制氢装置酸性水汽提塔问题及解决措施

吴建辉，王何伟，安 冬，李宝强

（延长石油延安石油化工厂，陕西延安 727406）

0 引言

延安石油化工厂2万m3/h制氢装置是陕西延长石油（集团）有限责任公司延安石油化工厂汽柴油质量升级配套项目，该装置设计采用烃类水蒸汽转化法造气、PSA法净化提纯的工艺路线制取99.9%的氢气，作为年处理能力180万t的S-Zorb催化汽油吸附脱硫装置和年处理能力240万t柴油加氢精制装置的氢源。

1 酸性水汽提塔简介

酸性水汽提塔将各中变气分液罐排出的工艺冷凝水汽提合格后，由凝结水泵升压，送至凝结水管网。该填料塔有上下两个填料层，由顶部和中部进液。塔的内径为800 mm，采用的是梁型气体喷射式填料支承板，孔盘式的液体分布器，DN38 mm的不锈钢阶梯环填料。装置自试车成功以来，经过汽提的工艺冷凝水PH值远低于设计值，且时有发生工艺冷凝水及填料被带出塔顶。导致了附近管线外部腐蚀明显；凝结水泵及相连管线内部腐蚀而泄漏。经拆检酸性水汽提塔，发现其内构件在设计及安装方面存在较多问题。

2 存在问题分析

2.1 设计问题

梁型气体喷射式填料支承板，也称驼峰支承板。该酸性水汽提塔的支承板由两块梁型支承板拼装而成，为可拆结构。从蓝图及支承板实物图可看出，每块支承板上共有144个52 mm×15 mm的长圆孔、37个25 mm×15 mm的长圆孔。支承板的开孔集中在中部，边缘较大区域内未进行开孔（图1），支承板的开孔率明显较低。支承板的自由截面（开孔率）即为支承板的开孔面积与塔截面积之比，见式（1）。

式中 ε——自由截面，%

A0—— —支承板开孔面积，m2

AT—— —塔截面积，m2

经计算，该塔自由截面仅为46.6%。较小的自由截面，使填料支承处局部持液量增加，极易在支承处首先发生液泛。另外，由于壁流现象的存在，当液体自填料层顶部至填料支承板处过程中，液体更多地流向靠近塔壁的方向，而支承板开孔集中于中心区域，导致汽液接触传质的有效面积非常小。

2.2 安装问题

（1）升气管底部未满焊。酸性水汽提塔采用孔盘式的液体分布器，由3块筛板和42个升气管组成，部分升气管底部未满焊（图 2），这将会导致部分液体直接从此焊缝流下，产生偏流，使布液孔出流不均，对填料层的传质过程产生较大的干扰。

（2）喷管没有深入升气管盖帽以下。进料管连着5个喷管，喷管未深入升气管盖帽以下（图 3），使气液在靠近进料管的区域提前接触，影响布液孔对液体的均布。

图1 支承板实物

图2 升气管底部

图3 升气管顶部和进料管喷管

（3）分布器安装角度不合理。由于液体分布器角度安装不正确，使有些喷管正对升气管盖帽、有些喷管一半对着升气管盖帽，一半对着升气管外的间隙，这样极易引起盘中液体的搅动，液面产生波动和出现过大的液面梯度，影响填料层的液体均布，甚至分布器上局部区域过早产生液泛。

（4）填料压板固定不合理。酸性水汽提塔的填料压板边缘与塔壁间隙略大，填料能沿此间隙冒出。另外，填料压板由3块格栅块组成，要求用直径2 mm的不锈钢丝捆在一起。而实际由普通铁丝捆扎，当铁丝腐蚀断裂后，格栅块落便到填料层底部。使得填料床层发生松动和跳动而引起的填料变形甚至被带走。跑出的填料一部分穿过液体分布盘的升气孔，从塔顶冒出，有些卡在升气管中，导致气相分布不均匀。

（5）填料支承板侧板装反。填料支承板侧板带有一定弧度，能够保证尽可能的与塔壁贴合。而实际侧板装反，塔壁和侧板形成了较大的空腔，使得支承板的支撑圈边缘（图4中实线）与侧板底部边缘（图4中虚线）存在较大间隙。该间隙使上层填料落入中部液体分布器上，影响液体均匀分布；下层填料落到液体出口，最终到达泵入口过滤器，导致泵抽空以及液体下降不畅引起液泛。

图4 支撑板侧板

3 解决措施

3.1 增大支承板自由截面

根据填料支承板的设计要求，填料的支承结构须有足够的截面积，使支承处不首先发生液泛，一般要求支承板的自由截面大于填料的孔隙率[2]。在考虑到支承板强度和挠度的情况下，改造后的填料支承板仍由两块板拼装而成，每块支承板开310个52 mm×15 mm的长圆孔、37个25 mm×15 mm的长圆孔（图 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%，保证了不在支承处首先发生液泛。

图5 改造后的填料支承板

3.2 消除安装缺陷

对升气管底部未满焊处进行补焊，确保不在此处发生偏流。整体更换进料管上的喷管，并适当增加长度，使喷管底部深入到升气管盖帽以下。进料管的位置是固定的，调整液体分布盘的角度，使每个分块的直边垂直于进料管，这样能使喷管恰好深入到升气管盖帽以下（图 6）。对于填料压板，将3块格栅板点焊在一起，并在压板下部铺放直径微小于塔内径的不锈钢丝网，尽可能的减小与塔壁的间隙。为了防止填料压板被冲斜，增配仅能上下移动的导轨（图7）。按图纸要求，支承板侧板的凸面靠近塔壁侧（图8），使侧板与支撑圈在径向与轴向均不存在能使填料穿过的间隙。

图6 改造后进料管喷管

图7 改造后的填料压板

图8 改造后的支承板侧板

4 应用效果

改造前，在60%负荷、汽提蒸汽3.3 t/h的情况下，凝结水pH值在5～6。改造后，同等操作条件下，凝结水pH值达到了7，运行过程中暂未发现机泵、管线被腐蚀泄漏的情况。且未发生过液体及填料被带出塔顶的情况。

5 结论

通过对酸性水汽提塔内构件在设计及安装方面存在问题的分析，找出了设备自身导致酸性水不能合格的原因，根据原因在增大传质面积、防止液泛、防止液体不良分布、防止跑填料等方面进行相应改进。结合合理的操作，使工艺冷凝水的处理效果得到提升，减少了对相关管线、机泵的腐蚀。