小量给水对放空塔操作的影响

杨 建

（长岭炼化岳阳工程设计有限公司，湖南 岳阳 414000）

1 综述

延迟焦化装置中的焦炭塔是最重要的反应设备，通常的配置为一炉两塔或两炉四塔。焦炭塔在操作过程中需要切换焦炭塔，新塔继续产生生焦反应，旧塔需进行水力除焦。除焦的工序通常为小量吹汽、大量吹汽、小量给水、大量给水、焦炭塔放水、水力除焦、焦炭塔试压和焦炭塔预热等。

小量吹汽通汽时间为1～2 h，吹汽量为1～5 t/h，汽提的油气进入分馏塔。大量吹汽的通汽时间为2 h，蒸汽量为 8～25 t/h，产生的污油和蒸汽进入放空塔进行冷凝冷却。小量给水的给水时间为1～2 h，给水量为10～120 t/h，产生的蒸汽进入放空塔进行冷凝冷却。大量给水的给水时间为3～5 h，给水量为150～400 t/h，冷焦水通过塔顶溢流口或塔底放水口排至冷焦水缓冲罐。

在不同操作工序下，焦炭塔塔顶油气温度不一样。在正常生焦阶段，焦炭塔的操作温度约为440 ℃。焦炭塔除焦阶段各个工序的塔顶油气温度不同。在小量给汽阶段，焦炭塔顶的油气温度维持在400～425 ℃；在大量给汽阶段，焦炭塔顶的油气温度维持在380～410 ℃；在小量给水阶段，焦炭塔顶的油气温度维持在250～380 ℃；在大量给水阶段，焦炭塔顶的油气温度维持在290～250 ℃。

在一些老的延迟焦化装置或新焦化装置设计过程中，小量给水通常只是一个单独的闸阀或者只装一个流量孔板，操作工根据经验进行小量给水操作，流量的范围较大，对小量给水的量无法进行精准控制。在放空塔的设计过程中，由于放空塔为间歇操作，无法对放空塔进行水力学计算，放空塔的设计一般根据以往的设计经验完成。放空塔及塔顶油气冷凝冷却器的设计只考虑大量给汽[1]时产生蒸汽的冷却负荷，没有核算焦炭塔在各个阶段的热量平衡[2]和小量给水产生的蒸汽量。因此，在放空塔的实际操作过程中，往往容易超压或塔顶冷凝冷却器冷却负荷不足，影响放空塔顶油、水、气三相的分离。

基于以上原因，本研究以某厂120万t/年焦化装置不同小量给水量产生的蒸汽，定量分析小量给水对放空塔操作的影响。

2 条件设定

（1）装置规模：120万t/年；（2）年开工时间： 8 400 h；（3）循环比：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）焦炭塔操作压力：0.17 MPa（表）；（8）假设小量给水初态阶段，焦炭塔顶油气温度为400 ℃；（9）假设小量给水终态阶段，焦炭塔顶油气温度为280 ℃；（10）小量给水进水温度：60 ℃； （11）放空塔规格：φ4 000 mm×12 100 mm。

由于小量给水的初态至终态阶段是一个温度降低的动态过程，本研究不考虑过程变化。

3 流程描述

焦炭塔在小量给水阶段主要是消耗冷焦水，即冷焦水与焦炭换热后，产生大量蒸汽，进入放空塔。自焦炭塔来的蒸汽、油气进入放空塔底部，放空塔底油通过放空塔底污油泵增压后，进入放空塔底油及甩油冷却水箱进行冷却，大部分污油返回至放空塔顶部，小部分污油被送出装置。放空塔顶的油气、水蒸气经过放空塔顶空冷器、后冷器，将油气、水蒸气冷却至40 ℃后送至放空塔顶油水分离器。

4 每小时不同小量给水量对放空塔气速的影响

根据实际小量给水的情况，为了加快冷焦的速度，小量给水的量基本为10 000～120 000 kg/h。

当小量给水的量为10 000 kg/h时，放空塔内气速为 0.21 m/s，随着蒸汽量的增加，放空塔气速快速增加。当进入放空塔的蒸汽量达到30 000 kg/h时，放空塔的气速达到 0.63 m/s，大大超过了设计的气速。当进入放空塔的蒸汽达到50 000 kg/h时，放空塔内的气速达到1.05 m/s，不仅会对放空塔的塔盘造成影响，而且不利于放空塔内的油水分离，导致放空塔顶油气中的污油携带严重，放空塔顶油水分离器的油水乳化严重。同时，源自焦炭塔的蒸汽携带焦粉严重，对放空塔后路系统造成很大的影响。

5 不同小量给水量对放空塔冷却负荷的影响

放空塔的冷却主要通过两方面，一方面是当放空塔底的污油冷却到80～90 ℃后，一部分污油出装置，一部分污油返回放空塔顶，与上升的油气、水蒸气进行洗涤和热量交换；另一方面是放空塔顶油气进入放空塔顶空冷器或换热器进行冷凝冷却，主要是水蒸气，并携带小部分污油或瓦斯。不同小量给水量对放空塔冷却负荷的影响如表1所示。

表1 不同小量给水量对放空塔冷却负荷的影响

由表1可以看出，当放空塔底冷后污油量、温度一定时，随着进入放空塔内蒸汽量的增加，放空塔顶油气温度提升，污油的携带量也随之增加。当进入放空塔的蒸汽量大于31 860 kg/h时，放空塔顶的空冷器、后冷器已不能满足工艺要求。因此，控制小量给水的量，对放空塔的操作有很大的影响。

6 解决方法

对于上述问题，解决的方法可以从两方面进行考虑，一方面是对小量给水的水量进行调节控制；另一方面是对焦炭塔在大量吹汽阶段和小量给水阶段的能量进行核算分析，计算出产生蒸汽的最大量。

对小量给水的水量进行调节控制，只需要在小量给水线上增加一个调节阀组，将小量给水的量控制在30 t/h左右，即可满足工艺要求，同时节省大量的设备投资。但控制小量给水水量，冷焦过程中小量给水的时间会延长。

7 结语

通过观察每小时小量给水的量发现，随着小量给水量的增加，放空塔的气速快速增大，当进入放空塔的蒸汽量超过30 000 kg/h时，放空塔内的气速超过设计值。放空塔内高气速会对放空塔塔盘造成冲击，导致放空塔顶油气中的污油携带严重、放空塔顶油水分离器的油水乳化严重、蒸汽中焦粉携带严重，放空塔超压。

不同小量给水量对放空塔顶的冷却负荷造成较大的影响，当进入放空塔的蒸汽量大于31 860 kg/h时，放空塔顶的空冷器、后冷器已不能满足工艺要求。

要想消除小量给水造成的影响，建议在小量给水线上增加调节阀，将小量给水的量控制在30 t/h左右，即可解决上述问题。