臥式熱虹吸重沸器安裝高度的計算與分析

石延華

(南京金凌石化工程設(shè)計有限公司，江蘇 南京 210042)

臥式熱虹吸重沸器安裝高度的計算與分析

石延華

(南京金凌石化工程設(shè)計有限公司，江蘇 南京 210042)

基于壓力平衡原理，介紹了臥式熱虹吸重沸器安裝高度的計算方法。并結(jié)合工程實例，對50萬t/a氣體分餾裝置中精丙烯塔底重沸器進行了安裝高度的計算，確定了最低安裝高度為5.04m，對相關(guān)設(shè)計有一定的借鑒意義。

臥式熱虹吸重沸器；安裝高度；氣體分餾

重沸器是石油化工裝置中常見的重要設(shè)備，常用于精餾塔底，對塔底物料加熱使其一部分物料汽化返回至精餾塔內(nèi)，從而為精餾塔提供熱源。工業(yè)上重沸器常用的形式有4種：釜式重沸器(Kette)、立式熱虹吸重沸器、臥式熱虹吸重沸器和強制循環(huán)重沸器。設(shè)計中通常根據(jù)物料特性和工藝流程來確定合適的重沸器類型[1]。

熱虹吸重沸器是由于物料在重沸器中被部分汽化，出口混相物流的密度遠低于入口液相物流的密度，導(dǎo)致在重沸器進出口產(chǎn)生靜壓差，從而塔底物料被不斷的虹吸入重沸器，又被加熱后返回塔內(nèi)，因而不用泵即可循環(huán)[2]。熱虹吸重沸器的循環(huán)速率取決于驅(qū)動靜壓差的大小，所以在重沸器設(shè)計選型時，不但應(yīng)選擇合適的換熱面積，還應(yīng)該進行壓力平衡計算，從而確定重沸器合理的安裝高度，保證正常循環(huán)。其安裝高度設(shè)置若不合理，將直接影響精餾塔的供熱和塔的分離效果，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

因此本文以50萬t/a氣體分餾裝置丙烯塔底的臥式熱虹吸重沸器為例，介紹其安裝高度的計算和影響因素，從而為相關(guān)設(shè)計提供借鑒。

1 臥式熱虹吸重沸器安裝高度的計算方法

根據(jù)工藝條件，臥式熱虹吸重沸器的設(shè)計選型基本確定后，需要校核重沸器殼程的壓力平衡，以確定重沸器和精餾塔之間的高度差，可以滿足正常的虹吸循環(huán)操作。計算重沸器的壓力平衡和安裝高度時，可以參照圖1[3]。

圖1 臥式熱虹吸重沸器壓力平衡示意圖

其中：H1為塔底最低液面高度，m，設(shè)計時一般取為零；

H2為重沸器返塔口和塔底最低液面之間的高度差，m；

HX為重沸器和塔釜切線之間的標(biāo)高差，m；

DS為重沸器殼體內(nèi)徑，m。

1.1 重沸器入口管線的壓力降

其中：△P1為重沸器入口管線的壓力降，m液柱；

u1為重沸器入口管線內(nèi)的流速，m/s；

d1為重沸器入口管線內(nèi)徑，m；

L1為從精餾塔底出口到重沸器入口處的所有管線、管件、閥門等的當(dāng)量長度，具體包括液體出塔處口徑收縮，直管段，彎頭，閥門，儀表，液體進重沸器入口處的擴張等，m；

1.2 重沸器出口管線的壓力降

其中：△P2為重沸器出口管線的壓力降，m液柱；

u2為重沸器出口管線內(nèi)的流速，m/s；

d2為重沸器出口管線內(nèi)徑，m；

L2為從重沸器出口到入精餾塔處的所有管線、管件、閥門等的當(dāng)量長度，具體包括物料出重沸器出口處的收縮，直管段，彎頭，閥門，儀表，物料進塔處口徑擴張，等，m；

