型波紋板填料252Y 在匹配上產生的效果不佳，主要是因為液體自身的分布效果相對較差、塔內操作彈性低，極容易發生液體偏流、漏液等多方面的狀況。經過對其的全面性研究，并依據以往使用方案文件中的設計，將填料換回250Y，再對分布器設施進行優化與創新，尤其是其內部的結構、設計方面，分別以設施的操作彈性與對堵塞的抵抗能力作為目標進行開展[1]。

（二）分布器的優化設計

分布器的類型主要是槽式液體分布器，在使用過程中最為關鍵的便是，對堵塞情況的抵抗能力。如果對分布器進行開孔，那便需要中心進行設計、計算。利用的公式。字母Q 代表了液流的總量（m3/h）；d 是噴淋的孔徑，主要可被分為d1、d2、d3，并分別代表著二級分布槽、進料分布器一級分槽內、回流分布器一級分槽等的噴淋孔徑；h 為液體位置的高度，主要是指距離噴淋孔中心的長度（m）；n 是為設備噴淋孔的數量；g 為重力加速度（m/s2）

（三）精餾塔內參照參數

精餾塔內部的直徑在1800mm 時，能夠向內加入的物質流量最大值為10.19t/h，最小值為5.95t/h、正常情況下，是8.49t/h；回流物質流量的數值在3.56-6.98t/h，正常狀況下則為6.32t/h。其中最大、正常、最小質量流量數值等，都滿足計算的基礎要求，并以此來進行調整噴淋孔徑，通過上述公式，來開展分布器一級、二級分布槽開孔的直徑、數量計算[2]。

（四）分布器組成與開孔

第一，每組內部的分布器分別是由10 個二級分布槽構建而成的，由于外觀是圓形的，使得分布槽的長度不相同，但卻是對稱進行放置的，從最外側一端分別開始對其進行編號，分別是1 號至10 號。第二，開口面積的數值是二級分布槽內噴淋孔、淚孔面積加在一起的總和，其中不涉及溢流孔。第三，在直徑10mm 的溢流孔上與上平面的距離是20mm，其主要是為抵抗堵塞情況發生而進行的設計。二級槽的上平面是其邊緣位置。第四，以往使用的分布器類型是廠家進行提供的，具體的細致數據是處于保密狀態，本次開展的改造工作，是在操作條件的基礎上進行計算，其中存在的變量無法核查，但依據現實使用情況，會在一定程度內增加操作彈性。優化工作內容主要是針對容易出現堵塞問題的分布器，其中的關鍵尺寸，都是依據對原設施的測量得出。

（五）分布器的結構優化

1.一級分布槽開孔位置

在一級分布槽的底部位置，安設有分配盒，其中存在的液體會經過其中的溢流孔進行到二級分布槽內，由于雜質過多的沉積，可能會將其堵塞，從而讓分布器的能力不斷下降。

依據檢查維修的情況，底部的沉積物質高度正常情況下是21-25mm，而在以往的設施設計過程中，并未對該方面進行考慮，將開孔高度設計在21mm。為避免該問題的發生，在新設計中將其調整到了31mm，能夠在一定程度內對雜質沉淀引起的堵塞情況進行預防。

2.二級分布槽噴淋高度

二級分布槽下方的噴淋孔，是對分布器能力產生影響的關鍵因素。在日常生產的活動中，液相內部不可避免會出現一部分沉淀物質。依據對其的調查與研究，二級分布槽內沉積高度為31mm，以往的開孔高度與其相同，并不能達到抗堵塞的良好效果，為此，在設計過程中，將其調整快到了51mm。

3.二級分布槽防沖擋板

由于內部的液體沖刷產生的作用，會讓分布槽內的聚合物主要集中在兩側，中間沉積較少的狀況。通過增加相應的防沖擋板，能夠在一定程度上防止沉積位置不均勻。在改造工作開展之前，二級分布槽式獨立安裝的狀態，不僅會產生增加拆解工作的難度，還會在一級槽發生堵塞情況時，讓進入到二級槽內的液體分配量不均勻，從而使得分布器出現異常。在經過合理改造之后，將二級槽進行配對，中間位置使用筋板連接，并留出液體專用的通道，通過該方式便能夠對二級槽內的分布鏈進行科學調控，提升分布器的能力。

4.一二級槽增加溢流孔

在一級分布槽處，增開直徑為20mm 的溢流孔洞，與上平面的位置距離20mm；在二級的分布槽中增加直徑為10mm 的溢流孔洞，同樣與上平面距離20mm。通過該方式不僅能夠在一定程度上預防底部溢流孔、噴淋孔的堵塞情況發生，因此出現液體分布并不均勻的情況出現，還能將分布器的抗堵塞能力進一步改善。

