喷水灭火技术及其在减压塔空塔中的应用

喷水灭火技术及其在减压塔空塔中的应用

顾文 李永吉 翟义

大庆炼化炼油生产一部常减压作业区

摘要：探讨影响减压和抽气速率的主要因素，以及提高抽气效率的工艺措施，主要内容有：优化计算模型，优化工艺参数，采用高效低压降填料及塔内件及空塔喷淋换热等工艺，并以实际工程为例，验证空塔喷淋换热技术的设计思路及应用效果。在减压塔顶部循环中，采用双层固体锥形喷头取代原有的填料及内部构件，能够大幅度减少渣油的压降，大幅提升其抽出率关键词：减压塔；降压抽出率；空塔；喷淋换热；喷管

常减压精馏是炼油工业的一个重要环节，其抽出率直接影响到整个生产计划，也直接影响到企业的经济效益。目前，国内外学者及工程师已开展了一系列的研究与开发，并形成了一套特殊的降压深抽工艺。

1影响减压抽吸速率的因素

从气-液两相平衡的观点来看，减压塔料液温度、汽分压差是影响减压抽吸效果的两个重要因素。同时，还应注意以下几个方面：①原材料的特性；(2)减压油、减压残渣的品质指标；（3）减压炉的工作特性；(4) 转油线的速度、压力损失、温度损失；(5)清洗段结焦趋势及清洗油流率（过气化速率）；(6)从塔底抽出蒸气的数量；(7) 减压塔中的填充物和内部构件；(8) 顶部排出空气的装置。

减压深拉是一种既有必要又有必要的减压深拉工艺，其原料特性及对减压渣油品质的要求，关系到整个工厂的生产流程。原料性能与拔出率有关，主要有原料成分、积炭倾向、硫含量和重金属含量等。减压油的加工方法有催化裂化和加氢裂解两种，渣油加工有延迟焦化、渣油加氢及溶剂脱沥青三种。根据后续设备对原料的不同需求，确定了减压抽油速率。含低硫、低金属含量的含蜡原油，在进行重质催化裂解时，可将其与蜡油混合在一起，不需要高的拔出率。若采用加氢裂解工艺，可降低的渣量达到 FCC原料的要求，并按减渣品质的要求来决定其减油率。针对高硫高金属原油，通过延迟焦化工艺降低渣量，并通过催化裂解和加氢裂解两种途径来实现，以提高抽出率、降低残渣中的含油率，从而降低焦碳的附加值，从而提升经济效益。

减压塔侧线产物均需在闪蒸段进行汽化，减压塔进料温度及汽分压差是影响其气化速率或抽出速率的主要因素，而要想进一步提升气化速率，则需升高原料温度，并减小闪蒸区的气-水分压。在此基础上，通过增加减压器出口温度和降低转油线温降，可以使减压器的进料温度升高；增加塔顶真空度，减小塔内填料及内部压力损失，增大塔底蒸气体积，有利于减少气-气分压。同时，洗油的汽提量、洗油量对降低渣率、含蜡量、气相负荷都有很大的影响。

在一定的常压渣油中，在不同的闪速区和不同的油气分压范围内，其气化速率是不同的。庄肃青等对科威特渣油的闪蒸温度、压力及气化速率进行了研究

在工业生产中，以上各方面的影响都会受到诸如设备容量、流程相关流程等客观条件的限制。如炉出口温度和转油线温降会影响闪蒸区的温度，而过高的出口温度将导致炉管结焦。闪蒸阶段的压力由装置的特性（如抽气容量、塔内件压降）所确定，降低的压力会增加塔的管径，相应地增加投资。汽提量虽能降低气-气分压，但也会使气相负荷及废水处理能力增大，且汽提量过高（>1%）又使分离效率下降。

2改善抽采率的工艺措施

近年来，为了提高抽出率，人们采取了一系列新的工艺、新方法，如通过对减压炉、回油槽的设计、提高闪蒸区的温度等措施进行了改进；通过增大塔顶抽气容量（蒸气抽气和机械抽气相结合），使闪蒸区的真空度相应增大；将过气化后的油回输给加热炉，提高了原料的物理性质；通过对汽提蒸气体积的优化、闪蒸区的气-水分压的减少、分离区的效率的改善等方面的研究。另外，在减压塔中，采用减压塔的填料、内部构件来增大闪蒸区的真空度，以提高抽出率，如减压塔给料分配器；洗涤段的雾沫卷吸和清洗段液体分布装置；空塔喷淋换热等方法，并对其进行了改进。在减压塔改造工程中，通过对工艺参数的优化，以及对生产过程中的原材料、产物方案的改变，对工艺参数进行了模拟，并对工艺参数进行了优化，最终确定了改造方案。在维持加热炉及塔顶负压不变的情况下，采取的技术手段主要有：替换高效率、低压降填料及内件、采用空塔喷淋换热等。

