醚化蒸餾塔設(shè)計(jì)總結(jié)

范 麗，謝 琨

（中國(guó)石油工程建設(shè)公司大連設(shè)計(jì)分公司, 遼寧 大連 116011）

醚化蒸餾塔設(shè)計(jì)總結(jié)

范 麗，謝 琨

（中國(guó)石油工程建設(shè)公司大連設(shè)計(jì)分公司, 遼寧 大連 116011）

大連石化公司汽油質(zhì)量升級(jí) 100 萬(wàn) t/a 輕汽油醚化裝置醚化蒸餾塔具有塔內(nèi)裝有填料和塔盤(pán)、外形尺寸大、變徑以及由于物料反應(yīng)介質(zhì)腐蝕性較大的特點(diǎn)，正確的設(shè)計(jì)對(duì)于醚化蒸餾塔的長(zhǎng)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(jié)構(gòu)型式和制造安裝技術(shù)要求編制等方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

醚化蒸餾塔；結(jié)構(gòu)型式；變徑 ；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

大連石化公司汽油質(zhì)量升級(jí)100 萬(wàn) t/a輕汽油醚化裝置于 2013 年建成投產(chǎn)，其中的醚化蒸餾塔（C-9202)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，筒體變徑，塔內(nèi)既裝有三段填料。又裝有 59層塔板，殼體主材為復(fù)合鋼板，在設(shè)計(jì)、制造焊接、塔體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式和制造安裝技術(shù)要求。

1 概 述

醚化蒸餾塔工藝過(guò)程：水洗后的輕汽油與來(lái)自甲醇回收塔回流罐的甲醇混合換熱后進(jìn)入第一醚化反應(yīng)器，一部分活性組份發(fā)生醚化反應(yīng)，生成TAME，第一醚化反應(yīng)器的反應(yīng)物料進(jìn)入醚化蒸餾塔，醚化蒸餾塔精餾段設(shè)三層醚化催化劑床層，活性組份進(jìn)一步反應(yīng)，醚化蒸餾塔塔底重沸器熱源來(lái)自催化汽油加氫脫硫裝置的加熱爐，塔底的醚化產(chǎn)品經(jīng)與反應(yīng)進(jìn)料換熱后，經(jīng)空冷、水冷冷卻到 40 ℃出裝置；未反應(yīng)的 C5與甲醇共沸，氣態(tài)餾出物經(jīng)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(jīng)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(jīng)后醚化反應(yīng)器進(jìn)一步反應(yīng)。醚化蒸餾塔具體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表 1 設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design Parameter

2 設(shè)備主體材料選用

2.1 塔體材料

第一醚化反應(yīng)器的反應(yīng)物料TAME進(jìn)入醚化蒸餾塔，醚化蒸餾塔精餾段設(shè)三層醚化催化劑床層，介質(zhì)中的活性組份進(jìn)一步反應(yīng)，因此物料中酸值增加，腐蝕性較強(qiáng)，所以設(shè)備主體材質(zhì)選用不銹鋼復(fù)合鋼板 Q345R+S30408[1-3]，符合 NB/T47002.1-2009《壓力容器用爆炸焊接復(fù)合板》1級(jí)要求，保證強(qiáng)度同時(shí)，充分考慮介質(zhì)的腐蝕情況，而且復(fù)合鋼板性?xún)r(jià)比較高。

2.2 接管和法蘭的選材

考慮介質(zhì)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(jié)構(gòu)尺寸較大，材料綜合考慮價(jià)格的因素選用 16MnⅡ堆焊[5]，性?xún)r(jià)比較高，具體見(jiàn)圖1。

圖 1 DN＞350 的法蘭堆焊結(jié)構(gòu)Fig.1 DN＞350 Flange welding structure

2.3 塔內(nèi)件的材質(zhì)

