精馏塔内件性能优化及结构改进

钱蕾

（中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

引言：在某石化公司内部的精馏塔，至今5 年间一直都是处于操作异常的状况下，其制造的产品都显示，聚合物质含量超出原本规定的标准。根据正常的生产工艺要求，制造出的物品主要可以分为优秀、合格两个标准，其中优级要保证聚合物含量在11mg/kg，和各类型的要在51mg/kg，在精馏塔处于工作异常的状况下，制造出的产品含量在每千克37mg，并不符合优级的要求。面对该问题，如果不能够及时将其解决掉，势必会对精馏塔的长时间运行产生影响。

一、精馏塔内件状态

（一）填料

使用的苯乙烯精馏塔，需要利用304 波纹板不锈钢金属进行精准的填料，并由金属板材轧制成的，在安装的过程中，会将上下层错开90 度左右，此时便具备减小阻力、气液分布均匀、工作效率高的优势特征，适合用于苯乙烯精馏塔的负压操作。在停止工作对其进行清理时，查看聚合物在填料的表面、内部的堆积程度。填料的网格被聚合物所覆盖，不再具备以往的金属光泽，由于存在不同程度的堵塞状况，导致对工作正常运行产生阻碍。

（二）分布器

在苯乙烯精馏塔内，使用的是槽式液体分布器，主要有：分回流分布器、进料分布器两种，一共有两组，每一组都由一级、二级的分布槽组成。

在进行停止清理时，能够观察到分布器分布槽中，液相分布孔中存在着堵塞情况，其会造成液体的总分布效果降低，压差略降，上升的气体速度加快，从而导致精馏塔内出现流动物沫夹带的情况。

二、精馏塔内件性能优化与结构改进

（一）整体优化改进方案

在石化公司内部苯乙烯装置精馏单元的塔结构类型是填料。在设计的最初，填料所使用的材料类型是金属波纹板，但由于后期工艺因素的影响，才将以往的旧式250Y 更换成为新型的波纹板填料252Y。由于分布器并未与调料进行一同更换，在日后的长时间使用过程中，证明了旧式分布器与新型波纹板填料252Y 在匹配上产生的效果不佳，主要是因为液体自身的分布效果相对较差、塔内操作弹性低，极容易发生液体偏流、漏液等多方面的状况。经过对其的全面性研究，并依据以往使用方案文件中的设计，将填料换回250Y，再对分布器设施进行优化与创新，尤其是其内部的结构、设计方面，分别以设施的操作弹性与对堵塞的抵抗能力作为目标进行开展[1]。

（二）分布器的优化设计

分布器的类型主要是槽式液体分布器，在使用过程中最为关键的便是，对堵塞情况的抵抗能力。如果对分布器进行开孔，那便需要中心进行设计、计算。利用的公式。字母Q 代表了液流的总量（m3/h）；d 是喷淋的孔径，主要可被分为d1、d2、d3，并分别代表着二级分布槽、进料分布器一级分槽内、回流分布器一级分槽等的喷淋孔径；h 为液体位置的高度，主要是指距离喷淋孔中心的长度（m）；n 是为设备喷淋孔的数量；g 为重力加速度（m/s2）

（三）精馏塔内参照参数

精馏塔内部的直径在1800mm 时，能够向内加入的物质流量最大值为10.19t/h，最小值为5.95t/h、正常情况下，是8.49t/h；回流物质流量的数值在3.56-6.98t/h，正常状况下则为6.32t/h。其中最大、正常、最小质量流量数值等，都满足计算的基础要求，并以此来进行调整喷淋孔径，通过上述公式，来开展分布器一级、二级分布槽开孔的直径、数量计算[2]。

（四）分布器组成与开孔

第一，每组内部的分布器分别是由10 个二级分布槽构建而成的，由于外观是圆形的，使得分布槽的长度不相同，但却是对称进行放置的，从最外侧一端分别开始对其进行编号，分别是1 号至10 号。第二，开口面积的数值是二级分布槽内喷淋孔、泪孔面积加在一起的总和，其中不涉及溢流孔。第三，在直径10mm 的溢流孔上与上平面的距离是20mm，其主要是为抵抗堵塞情况发生而进行的设计。二级槽的上平面是其边缘位置。第四，以往使用的分布器类型是厂家进行提供的，具体的细致数据是处于保密状态，本次开展的改造工作，是在操作条件的基础上进行计算，其中存在的变量无法核查，但依据现实使用情况，会在一定程度内增加操作弹性。优化工作内容主要是针对容易出现堵塞问题的分布器，其中的关键尺寸，都是依据对原设施的测量得出。

（五）分布器的结构优化

1.一级分布槽开孔位置

在一级分布槽的底部位置，安设有分配盒，其中存在的液体会经过其中的溢流孔进行到二级分布槽内，由于杂质过多的沉积，可能会将其堵塞，从而让分布器的能力不断下降。

依据检查维修的情况，底部的沉积物质高度正常情况下是21-25mm，而在以往的设施设计过程中，并未对该方面进行考虑，将开孔高度设计在21mm。为避免该问题的发生，在新设计中将其调整到了31mm，能够在一定程度内对杂质沉淀引起的堵塞情况进行预防。

2.二级分布槽喷淋高度

二级分布槽下方的喷淋孔，是对分布器能力产生影响的关键因素。在日常生产的活动中，液相内部不可避免会出现一部分沉淀物质。依据对其的调查与研究，二级分布槽内沉积高度为31mm，以往的开孔高度与其相同，并不能达到抗堵塞的良好效果，为此，在设计过程中，将其调整快到了51mm。