2.1高效率、低压力下的填料及塔内材料

常减压精馏塔多为完全填充式减压塔，其分离效率高，压降小，在压力降灵敏的减压塔中被广泛使用。通过改变填充端面倾角，实现两个圆盘填充物间的光滑过渡，解决了填料间通量降低的难题，其最大容许通量提高20%-30%，阻力降低10%-30%。减压塔中的洗汽段温度较高，油馏分重较高，汽流段的渣油组分（沥青质、胶质等）会被携带到洗汽段，引起清洗段结焦。清洗段的主要功能是传热，所以一般采用大流量、降压和抗堵塞的栅状填料。

减压塔是一种直径较小、床层较浅的填料塔，无法依赖填料的自分配功能，所以给料分布装置就成了其重要组成部分。介绍了一种新型给料器的设计方法，并对其性能进行了分析。

3减压塔空塔喷淋技术的改进

3.1设备概况

常减压装置，其降压和抽出率偏低，造成了严重的经济损失。在检修过程中，对减顶循环分配装置进行了检测，结果表明，该装置出现了不均匀的堵塞现象。减压塔改造前的主要技术参数为：

减压塔进料能力：270吨/小时；减压炉出口温度403℃；结果表明，减压塔的气化段温度为384.2℃；减压塔中的气化段压力为3.84 kPa；减压塔汽提部分为微湿操作，并对其进行了优化设计。

3.2改建方案

由于这是一种旧厂的改造，如果完全使用新的深拉工艺，许多设备和管道都不能符合新的标准，改造工作量很大，成本也很高，而且维修周期很短，不能满足改造的需要。所以，我们决定通过对旧厂进行局部改造，来解决这个瓶颈，以满足生产的需要。通过综合核算与评价，我们发现，在原有的减压塔顶再循环中，存在着两个循环的回流分配不均匀，造成了上部气体的高负荷，从而影响到了减压塔的负压和抽放效果，通过对其进行部分改造，可以基本达到生产要求。

减压塔的精馏是一种对压力灵敏的工艺，其压降与填料类型、塔内件结构和水力条件有关，其中压力的改变会对气化率和气液平衡产生重要的影响，并且本项目将杜翔 et al.[10]所建立的减压塔仿真计算方法作为研究重点。在此基础上，结合实际生产数据，建立塔内填料、内部压降与塔内气-液两相流状态之间的关系，并以塔内每一层的理论压力为变量，进行迭代计算，从而大幅提升减压塔仿真计算的精度和可靠性。常用的底油特性如表2所示，减压塔的模拟过程参数和气-液负载情况

4结论

对减压塔换热部分进行空塔喷淋式换热，可减少压力损失，增加闪蒸区的气化速率。通过对减压塔顶部回流区的改造，可以有效地解决渣油在减压过程中出现的阻塞、分配不均等问题，使减压塔顶部的绝对压力从1.9-2.2 kPa下降至1.3-1.5 kPa，而在500℃范围内，其馏分的平均馏出量从5.1 mL降至4.06 mL。

通过对减压塔顶部循环进行喷淋式换热，使原有的减压塔热交换部分的填充材料及内部构件的高度能够满足喷淋式分布器的布置要求，原有的返流管开孔不做改动，降低了改造成本，提高了拔出率。

参考资料

[1]庄肃青、昌广西、张海燕.常减压精馏塔的深抽工艺[J].石油炼制工艺与工程.2010.4-6-11.

[2]陆晓青、李和杰.减压抽油工艺的设计及应用[J].广东化学工业，2018,45-7.

[3]杨伯极。浅谈减压蒸馏的深抽工艺.石油炼制技术，1996,26 (2):10~14.

[4]陈建民、杨娜、罗铭芳、等.常减压抽油设备的深抽工艺研究现状.现代化学，2010,30 (6):20-24.