醚化蒸餾塔精餾段設(shè)三層醚化催化劑床層，介質(zhì)中的活性組份進(jìn)一步反應(yīng)，因此物料中酸值增加，腐蝕性較強(qiáng)，所以塔盤(pán)及其支撐件材質(zhì)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(yán)格，可能投資要高，但設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備的檢修和維護(hù)費(fèi)用要大大降低，設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光看還是性?xún)r(jià)比較高的。

3 醚化蒸餾塔結(jié)構(gòu)型式

3.1 錐殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（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(shí)具有折邊和加強(qiáng)段，在外壓錐殼計(jì)算時(shí)，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(xiàn)，按 GB150.3-2011 中 5.6.6.2 使用 SW6-2011計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)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(jì)算δec=（δnc-C）COSα

c. 按 GB150.3-2011 中 4.3 的規(guī)定進(jìn)行外壓校核計(jì)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(jì)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(jì) 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(jì)算過(guò)程在此略去，結(jié)合內(nèi)外壓工況計(jì)算，并且考慮錐殼大、小端與圓筒連接處的加強(qiáng)設(shè)計(jì)，錐殼大、小端各設(shè)置 500 mm加強(qiáng)段；外壓工況下錐殼和錐殼大端筒體加強(qiáng)段厚度需要 29 mm，錐殼小端筒體加強(qiáng)段厚度計(jì)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(qiáng)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(qiáng)段焊接要求，本次設(shè)計(jì)錐殼及其錐殼大、小端筒體加強(qiáng)段厚度都取為 29 mm。

錐殼材料選用不銹鋼復(fù)合鋼板Q345R+S30408，上述計(jì)算中將 3 mm 復(fù)層 S30408 計(jì)入腐蝕裕量中，所以錐殼和錐殼大、小端筒體加強(qiáng)段厚度正確表示方法應(yīng)為(26+3)mm

3.2 開(kāi)孔接管的型式

殼體接管補(bǔ)強(qiáng)可采用兩種結(jié)構(gòu)型式，一種是補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，本次設(shè)計(jì)中 DN≥80 mm 接管采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)；另一種是整體補(bǔ)強(qiáng)，整體補(bǔ)強(qiáng)又分為厚壁管插入式補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)和凸緣整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。由于厚壁管插入式補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)角焊縫底部清根困難，又不能進(jìn)行射線(xiàn)、超聲等方法的內(nèi)部檢測(cè)[7]，容易產(chǎn)生未焊透等缺陷，所以本次設(shè)計(jì)中DN＜80 mm的開(kāi)孔接管設(shè)計(jì)全都采用鍛制凸緣整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行射線(xiàn)、超聲等方法的內(nèi)部檢測(cè)，保證焊接質(zhì)量，并且設(shè)計(jì)中將接管設(shè)計(jì)成整體法蘭型式，減少一道焊縫，降低制造中出現(xiàn)缺陷的概率。

圖 2 接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Pipe reinforcement structure

3.3 開(kāi)孔接管的方位

接管方位常規(guī)是由安裝專(zhuān)業(yè)提出，表面上看與設(shè)備專(zhuān)業(yè)不大，其實(shí)不然，由于醚化蒸餾塔內(nèi)裝有塔盤(pán)，液位計(jì)口、液位變送口、溫度指示口和溫度變送器口的位置應(yīng)能保證落在相應(yīng)層塔板上，才能準(zhǔn)確測(cè)出液位和溫度，而且由于溫度指示口和溫度變送器口測(cè)溫時(shí)溫度計(jì)需要伸入塔內(nèi)，所以需格外注意還不能與上一層塔盤(pán)的降液板相碰，這就要求安裝、儀表和設(shè)備三個(gè)專(zhuān)業(yè)配合確定好方位，既滿(mǎn)足儀表和安裝專(zhuān)業(yè)的要求，又保證其開(kāi)口不與設(shè)備內(nèi)件相碰。

另外人孔的方位也需要注意，應(yīng)保證施工人員進(jìn)入塔內(nèi)不能踏空，需要落在相應(yīng)層塔板上，保證人員施工安全，正常情況下安裝專(zhuān)業(yè)會(huì)考慮，但最好是兩個(gè)專(zhuān)業(yè)配合，設(shè)備專(zhuān)業(yè)也需要注意一下，細(xì)節(jié)決定成敗，多一份考慮，就會(huì)少一份隱患。

