小量給水對(duì)放空塔操作的影響

楊 建

（長嶺煉化岳陽工程設(shè)計(jì)有限公司，湖南 岳陽 414000）

1 綜述

延遲焦化裝置中的焦炭塔是最重要的反應(yīng)設(shè)備，通常的配置為一爐兩塔或兩爐四塔。焦炭塔在操作過程中需要切換焦炭塔，新塔繼續(xù)產(chǎn)生生焦反應(yīng)，舊塔需進(jìn)行水力除焦。除焦的工序通常為小量吹汽、大量吹汽、小量給水、大量給水、焦炭塔放水、水力除焦、焦炭塔試壓和焦炭塔預(yù)熱等。

小量吹汽通汽時(shí)間為1～2 h，吹汽量為1～5 t/h，汽提的油氣進(jìn)入分餾塔。大量吹汽的通汽時(shí)間為2 h，蒸汽量為 8～25 t/h，產(chǎn)生的污油和蒸汽進(jìn)入放空塔進(jìn)行冷凝冷卻。小量給水的給水時(shí)間為1～2 h，給水量為10～120 t/h，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入放空塔進(jìn)行冷凝冷卻。大量給水的給水時(shí)間為3～5 h，給水量為150～400 t/h，冷焦水通過塔頂溢流口或塔底放水口排至冷焦水緩沖罐。

在不同操作工序下，焦炭塔塔頂油氣溫度不一樣。在正常生焦階段，焦炭塔的操作溫度約為440 ℃。焦炭塔除焦階段各個(gè)工序的塔頂油氣溫度不同。在小量給汽階段，焦炭塔頂?shù)挠蜌鉁囟染S持在400～425 ℃；在大量給汽階段，焦炭塔頂?shù)挠蜌鉁囟染S持在380～410 ℃；在小量給水階段，焦炭塔頂?shù)挠蜌鉁囟染S持在250～380 ℃；在大量給水階段，焦炭塔頂?shù)挠蜌鉁囟染S持在290～250 ℃。

在一些老的延遲焦化裝置或新焦化裝置設(shè)計(jì)過程中，小量給水通常只是一個(gè)單獨(dú)的閘閥或者只裝一個(gè)流量孔板，操作工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行小量給水操作，流量的范圍較大，對(duì)小量給水的量無法進(jìn)行精準(zhǔn)控制。在放空塔的設(shè)計(jì)過程中，由于放空塔為間歇操作，無法對(duì)放空塔進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，放空塔的設(shè)計(jì)一般根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)完成。放空塔及塔頂油氣冷凝冷卻器的設(shè)計(jì)只考慮大量給汽[1]時(shí)產(chǎn)生蒸汽的冷卻負(fù)荷，沒有核算焦炭塔在各個(gè)階段的熱量平衡[2]和小量給水產(chǎn)生的蒸汽量。因此，在放空塔的實(shí)際操作過程中，往往容易超壓或塔頂冷凝冷卻器冷卻負(fù)荷不足，影響放空塔頂油、水、氣三相的分離。

基于以上原因，本研究以某廠120萬t/年焦化裝置不同小量給水量產(chǎn)生的蒸汽，定量分析小量給水對(duì)放空塔操作的影響。

2 條件設(shè)定

（1）裝置規(guī)模：120萬t/年；（2）年開工時(shí)間： 8 400 h；（3）循環(huán)比：0.27；（4）生焦周期：24 h；（5）生焦率：28.4%；（6）24 h生焦量：973.704 t；（7）焦炭塔操作壓力：0.17 MPa（表）；（8）假設(shè)小量給水初態(tài)階段，焦炭塔頂油氣溫度為400 ℃；（9）假設(shè)小量給水終態(tài)階段，焦炭塔頂油氣溫度為280 ℃；（10）小量給水進(jìn)水溫度：60 ℃； （11）放空塔規(guī)格：φ4 000 mm×12 100 mm。

由于小量給水的初態(tài)至終態(tài)階段是一個(gè)溫度降低的動(dòng)態(tài)過程，本研究不考慮過程變化。

3 流程描述

焦炭塔在小量給水階段主要是消耗冷焦水，即冷焦水與焦炭換熱后，產(chǎn)生大量蒸汽，進(jìn)入放空塔。自焦炭塔來的蒸汽、油氣進(jìn)入放空塔底部，放空塔底油通過放空塔底污油泵增壓后，進(jìn)入放空塔底油及甩油冷卻水箱進(jìn)行冷卻，大部分污油返回至放空塔頂部，小部分污油被送出裝置。放空塔頂?shù)挠蜌狻⑺魵饨?jīng)過放空塔頂空冷器、后冷器，將油氣、水蒸氣冷卻至40 ℃后送至放空塔頂油水分離器。