（六）精餾塔內件性能優化效果

在五年前完成了對分布器的改造工作，該工作開展前分布槽內的沉積物堆積情況嚴重，經過改造之后情況得到了一定的優化。在完成改造工作后，裝置運行的周期長度達到了兩年，在此期間工藝的運行程度較為平穩，苯乙烯產生的聚合物含量相對穩定，能夠達到優品的等級。

三、精餾塔整體性能優化策略

（一）減料溫度與位置

1.進料溫度

通過對精餾塔的模擬，來發現其分離動力是源自于塔釜重沸器產生的熱量，同時，整體上下兩部分所承擔的負荷數值呈現不均勻情況，主要是與側線采出、進料工況等有一定關聯。在氣液量的角度進行分析，塔底與塔尖相比數值相對較大，為此使得液泛情況都是從塔底開始的。在挑選使用冷態進料時，便需要塔釜重沸器能夠產生比以往更多的熱量，并讓塔底的氣液量增加。在確保分離狀態下的需求熱量值不變情況下，并在系統內的進料溫度逐漸提高時，內部的熱負荷數值應該逐步減少。

2.進料位置

在進料位置選擇時，需要保障其優秀的特性。最佳進料位置主要是指在理論板書、操作條件相同的情況下，具備做強分離能力的位置，或在操作條件一致的情況，需要的理論板數最少。在對最佳位置進行選擇時，需要遵守進料接口與精餾塔相應位置的溫度相似。在進料位置高于最佳進料位置度時，在該狀態下，進料板液相組成的小質量組分，會比最佳進料位置下此板的組分高一些，在該狀態下與最佳位置相比，這不僅降低了精餾塔的塔板數，還提升了提留段的塔板數，因此讓產出的產品質量下降。在相同理念下，進料位置低于最佳進料位置時，會使當前狀態下的液相組成的小質量組分，相比于最佳位置的要差一些，同時其中的大質量組分會高于最佳位置，二者相比較，相當于增加了塔板的數量，降低了提餾段的塔板數，使得此時產品產出質量明顯得到提升。

（二）最佳回流比

與以往工程設計進行對比，人員由于遵守保守原則，會將塔涉及逐漸縮小，這便會產生相應的問題，便需要保證其具備高回流比值。該做法在現實操作中并未對生產造成影響，反而會將質量提升，為日后提升塔的操作負荷留下充足空間。以此能夠看出，想要確保塔正常工作運轉，便需要將其回流比進行提升，但這會導致大量能量會因此流失。

回流比R 與操作費用之間的關系。操作費用是在精餾過程中所使用的能量消耗。在精餾塔內部的系統中，消耗的能量能夠被分為兩種。分別是：一，精餾塔底部的重沸器產生的熱負荷QB；二，精餾塔頂部冷卻期的熱負荷QC。以上兩者會跟隨塔內上升蒸汽的提升而增大。精餾塔的蒸汽量，會隨著回流比的升高而降低。

（三）精餾塔內件選擇

1.板式塔內件

板式塔主要是在氣、液，液體自身之間的系統分級接觸傳質設備中使用，由塔體、塔板等結構共同組成。塔板需要在一定間距之內水平安裝在塔內，其作為傳質的重要部位，能夠對能量消耗進行影響。

在正常設計工作中，塔板內部都會被開出一定數量的通道，各個孔洞的大小均勻，以此來為氣體從上至下穿過提供適宜的路徑，還能保證不同相態的介質之間會產生充分接觸。氣體會有多種不同的類型，其不僅對塔的整體性能會產生決定性作用，還可以根據此，來對精餾塔進行區分。

對塔板進行評價時，能夠從五個方面進行評估：產能較大、高效率、壓降小、操作彈性大、結構簡單。但在現實工作中經常是根據工藝流程、參數、目標進行挑選。

2.調料塔內件

填料塔是當前化工企業內部較為常見的設備，在填料達到一定高度時，能夠增加流體的接觸面積，由于結構組成的簡單，在之后的檢修工作中，不會給相應人員增加維修困難，并在吸收、徑流等領域被廣泛使用。

作為精餾填料塔的關鍵部件，在進行調料工作時，會有較多不同的方法，正常工作中經常能見到的是散堆、規整的填料方法。其中散堆是顆粒狀組成的，不同顆粒的形狀、大小會有所差異，在塔內呈現散堆的情況。規整填料是由相同、規整、成塊的結構組成。由于能夠均勻分布，為氣體、液體的走向進行規劃，在一定程度內提高精餾塔的性能水平[3]。

總結：從以上的文章中能夠看出，精餾塔在化工生產活動中占據著非常關鍵的重要作用，為了能夠保障生產物品的質量能夠達到一級標準，便需要技術人員對其進行性能、結構上的優化改善。通過利用整體優化改進方案、分布器的優化設計、精餾塔內參照參數、分布器組成與開孔、分布器的結構優化等相應設施的改變，解決了沉積物過多引起的堵塞情況，讓其運行周期逐漸增長。