3.二级分布槽防冲挡板

由于内部的液体冲刷产生的作用，会让分布槽内的聚合物主要集中在两侧，中间沉积较少的状况。通过增加相应的防冲挡板，能够在一定程度上防止沉积位置不均匀。在改造工作开展之前，二级分布槽式独立安装的状态，不仅会产生增加拆解工作的难度，还会在一级槽发生堵塞情况时，让进入到二级槽内的液体分配量不均匀，从而使得分布器出现异常。在经过合理改造之后，将二级槽进行配对，中间位置使用筋板连接，并留出液体专用的通道，通过该方式便能够对二级槽内的分布链进行科学调控，提升分布器的能力。

4.一二级槽增加溢流孔

在一级分布槽处，增开直径为20mm 的溢流孔洞，与上平面的位置距离20mm；在二级的分布槽中增加直径为10mm 的溢流孔洞，同样与上平面距离20mm。通过该方式不仅能够在一定程度上预防底部溢流孔、喷淋孔的堵塞情况发生，因此出现液体分布并不均匀的情况出现，还能将分布器的抗堵塞能力进一步改善。

（六）精馏塔内件性能优化效果

在五年前完成了对分布器的改造工作，该工作开展前分布槽内的沉积物堆积情况严重，经过改造之后情况得到了一定的优化。在完成改造工作后，装置运行的周期长度达到了两年，在此期间工艺的运行程度较为平稳，苯乙烯产生的聚合物含量相对稳定，能够达到优品的等级。

三、精馏塔整体性能优化策略

（一）减料温度与位置

1.进料温度

通过对精馏塔的模拟，来发现其分离动力是源自于塔釜重沸器产生的热量，同时，整体上下两部分所承担的负荷数值呈现不均匀情况，主要是与侧线采出、进料工况等有一定关联。在气液量的角度进行分析，塔底与塔尖相比数值相对较大，为此使得液泛情况都是从塔底开始的。在挑选使用冷态进料时，便需要塔釜重沸器能够产生比以往更多的热量，并让塔底的气液量增加。在确保分离状态下的需求热量值不变情况下，并在系统内的进料温度逐渐提高时，内部的热负荷数值应该逐步减少。

2.进料位置

在进料位置选择时，需要保障其优秀的特性。最佳进料位置主要是指在理论板书、操作条件相同的情况下，具备做强分离能力的位置，或在操作条件一致的情况，需要的理论板数最少。在对最佳位置进行选择时，需要遵守进料接口与精馏塔相应位置的温度相似。在进料位置高于最佳进料位置度时，在该状态下，进料板液相组成的小质量组分，会比最佳进料位置下此板的组分高一些，在该状态下与最佳位置相比，这不仅降低了精馏塔的塔板数，还提升了提留段的塔板数，因此让产出的产品质量下降。在相同理念下，进料位置低于最佳进料位置时，会使当前状态下的液相组成的小质量组分，相比于最佳位置的要差一些，同时其中的大质量组分会高于最佳位置，二者相比较，相当于增加了塔板的数量，降低了提馏段的塔板数，使得此时产品产出质量明显得到提升。

（二）最佳回流比

与以往工程设计进行对比，人员由于遵守保守原则，会将塔涉及逐渐缩小，这便会产生相应的问题，便需要保证其具备高回流比值。该做法在现实操作中并未对生产造成影响，反而会将质量提升，为日后提升塔的操作负荷留下充足空间。以此能够看出，想要确保塔正常工作运转，便需要将其回流比进行提升，但这会导致大量能量会因此流失。

回流比R 与操作费用之间的关系。操作费用是在精馏过程中所使用的能量消耗。在精馏塔内部的系统中，消耗的能量能够被分为两种。分别是：一，精馏塔底部的重沸器产生的热负荷QB；二，精馏塔顶部冷却期的热负荷QC。以上两者会跟随塔内上升蒸汽的提升而增大。精馏塔的蒸汽量，会随着回流比的升高而降低。

（三）精馏塔内件选择

1.板式塔内件

板式塔主要是在气、液，液体自身之间的系统分级接触传质设备中使用，由塔体、塔板等结构共同组成。塔板需要在一定间距之内水平安装在塔内，其作为传质的重要部位，能够对能量消耗进行影响。

在正常设计工作中，塔板内部都会被开出一定数量的通道，各个孔洞的大小均匀，以此来为气体从上至下穿过提供适宜的路径，还能保证不同相态的介质之间会产生充分接触。气体会有多种不同的类型，其不仅对塔的整体性能会产生决定性作用，还可以根据此，来对精馏塔进行区分。

对塔板进行评价时，能够从五个方面进行评估：产能较大、高效率、压降小、操作弹性大、结构简单。但在现实工作中经常是根据工艺流程、参数、目标进行挑选。

2.调料塔内件

填料塔是当前化工企业内部较为常见的设备，在填料达到一定高度时，能够增加流体的接触面积，由于结构组成的简单，在之后的检修工作中，不会给相应人员增加维修困难，并在吸收、径流等领域被广泛使用。

作为精馏填料塔的关键部件，在进行调料工作时，会有较多不同的方法，正常工作中经常能见到的是散堆、规整的填料方法。其中散堆是颗粒状组成的，不同颗粒的形状、大小会有所差异，在塔内呈现散堆的情况。规整填料是由相同、规整、成块的结构组成。由于能够均匀分布，为气体、液体的走向进行规划，在一定程度内提高精馏塔的性能水平[3]。

总结：从以上的文章中能够看出，精馏塔在化工生产活动中占据着非常关键的重要作用，为了能够保障生产物品的质量能够达到一级标准，便需要技术人员对其进行性能、结构上的优化改善。通过利用整体优化改进方案、分布器的优化设计、精馏塔内参照参数、分布器组成与开孔、分布器的结构优化等相应设施的改变，解决了沉积物过多引起的堵塞情况，让其运行周期逐渐增长。