4 每小時(shí)不同小量給水量對(duì)放空塔氣速的影響

根據(jù)實(shí)際小量給水的情況，為了加快冷焦的速度，小量給水的量基本為10 000～120 000 kg/h。

當(dāng)小量給水的量為10 000 kg/h時(shí)，放空塔內(nèi)氣速為 0.21 m/s，隨著蒸汽量的增加，放空塔氣速快速增加。當(dāng)進(jìn)入放空塔的蒸汽量達(dá)到30 000 kg/h時(shí)，放空塔的氣速達(dá)到 0.63 m/s，大大超過了設(shè)計(jì)的氣速。當(dāng)進(jìn)入放空塔的蒸汽達(dá)到50 000 kg/h時(shí)，放空塔內(nèi)的氣速達(dá)到1.05 m/s，不僅會(huì)對(duì)放空塔的塔盤造成影響，而且不利于放空塔內(nèi)的油水分離，導(dǎo)致放空塔頂油氣中的污油攜帶嚴(yán)重，放空塔頂油水分離器的油水乳化嚴(yán)重。同時(shí)，源自焦炭塔的蒸汽攜帶焦粉嚴(yán)重，對(duì)放空塔后路系統(tǒng)造成很大的影響。

5 不同小量給水量對(duì)放空塔冷卻負(fù)荷的影響

放空塔的冷卻主要通過兩方面，一方面是當(dāng)放空塔底的污油冷卻到80～90 ℃后，一部分污油出裝置，一部分污油返回放空塔頂，與上升的油氣、水蒸氣進(jìn)行洗滌和熱量交換；另一方面是放空塔頂油氣進(jìn)入放空塔頂空冷器或換熱器進(jìn)行冷凝冷卻，主要是水蒸氣，并攜帶小部分污油或瓦斯。不同小量給水量對(duì)放空塔冷卻負(fù)荷的影響如表1所示。

表1 不同小量給水量對(duì)放空塔冷卻負(fù)荷的影響

由表1可以看出，當(dāng)放空塔底冷后污油量、溫度一定時(shí)，隨著進(jìn)入放空塔內(nèi)蒸汽量的增加，放空塔頂油氣溫度提升，污油的攜帶量也隨之增加。當(dāng)進(jìn)入放空塔的蒸汽量大于31 860 kg/h時(shí)，放空塔頂?shù)目绽淦鳌⒑罄淦饕巡荒軡M足工藝要求。因此，控制小量給水的量，對(duì)放空塔的操作有很大的影響。

6 解決方法

對(duì)于上述問題，解決的方法可以從兩方面進(jìn)行考慮，一方面是對(duì)小量給水的水量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；另一方面是對(duì)焦炭塔在大量吹汽階段和小量給水階段的能量進(jìn)行核算分析，計(jì)算出產(chǎn)生蒸汽的最大量。

對(duì)小量給水的水量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，只需要在小量給水線上增加一個(gè)調(diào)節(jié)閥組，將小量給水的量控制在30 t/h左右，即可滿足工藝要求，同時(shí)節(jié)省大量的設(shè)備投資。但控制小量給水水量，冷焦過程中小量給水的時(shí)間會(huì)延長。

7 結(jié)語

通過觀察每小時(shí)小量給水的量發(fā)現(xiàn)，隨著小量給水量的增加，放空塔的氣速快速增大，當(dāng)進(jìn)入放空塔的蒸汽量超過30 000 kg/h時(shí)，放空塔內(nèi)的氣速超過設(shè)計(jì)值。放空塔內(nèi)高氣速會(huì)對(duì)放空塔塔盤造成沖擊，導(dǎo)致放空塔頂油氣中的污油攜帶嚴(yán)重、放空塔頂油水分離器的油水乳化嚴(yán)重、蒸汽中焦粉攜帶嚴(yán)重，放空塔超壓。

不同小量給水量對(duì)放空塔頂?shù)睦鋮s負(fù)荷造成較大的影響，當(dāng)進(jìn)入放空塔的蒸汽量大于31 860 kg/h時(shí)，放空塔頂?shù)目绽淦鳌⒑罄淦饕巡荒軡M足工藝要求。

要想消除小量給水造成的影響，建議在小量給水線上增加調(diào)節(jié)閥，將小量給水的量控制在30 t/h左右，即可解決上述問題。