氣分裝置塔底熱源優(yōu)化

時啟濤，陸 聰，郭 棟，荊舉祥

(山東三維石化工程股份有限公司，山東 淄博 255434)

1 現(xiàn)狀及目的

1.1 現(xiàn)狀

氣分裝置中，脫丙烷塔進料換熱器(換-1)、脫丙烷塔底再沸器(換-2)、脫丁烷塔底再沸器(換-3)、脫戊烷塔底再沸器(換-4)的熱源為1.0 MPa蒸汽。脫丙烯塔底再沸器換-5/2熱源為催化頂循油，換-5/1熱源為蒸汽。各再沸器蒸汽消耗量如表1所示。

表1 氣分裝置的蒸汽消耗情況

現(xiàn)煉油廠可以提供110℃熱媒水120～130 t/h，162℃催化頂循油15.5 t/h，可供氣分裝置再沸器使用。

1.2 目的

由于氣分裝置具有塔釜溫度較低的特殊性，可以利用低溫?zé)嵩?熱媒水作再沸器熱源。本項目的目的在于合理利用熱媒水及催化頂循油，為氣分裝置再沸器供熱，取代原有蒸汽，降低氣分裝置的能耗。

2 工藝流程的確定

熱媒水和催化頂循油進出界區(qū)的條件見表2。

表2 現(xiàn)有熱源條件

由于脫丁烷塔、脫戊烷塔、脫丙烯塔底溫度為50～60℃，可以利用110℃的熱媒水作為熱源，熱媒水自總管分別進入各塔底再沸器，換熱后匯至回水總管出裝置，其出裝置溫度不應(yīng)低于70℃。

原換-5/2(脫丙烯塔底再沸器)熱源為催化頂循油，換熱后返回溫度為135℃，溫度較高，可以再次取熱利用。脫丙烷塔底溫度為102℃，與熱媒水溫差較小，因此使用催化頂循油作為熱源。使頂循油依次為脫丙烷塔(換-2/2)、脫丙烯塔(換-5/2)提供熱源后，返回催化裝置。出界區(qū)溫度也不應(yīng)低于70℃。

3 再沸器的選型與計算

本項目中，需要新增一臺再沸器供脫丙烷塔用，利用催化頂循油作為熱源。保留原有蒸汽再沸器。其余塔底再沸器接入熱媒水流程，同時也保留蒸汽流程。本文以新增脫丙烷塔底再沸器(換-2/2)為例，介紹有關(guān)換熱器選型與計算的知識。

3.1 再沸器類型的確定

工業(yè)中應(yīng)用的再沸器多為管殼式，主要有釜式、熱虹吸式(立式和臥式)、強制循環(huán)式和內(nèi)置式等形式。將釜式再沸器、立式虹吸式再沸器、臥式虹吸式再沸器進行比較(如表3)[1]。

表3 再沸器類型比較

本項目中，脫丙烷塔底再沸器(換-2/2)選用臥式虹吸式再沸器，外部結(jié)構(gòu)形式為：

管箱型式—封頭管箱；

殼體型式—無隔板分流殼體，一進兩出式；

后端部型式—鉤圈式浮頭。

3.2 再沸器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的確定

換熱器的公稱直徑范圍為325～1800 mm；管程數(shù)有2、4、6三種。具體結(jié)構(gòu)選擇參考表4[2]。

表4 換熱器類型比較

3.3 計算

3.3.1 建立模型

本項目采用化工工藝流程模擬軟件PROII 進行計算，首先先建立換-2/2作為脫丙烷塔的再沸器，換-5/2，換-5/1作為脫丙烯塔再沸器。催化頂循油依次經(jīng)過換-2/2管程、換-5/2管程后出界區(qū)。

模型建立步驟如下：

1)將催化頂循油溫度，壓力，流量，餾程，密度等信息數(shù)據(jù)填入物流信息中。設(shè)置換熱器參數(shù)：選擇計算類型為Rating。初始直徑定為700 mm。熱力學(xué)方程選用PR01。

2)選擇換熱器為單殼程、兩管程，安裝方式為臥式，流型為逆流。換熱器的TEMA類型為：Front -B、Shell -J2、Rear -S。

3)設(shè)定換熱管的內(nèi)徑為20 mm，外徑25 mm，長度為6 m，間距為32 mm，排布類型為：正方形-45℃。折流板切口為25%，板間距為600 mm。

4)其它值為默認。

3.3.2 計算結(jié)果

根據(jù)換熱面積余量、壓降及溫度校正系數(shù)等判斷再沸器的型號為：BJS800- 2.5-170-6/25-2。換熱面積余量為30%，氣相返回摩爾分率為20.1%，滿足工藝要求。

表5 換-2/2計算結(jié)果

氣相返回的摩爾分率計算：709.6/(709.6+2812.5)×100%=20.1%

4 項目中的配管設(shè)計

本項目中主要包括再沸器的配管和調(diào)節(jié)閥的配管，熱介質(zhì)經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制流量后進入再沸器管程側(cè)，再由管程出口返回主管廊。塔底物料由底部進入再沸器殼程，換熱后沸器的兩個返回口返塔。本項目中的配管設(shè)計主要注意以下幾個方面：

(1)調(diào)節(jié)閥的配管首先要得到準(zhǔn)確的安裝尺寸，根據(jù)自控專業(yè)的返回條件進行調(diào)節(jié)閥的配管設(shè)計。將調(diào)節(jié)閥垂直布置在水平管道上，底部凈空不小于250 mm，膜頭頂部凈空不小于200 mm，上游安裝放空閥。調(diào)節(jié)閥副線選用截止閥(副線DN≥150 mm時，可用閘閥)，副線與調(diào)節(jié)閥上下安裝時，將副線閥與調(diào)節(jié)閥錯開布置。調(diào)節(jié)閥兩側(cè)的大小頭靠近調(diào)節(jié)閥安裝。底部放空距地面不應(yīng)小于150 mm。

(2)再沸器的管線布置應(yīng)該考慮安裝、檢修及操作所需要的空間。在滿足工藝和柔性要求的基礎(chǔ)上，管道應(yīng)盡量短、少拐彎、以減少阻力降。工藝介質(zhì)側(cè)應(yīng)布置的簡單，采用直連的形式。兩個升氣口的管線盡量對稱布置，以使出口的管線阻力相等，從而使其流量相等。管程側(cè)進出口閥門及副線閥門應(yīng)該安裝在易于操作的位置，并在適當(dāng)位置設(shè)計放空和放凈閥門。布置管線時，考慮再沸器抽出管束的空間不能影響其操作和檢修。

5 小結(jié)

利用熱媒水、催化頂循油為氣分裝置再沸器提供熱源，降低氣分裝置的蒸汽消耗，達到節(jié)能的目的，同時對于新建和改造項目具有參考價值。