制氫裝置酸性水汽提塔問題及解決措施

吳建輝，王何偉，安 冬，李寶強

（延長石油延安石油化工廠，陜西延安 727406）

0 引言

延安石油化工廠2萬m3/h制氫裝置是陜西延長石油（集團）有限責任公司延安石油化工廠汽柴油質量升級配套項目，該裝置設計采用烴類水蒸汽轉化法造氣、PSA法凈化提純的工藝路線制取99.9%的氫氣，作為年處理能力180萬t的S-Zorb催化汽油吸附脫硫裝置和年處理能力240萬t柴油加氫精制裝置的氫源。

1 酸性水汽提塔簡介

酸性水汽提塔將各中變氣分液罐排出的工藝冷凝水汽提合格后，由凝結水泵升壓，送至凝結水管網。該填料塔有上下兩個填料層，由頂部和中部進液。塔的內徑為800 mm，采用的是梁型氣體噴射式填料支承板，孔盤式的液體分布器，DN38 mm的不銹鋼階梯環填料。裝置自試車成功以來，經過汽提的工藝冷凝水PH值遠低于設計值，且時有發生工藝冷凝水及填料被帶出塔頂。導致了附近管線外部腐蝕明顯；凝結水泵及相連管線內部腐蝕而泄漏。經拆檢酸性水汽提塔，發現其內構件在設計及安裝方面存在較多問題。

2 存在問題分析

2.1 設計問題

梁型氣體噴射式填料支承板，也稱駝峰支承板。該酸性水汽提塔的支承板由兩塊梁型支承板拼裝而成，為可拆結構。從藍圖及支承板實物圖可看出，每塊支承板上共有144個52 mm×15 mm的長圓孔、37個25 mm×15 mm的長圓孔。支承板的開孔集中在中部，邊緣較大區域內未進行開孔（圖1），支承板的開孔率明顯較低。支承板的自由截面（開孔率）即為支承板的開孔面積與塔截面積之比，見式（1）。

式中 ε——自由截面，%

A0—— —支承板開孔面積，m2

AT—— —塔截面積，m2

經計算，該塔自由截面僅為46.6%。較小的自由截面，使填料支承處局部持液量增加，極易在支承處首先發生液泛。另外，由于壁流現象的存在，當液體自填料層頂部至填料支承板處過程中，液體更多地流向靠近塔壁的方向，而支承板開孔集中于中心區域，導致汽液接觸傳質的有效面積非常小。

2.2 安裝問題

（1）升氣管底部未滿焊。酸性水汽提塔采用孔盤式的液體分布器，由3塊篩板和42個升氣管組成，部分升氣管底部未滿焊（圖 2），這將會導致部分液體直接從此焊縫流下，產生偏流，使布液孔出流不均，對填料層的傳質過程產生較大的干擾。

（2）噴管沒有深入升氣管蓋帽以下。進料管連著5個噴管，噴管未深入升氣管蓋帽以下（圖 3），使氣液在靠近進料管的區域提前接觸，影響布液孔對液體的均布。

圖1 支承板實物

圖2 升氣管底部

圖3 升氣管頂部和進料管噴管

（3）分布器安裝角度不合理。由于液體分布器角度安裝不正確，使有些噴管正對升氣管蓋帽、有些噴管一半對著升氣管蓋帽，一半對著升氣管外的間隙，這樣極易引起盤中液體的攪動，液面產生波動和出現過大的液面梯度，影響填料層的液體均布，甚至分布器上局部區域過早產生液泛。

（4）填料壓板固定不合理。酸性水汽提塔的填料壓板邊緣與塔壁間隙略大，填料能沿此間隙冒出。另外，填料壓板由3塊格柵塊組成，要求用直徑2 mm的不銹鋼絲捆在一起。而實際由普通鐵絲捆扎，當鐵絲腐蝕斷裂后，格柵塊落便到填料層底部。使得填料床層發生松動和跳動而引起的填料變形甚至被帶走。跑出的填料一部分穿過液體分布盤的升氣孔，從塔頂冒出，有些卡在升氣管中，導致氣相分布不均勻。

（5）填料支承板側板裝反。填料支承板側板帶有一定弧度，能夠保證盡可能的與塔壁貼合。而實際側板裝反，塔壁和側板形成了較大的空腔，使得支承板的支撐圈邊緣（圖4中實線）與側板底部邊緣（圖4中虛線）存在較大間隙。該間隙使上層填料落入中部液體分布器上，影響液體均勻分布；下層填料落到液體出口，最終到達泵入口過濾器，導致泵抽空以及液體下降不暢引起液泛。

圖4 支撐板側板

3 解決措施

3.1 增大支承板自由截面

根據填料支承板的設計要求，填料的支承結構須有足夠的截面積，使支承處不首先發生液泛，一般要求支承板的自由截面大于填料的孔隙率[2]。在考慮到支承板強度和撓度的情況下，改造后的填料支承板仍由兩塊板拼裝而成，每塊支承板開310個52 mm×15 mm的長圓孔、37個25 mm×15 mm的長圓孔（圖 5）。重新改造后的填料支承板的自由截面95.08%，大于填料的孔隙率95%，保證了不在支承處首先發生液泛。

圖5 改造后的填料支承板

3.2 消除安裝缺陷

對升氣管底部未滿焊處進行補焊，確保不在此處發生偏流。整體更換進料管上的噴管，并適當增加長度，使噴管底部深入到升氣管蓋帽以下。進料管的位置是固定的，調整液體分布盤的角度，使每個分塊的直邊垂直于進料管，這樣能使噴管恰好深入到升氣管蓋帽以下（圖 6）。對于填料壓板，將3塊格柵板點焊在一起，并在壓板下部鋪放直徑微小于塔內徑的不銹鋼絲網，盡可能的減小與塔壁的間隙。為了防止填料壓板被沖斜，增配僅能上下移動的導軌（圖7）。按圖紙要求，支承板側板的凸面靠近塔壁側（圖8），使側板與支撐圈在徑向與軸向均不存在能使填料穿過的間隙。

圖6 改造后進料管噴管

圖7 改造后的填料壓板

圖8 改造后的支承板側板

4 應用效果

改造前，在60%負荷、汽提蒸汽3.3 t/h的情況下，凝結水pH值在5～6。改造后，同等操作條件下，凝結水pH值達到了7，運行過程中暫未發現機泵、管線被腐蝕泄漏的情況。且未發生過液體及填料被帶出塔頂的情況。

5 結論

通過對酸性水汽提塔內構件在設計及安裝方面存在問題的分析，找出了設備自身導致酸性水不能合格的原因，根據原因在增大傳質面積、防止液泛、防止液體不良分布、防止跑填料等方面進行相應改進。結合合理的操作，使工藝冷凝水的處理效果得到提升，減少了對相關管線、機泵的腐蝕。