1.3 重沸器殼程流體的靜壓頭

其中： △P3為重沸器殼程流體的靜壓頭，m液柱；

Ds為重沸器殼體的直徑，m；

1.4 重沸器出口管線內(nèi)流體的靜壓頭

其中： △P3為重沸器出口管線內(nèi)流體的靜壓頭，m液柱。

1.5 重沸器殼程內(nèi)部壓力降

其中：△P5為重沸器殼程壓力降，m液柱；NB為重沸器殼程折流板的數(shù)量； de為重沸器換熱管的當(dāng)量直徑，m；為殼程摩擦系數(shù)；Gs為殼程質(zhì)量流速，kg/m2·s，臥式熱虹吸重沸器取總流速的一半，即Gs=W/2S0，其中s0為殼程的流通面積，m2；

注：對于此項，臥式熱虹吸重沸器的殼程壓力降，可由資料中查表直接得出[3]。

1.6 重沸器的安裝高度

按照壓力平衡原理，重沸器安裝高度至少滿足以下條件：

H1+HX+DS=△P1+△P2+△P3+△P4+△P5

通過上述公式，將各壓力降帶入后即可得出指定循環(huán)量下重沸器所需的最小安裝高度HX。由于壓力平衡對重沸器的正常操作非常重要，設(shè)計時應(yīng)留出足夠的安全系數(shù)，正常可以按照HX的1.5～2倍來考慮。

2 精丙烯塔底重沸器的安裝高度計算與分析

以下以筆者曾設(shè)計過的50萬t/a氣體分餾裝置為例，對其中的精丙烯塔塔底重沸器進行安裝高度的詳細(xì)計算，以供工程人員借鑒。設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

表1 精丙烯塔底重沸器設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

因精丙烯塔底重沸器的循環(huán)量較大，且丙烷、丙烯物料較清潔，不存在結(jié)垢問題，故本設(shè)計中采用了臥式熱虹吸重沸器。根據(jù)工藝計算，重沸器選定為2臺并聯(lián)操作，表1中數(shù)據(jù)均為單臺數(shù)據(jù)。重沸器型號為BJS1800-2.5-1128-9/25-4I，具體規(guī)格參數(shù)見表2。

表2 精丙烯塔底重沸器規(guī)格參數(shù)

重沸器安裝高度計算如下：

(1)重沸器入口管線壓力降

0.93276m/s

(2)重沸器出口管線的壓力降

169.8kg/m3

重沸器出口氣液混相粘度：

(3)重沸器殼體流體的靜壓頭

1.253 m液柱

(4)重沸器出口管線內(nèi)流體的靜壓頭

0.3924×(3+HX) m液柱

(5)重沸器殼程內(nèi)部壓力降

根據(jù)設(shè)備型號，計算得到△P5=

(6)重沸器安裝高度計算

由壓力平衡原理， H1+HX+DS=△P1+△P2+△P3+△P4△P5

計算得出重沸器和塔底的標(biāo)高差：HX=5.04 m

一般需留有1.5倍的設(shè)計裕量，故精丙烯塔底重沸器的安裝高度為7.56m。

從而可根據(jù)重沸器的鞍座高度來確定精丙烯塔的裙座高度，本例中精丙烯塔裙座高13m，現(xiàn)場運行多年，效果良好。

3 結(jié)束語

(1)臥式熱虹吸重沸器的安裝高度，應(yīng)使重沸器的壓力平衡能夠滿足設(shè)計循環(huán)量的要求。通過上述計算，可以看出對安裝高度的影響因素主要為重沸器內(nèi)部壓力降和進出口管線的管徑。由于熱虹吸重沸器殼程傳熱系數(shù)一般都較大，因此推薦采用600mm的折流板間距，以減少內(nèi)部壓力降。增大進出口管線的管徑也可以使管線壓力降降低，使得循環(huán)推動力增大。此外重沸器的配管在滿足應(yīng)力要求的情況下也應(yīng)力求簡化，以降低壓力降，保證重沸器的穩(wěn)定運行[4-5]。

(2)本文以50萬t/a氣體分餾裝置的精丙烯塔底重沸器為例，介紹了安裝高度的計算方法，確定了重沸器安裝高度至少5.04m，并在實際運行中取得了較好的運行效果，對同類裝置設(shè)計有一定的借鑒意義。

[1] 劉成軍.熱虹吸式重沸器循環(huán)回路的設(shè)計探討[J].化工設(shè)計，2008,18(6):24-26.

