芳烴聯(lián)合裝置二甲苯塔（C-402）改造研究

宋杰

摘要：芳烴裝置二甲苯塔開工后分離效果沒有達(dá)到設(shè)計要求，經(jīng)過一次改造更換了塔盤，增加了塔盤層數(shù)，仍然沒有達(dá)到設(shè)計分離效果。進(jìn)行了再次徹底改造，采用凱寧公司復(fù)合孔微型閥高效塔板、多折邊傾斜式降液管。改造后，塔頂、塔底物料分離效果達(dá)到精度要求。

關(guān)鍵詞：二甲苯塔 ?塔盤 ?改造

1 概述

天津石化芳烴聯(lián)合裝置于2000年10月投產(chǎn)，年產(chǎn)25.4萬噸對二甲苯和5.04萬噸混合二甲苯。原設(shè)計二甲苯塔（C-402）為131層篩孔塔盤，塔上部1～94層φ5800，塔盤間距600/450mm，塔下部95～131層φ6800，塔盤間距500mm，分離精度要求為塔頂C9A含量≤500pmm，塔底OX含量≤1%（重）（對應(yīng)塔底產(chǎn)品中OX含量為359kg/h），實際操作中，在滿足塔頂C9A的要求下，塔底OX含量為3～5%，沒有達(dá)到設(shè)計的分離精度。

后經(jīng)過擴能改造，該塔塔盤更換為某公司DJ-3型塔盤，以降低塔盤間距，增加塔盤層數(shù)來滿足擴能改造且將來生產(chǎn)鄰二甲苯的要求。改造開工以來，塔C-402操作一直不正常，沒有達(dá)到設(shè)計的分離精度。分析認(rèn)為該塔改造后分離效果不佳、與設(shè)計值偏離較大的主要原因是氣液兩相在塔盤邊緣區(qū)分布不均勻。因此，再次對二甲苯塔進(jìn)行改造，改造后該塔操作有所改善，但是仍不能達(dá)到要求的分離精度。

考慮到二甲苯塔在整個芳烴聯(lián)合裝置中的重要性，為了能夠完全達(dá)到該塔原設(shè)計預(yù)期的分離精度，擬采用南京凱寧化工裝備有限公司的設(shè)計方案和塔內(nèi)件。

2 改造技術(shù)方案

根據(jù)工藝條件和進(jìn)料組成及分離要求對該塔進(jìn)行了工藝模擬計算，采用凱寧公司專利的復(fù)合孔微型閥高效塔板更換原DJ-3型塔板，塔板采用四溢流等流程長度結(jié)構(gòu)，去掉原塔中第1層及第112層塔盤，全塔共有155層塔盤;降液管采用凱寧公司專利的多折邊傾斜式降液管。

2.1總塔改造分析

2.1.1 目前二甲苯塔采用的是多降液管塔板，其單板分離效率較低，擬將該塔塔板改為等流程長度、四溢流塔板。這種液體橫向流動的塔板目前已廣泛應(yīng)用，只要設(shè)計妥當(dāng)，必將獲得良好的分離效率。

2.1.2 為盡量減少在塔內(nèi)的切割、焊接等動火工作，應(yīng)盡可能多地利用已經(jīng)焊接在塔壁上的塔內(nèi)支撐件。為此，不改變已有的塔板間距是最重要的決策。因此，擬在改造二甲苯塔時保留現(xiàn)有塔板間距，從而可以利用已焊接在塔壁上的支撐環(huán)。

2.1.3 目前塔內(nèi)共有156層多降液管塔板和一塊升氣盤（第112層），能否保留一部分現(xiàn)有的多降液管塔板，以降低改造成本。經(jīng)過各種分析表明，這樣做具有較大的風(fēng)險。考慮將該塔內(nèi)現(xiàn)有的多降液管塔板全部更換。

2.1.4 二甲苯塔上部直徑為5800mm，塔頂氣相出口直徑僅為800mm，為使氣相在離開塔頂?shù)谝粔K塔板后能夠均勻穩(wěn)定的從直徑為5800mm 的塔截面收縮到800mm 的氣相出口，擬將塔頂現(xiàn)有第一塊塔板空出，不再安裝塔板，以增大此處的空間，實現(xiàn)氣體流動的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。