3.4 裙座出入口型式

SH/T3098-2011 和 JB/T4710-2005 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定裙座出入口有兩種型式：長(zhǎng)圓孔和圓形孔[8,9]，標(biāo)準(zhǔn)中提出為避免過(guò)大的截面削弱，可設(shè)長(zhǎng)圓孔，本次設(shè)計(jì)中考慮方便施工，長(zhǎng)圓孔更容易出入，而且也方便攜帶維修工具進(jìn)出，所以裙座出入口設(shè)為長(zhǎng)圓孔。

還有考慮裙座內(nèi)部檢修方便，在其內(nèi)部設(shè)置直梯，方便檢查塔底液相出口、再沸器進(jìn)口和排污口在裙座內(nèi)的焊接接頭和其它情況；同時(shí)在裙座上開(kāi)觀察口，平時(shí)可經(jīng)常檢查塔底開(kāi)口的焊接接頭情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)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(shè)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(fù)合鋼板中復(fù)層厚度僅為 3 mm，如果柵板直接焊接在復(fù)層上，容易撕裂復(fù)層，后果不堪設(shè)想，所以本次設(shè)計(jì)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(shí)也保護(hù)筒體復(fù)層。在圖紙中還給出具體焊接接點(diǎn)（詳見(jiàn)圖 3），特別說(shuō)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(yīng)將與筒體焊接的復(fù)層部分清除。

4 技術(shù)條件的編制要點(diǎn)

為了更好地保證醚化蒸餾塔的制造安裝質(zhì)量，在常規(guī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上技術(shù)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(fù)合鋼板 Q345R+S30408，所以設(shè)備制造完畢內(nèi)表面應(yīng)進(jìn)行酸化、鈍化處理。

4.2 無(wú)損檢測(cè)

（1）接管與設(shè)備筒體角焊縫進(jìn)行 100%超聲檢測(cè)，I級(jí)合格。

（2）塔底液相出口、再沸器進(jìn)口和排污口在裙座內(nèi)的焊接接頭（接管與彎頭、接管與厚壁接管間對(duì)接焊縫）應(yīng)進(jìn)行 100%射線(xiàn)檢測(cè)，II級(jí)合格。

（3）接管與法蘭對(duì)接焊縫、整體法蘭與筒體之間對(duì)接焊縫應(yīng)進(jìn)行 100%射線(xiàn)檢測(cè)，II級(jí)合格。

5 結(jié)束語(yǔ)

大連石化公司汽油質(zhì)量升級(jí)100 萬(wàn) t/a輕汽油醚化裝置醚化蒸餾塔（C-9202）現(xiàn)在已經(jīng)投入生產(chǎn)，業(yè)主非常滿(mǎn)意，充分說(shuō)明選材及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、可操作性和安全可靠性，也驗(yàn)證了設(shè)計(jì)參數(shù)選取和制造安裝技術(shù)要點(diǎn)編制的正確性，上述總結(jié)是我在大連石化公司汽油質(zhì)量升級(jí)100 萬(wàn) t/a輕汽油醚化裝置醚化蒸餾塔中的一點(diǎn)設(shè)計(jì)體會(huì)，希望能給塔器設(shè)計(jì)者提供參考。

［1］ TSG R0004-2009 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)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(fù)合板》第 1 部分:不銹鋼-鋼復(fù)合板[S].

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

［5］ NB/T47008-2010《承壓設(shè)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(shè)備無(wú)損檢測(cè)》[S].

［8］ SH/T 3098-2011《石油化工塔器設(shè)計(jì)規(guī)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(xiàn)標(biāo)識(shí)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(yè)于大連理工大學(xué)化工機(jī)械專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事石油化工設(shè)計(jì)工作。E-mail：fanli-dl@cnpc.com.cn。