[2] 于 娜，仇汝臣，劉新新.臥式熱虹吸再沸器設(shè)計及核算軟件開發(fā)[J].山東化工，2013,42(4):140-141，145.

[3] 劉 巍，鄧方義，等. 冷換設(shè)備工藝計算手冊[M].北京：中國石化出版社，2008:211-213.

[4] 夏必霞，陶長劍. 再沸器與精餾塔的工藝設(shè)備布置及管路設(shè)計[J].化肥設(shè)計，2011，49(4)：27-29.

[5] 漆愛平. 熱虹吸重沸器氣相返回塔體的入口高度對循環(huán)影響實例分析[J]. 甘肅科學(xué)學(xué)報，2010,22(1):152-153.

(本文文獻格式：石延華.臥式熱虹吸重沸器安裝高度的計算與分析[J].山東化工，2016，45(02)：103-105.)

山東“四個調(diào)優(yōu)”推進農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革

從日前召開的山東省農(nóng)村工作會議上了解到，“十三五”期間，山東明確樹立大農(nóng)業(yè)、大食物理念，調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、種植業(yè)結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和農(nóng)村經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，推進農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。

會議提出，調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品。深入開展糧食綠色高產(chǎn)高效創(chuàng)建活動，到2020年建成集中連片、旱澇保收、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、生態(tài)友好的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田5982萬畝。制訂出臺農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效轉(zhuǎn)型升級計劃，推進農(nóng)業(yè)向高質(zhì)高效方向發(fā)展，推動高效特色農(nóng)業(yè)區(qū)域化布局、規(guī)?；a(chǎn)、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營和品牌化發(fā)展。

會議要求，調(diào)整優(yōu)化種植業(yè)結(jié)構(gòu)，加快構(gòu)建糧經(jīng)飼三元種植結(jié)構(gòu)。樹立大食物觀，建立糧食生產(chǎn)核心區(qū)，穩(wěn)定小麥生產(chǎn)，適當(dāng)調(diào)減玉米種植，發(fā)展玉米與花生、大豆等間作，擴大糧改飼試點，建立現(xiàn)代飼料產(chǎn)業(yè)體系，到2020年飼用玉米、苜蓿、小黑麥等種植面積達1000萬畝。積極發(fā)展馬鈴薯主食產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展果菜菌茶類經(jīng)濟作物。

會議強調(diào)，調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加肉蛋奶魚供給。

會議明確，調(diào)整優(yōu)化農(nóng)村經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，推動一二三產(chǎn)融合發(fā)展，推進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營轉(zhuǎn)型升級

Calculation and Analysis of Installation Height on Horizontal Thermosiphon Reboiler

Shi Yanhua

(Nanjing Jinling Petrochemical Engineering Co.,Ltd., Nanjing 210042,China)

Based on the principle of pressure balance, the calculation method of the installation height about horizontal thermosiphon reboiler was introduced. Combined with engineering examples, the installation height of the propylene tower reboiler in the 50 million tons/year gas fractionation unit was calculated, and the minimum installation height of 5.04m is determined. This has certain reference to the engineering design.

horizontal thermosiphon reboiler; installation height; gas fractionation unit

2015-12-03

石延華(1984—)，女，山東聊城人，畢業(yè)于北京化工大學(xué)，碩士研究生學(xué)歷，現(xiàn)就職于南京金凌石化工程設(shè)計有限公司，助理工程師，主要從事石油化工裝置工藝設(shè)計。

TQ055.8

A

1008-021X(2016)02-0103-03