常压精馏塔冷却器出气温度高的原因分析与处理

尚俊法

(阳煤丰喜肥业〔集团〕股份有限公司 山西运城044100)

常压精馏塔冷却器出气温度高的原因分析与处理

尚俊法

(阳煤丰喜肥业〔集团〕股份有限公司 山西运城044100)

1 存在的问题

山西省新绛县中信焦化厂100kt/a焦炉气制甲醇装置的甲醇精馏系统设计采用三塔(预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔)工艺，常压精馏塔的蒸发气经常压精馏塔冷却器冷凝后，冷凝液流入回流槽，少量的未凝气去排气水冷凝器进一步冷凝，冷凝液也流入回流槽，未冷凝的尾气再去水封槽，经水洗涤残存的甲醇后，微量的H2，CO及CO2排放。该甲醇装置于2014年5月10日投入试生产，甲醇精馏系统负荷达80%时，常压精馏塔冷却器的出气和冷凝液均超温(60～65℃)，随着气温升高和负荷加满，温度会超标。常压精馏塔冷却器的冷凝液温度高，常压精馏塔的回流液温度也高，会影响到常压精馏塔上部温度高，使负荷上移，出气中的水分、中沸点组分含量升高。常压精馏塔冷却器的出气温度超标，又加大了排气冷凝器负荷，气体中H2O和甲醇等未完全冷凝而排放，甲醇消耗增大，产品质量也不易控制。

2 原因分析

改造前常压精馏塔冷却器结构示意见图1。常压精馏塔出来的气体从冷却器前端上部的一侧径向进入冷却器内的管间，碰到筒体后改变方向，折返为轴向流动，碰到折流板Ⅰ后，从缺口处流过，依次经过折流板Ⅱ、折流板Ⅲ;经过2次折流，最后从折流板Ⅲ的缺口流过后，改变方向向上，从筒体顶部的出气口流出。气体经过3次折返流动，与冷却器管内的冷却水换热，气体温度降低，其中低沸点的水和部分甲醇冷凝为液体，从下部出液管流出后进入回流槽，而未凝气从上部的出气口排出。

图1 改造前常压精馏塔冷却器结构示意

首先排除了冷却水压力低、温度高的问题后，怀疑管箱Ⅱ内的石棉橡胶垫片可能内漏，导致部分冷却水走近路，影响换热效率，但在不停车的情况下，无法检查证实。后经认真分析设备结构，发现常压精馏塔冷却器内的3块折流板的气流缺口分别位于设备的径向两侧，因而气体的流动方向为轴向、左右折流(图2)。气体由冷却器前端的顶部进入壳程管间，经折流板阻挡后径向折流，与管内的水换热后，从冷却器后端的顶部出口去排气冷凝器。此种结构有悖于卧式水冷凝器的气体折流一般为上下折流的传统型式。

图2 折流板俯视示意

由于进气口、出气口都设在冷却器的顶部，气体在折返流动时，因上部的阻力小只走上部，而不流经下部，使管程下部形成了换热滞留区(图3)，所以下部的冷却器基本不起作用，冷却器的换热面积仅利用了一半左右，这是冷却器换热效率低和出气、出液温度高的主要原因。

图3 换热滞留区示意

要改变此种工况，只有将折流板Ⅰ的缺口朝下、折流板Ⅱ的缺口朝上、折流板Ⅲ的缺口朝下，则气体在壳程内的径向、左右折流就变为上下折流，从而可消除换热滞留区，使气体与换热管接触换热，从而充分利用了换热器的换热面积(图4)。

3 改造措施及效果

图4 改造后常压精馏塔冷却器结构示意

改造措施:①将冷却器整体逆时针旋转90°;②将冷却器的进、出水管口由下进上出改为侧进侧出，并重新配管;③将冷却器的进气、出气管口和冷凝液出口管口去掉，方位不变;设备筒体旋转后，重新开孔;④将冷却器管程、壳程的排污管口去掉;设备筒体旋转后，重新开孔。

2014年6月中旬停车检修时实施了上述改造。重新开车后，常压精馏塔冷却器的出气、下液温度降至40℃左右，达到了预期目的。

2014-08-02)