2.1.5二甲苯塔中下部塔徑由5800mm 變?yōu)?800mm，在此變徑處還有第二進(jìn)料口，為在此處實現(xiàn)氣液流動在不同塔徑之間的均勻轉(zhuǎn)換和分布，并實現(xiàn)進(jìn)料與Φ5800mm 段流下的液體充分混合后均勻流到第一塊Φ6800mm 段的塔板上，確定在現(xiàn)在第112 塊塔板處不再安裝塔板，以增大此變徑段的空間，便于設(shè)計適當(dāng)?shù)倪^渡結(jié)構(gòu)。

2.2 塔內(nèi)件改造分析

2.2.1塔板部分

本次改造將維持原板間距400mm不變，拆除原塔中第1 層及第112 層塔盤，全塔共155 層塔盤。塔板結(jié)構(gòu)形式采用等流程長度四溢流塔板設(shè)計，塔板采用 凱寧公司專利--復(fù)合孔微型閥高效塔板。塔板上主要有二個單元組成：三角形鼓泡促進(jìn)器、復(fù)合孔微型閥。三角形鼓泡促進(jìn)器，可以有效地消除塔盤上的氣相死區(qū)，使得從降液管流出的的清液迅速與氣體混合形成泡沫。復(fù)合孔微型閥閥高較低，閥周邊的特殊曲線結(jié)構(gòu)將流出閥孔的氣體分成許多股小汽流，這些小汽流緊靠塔板上表面流出，對液體進(jìn)行充分的混合，從而可以保證塔板有十分穩(wěn)定的分離效果。

2.2.2 降液管

本次改造將采用凱寧公司的專利產(chǎn)品--多折邊傾斜式降液管。這種降液管具有流通能力大、節(jié)約塔板活性面積、較好的液體初始分布等特點。傳統(tǒng)塔板設(shè)計大都采用的簡單弓形降液管，這種降液管中間大，兩側(cè)小，造成流出降液管的液體中間多，兩邊少，導(dǎo)致傳質(zhì)效率極差。而凱寧公司采用多折邊傾斜結(jié)構(gòu)可以有效地控制降液管底部形狀及各處面積，從而有效地控制自降液管流到塔板上的液體分布。

2.2.3 分布器

2.2.3.1 再沸器返回口氣體分布器

由于二甲苯塔較大，且對傳質(zhì)效率要求高，塔底部氣體入口處的氣體流動分布就極為重要。我們將采用多級環(huán)形分布器來實現(xiàn)這一要求。該分布器自氣體入口處開始，沿塔壁360o周向設(shè)有許多橫截面逐漸減少的腔室。氣體自這些橫截面不同的腔室的交界處流出，控制各腔室的橫截面積的大小就可以準(zhǔn)確地控制氣體流出各處的量，從而有效的控制氣體在整個塔截面的流動分布。

2.2.3.2 進(jìn)料分布器

二甲苯塔有兩個進(jìn)料口，采用四溢流塔板改造該塔后，任何一股進(jìn)料入塔后都必須與進(jìn)料口上方塔板上流下的液體混合均勻，再流到下層塔板，并均勻的分配到下層塔板的四個通道上，這就要求采用結(jié)構(gòu)合理的進(jìn)料分配器。

2.2.4支撐大梁

目前二甲苯塔內(nèi)每層塔板都采用了兩根寬度為200mm 的工字鋼作塔板的主支撐梁。這些工字鋼均是氣液流動的死區(qū)，它們的存在導(dǎo)致了每層塔板損失了大量的活性面積，這樣大面積的局部死區(qū)必將影響塔板上的氣液流動分布，從而降低塔板的分離效率，因此，改造C-402 塔時，將完全拆除這種工字鋼支撐梁。

在直徑6800mm 段，考慮采用由角鋼焊接而成的衍架梁。這種支撐梁用材少，占用塔截面積很少，在塔內(nèi)施工也相當(dāng)方便。

3改造效果

按上述方案分析利用大修期對C402塔進(jìn)行了改造：拆除原塔內(nèi)所有可拆部件，包括塔盤、大梁、降液管、分布器等;割除部分塔盤支撐環(huán);割除原降液管支撐板;安裝新的支撐大梁;焊接新的降液管支撐板;安裝新的塔盤及降液管;安裝新的進(jìn)料分布器及再沸器返回口分布器。

裝置開車后，經(jīng)過測試，該塔改造后可以達(dá)到以下工藝要求的技術(shù)指標(biāo)：塔頂C9A≤500PPM且MEB≤100PPM（Wt）;塔底OX≤0.2%（Wt）;操作彈性在60-120%之間。