化工厂冷却塔图片(化工用冷却塔)

点击图片阅读年终盘点文章

　　摘要： 针对国内延迟焦化装置放空冷却系统在实际运行中存在着塔内件大量脱落、焦粉携带严重、塔顶冷却系统易堵塞挂蜡、塔顶油水分离差化工厂冷却塔图片的普遍问题化工厂冷却塔图片，以中石油某装置的具体改造为例化工厂冷却塔图片，利用开发的一种专利技术，通过流程优化、设备改进，有效提高放空塔焦粉洗涤效果，减缓塔顶系统堵塞，防止冷却器挂蜡，改善油水分离效果，保证放空塔系统平稳、长周期、安全运行。

　　关键词：延迟焦化 放空塔 焦粉捕集洗涤 分布器 雾化喷嘴 挂蜡

　　延迟焦化装置的放空系统目前一般采用塔底重污油密闭循环接触冷却流程，用塔底重油冷凝吸收焦炭塔冷焦过程中蒸汽携带的油气。典型流程如图1所示。

图1 典型吹汽放空系统流程

　　焦炭塔吹汽、冷焦时产生的大量蒸汽及少量油气进入放空冷却塔，塔底污油经泵提压经冷却水箱冷却至90℃，一部分作冷回流返回放空冷却塔顶与油气逆向接触，完成洗涤、换热、吸收功能；一部分装置内回炼或做为重污油送出装置；塔顶蒸汽及油气经放空冷却塔顶空冷器、放空冷却塔顶后冷器冷凝冷却后，进入放空冷却塔顶三相分离器，分出的污油由放空冷却塔顶污油泵送至污油罐，污水可排入冷焦水罐作为补充水，也可排入酸性水污水管网出装置。塔底污油装置内回炼一般有几种去向，或为焦炭塔反应油气急冷用，或到分馏塔回炼，也有回到原料缓冲罐。

　　一、存在问题

　　1、普遍问题

　　1）挡板脱落严重

　　一般放空塔均采用10层左右的人字型或鸭嘴型挡板，主要起到提供换热空间、使油气冷凝、回收凝缩油的作用。经过调研，国内焦化装置大部分都存在挡板脱落问题，比较严重的，检修时发现仅有顶部的两三层挡板，其化工厂冷却塔图片他都脱落在塔底。有的装置还因为掉落在塔釜的挡板紧固件如螺栓等，造成塔底泵抽空。

　　2）塔顶冷却效果差

　　放空塔的挡板操作效率低，对焦粉洗涤作用差，部分重油仍进入塔顶气相，经过冷却系统时变为液相，加之含有焦粉，容易在管束上附着，造成空冷器和后冷器管束上挂蜡，影响换热效果，导致停工检修频繁；由于换热效果无法保证，进入三相分离器的温度超标，放空气相带水过多，威胁火炬安全。

　　3）放空塔顶油水分离差

　　放空塔效率低，部分重油上行到塔顶进入三相分离器。分离器内油水密度差极小，乳化严重，虽然大部分装置设置的分离器罐容较大，油水仍然分离不好。污油含水率高，不易处理；污水含油率高，污油回收率下降，同时，污水焦粉含量高，造成下游酸性水汽提装置生产周期大幅缩短。某装置污水性质如表1。

表1 放空塔顶污水组成

性质

单位

污水组成

PH

8.0

COD

mg/l

24600

石油类

mg/l

3545.6

硫化物

mg/l

52.45

氨氮

mg/l

100.7

挥发分

mg/l

58.40

外观

蛋黄乳状液

　　部分装置的放空塔顶污水与分馏塔顶酸性水合并经酸性水自动反冲洗过滤器过滤后至下游酸性水汽提装置，据调研，反冲洗频率高、下游酸性水汽提装置换热器结垢（见图2）及汽提塔塔盘堵塞等问题突出，实际生产中大部分将放空塔顶污水改至冷焦水罐作为冷切焦水的补水，或直接排放焦池，导致冷焦水罐周围H2S浓度超标，工人在巡检时需佩戴防毒面具，存在安全和环保隐患。

图2酸性水汽提塔进料换热器管束外壁结垢情况

　　2、某装置的具体问题

　　某中石油延迟焦化装置于2006年建成投产，采用的是如图1所示的典型放空流程，设置了塔底加热器。放空塔内11层挡板，塔径为4m，切线高度12.1m，板间距700mm。

　　2010年对内件进行全部更换，由鸭嘴板改为人字板。据车间反映，每次检修放空塔，塔内基本仅剩顶部两三层；每次开工月余便发现，测量塔底液位的浮球卡住，分析应是掉落的塔板造成。

　　操作上存在的问题基本上与延迟焦化装置放空系统的普遍情况类似。具体数据有：小给水量能控制在60-100 t/h以下；塔顶回流量约90 t/h；塔底温度较低，约110℃；未启用塔底加热器；塔顶空冷效果差，冷后温度超过100℃；塔顶三相分离器油水分离效果差，只能油水混合进泵升压送至污油罐沉降脱水。

　　二、原因分析

　　1、挡板脱落问题分析

　　放空塔操作是间歇的，波动的，进料量和进料性质始终是变化的。为了定量掌握其操作情况，对该改造装置的放空塔分工况进行模拟计算。主要模拟工况有：大給汽、小给水初期、小给水中期、小给水末期及安全阀泄压的最大工况。

　　通过对放空塔的模拟分析，在小给水末期，给水量大幅提高，放空塔进料线入放空塔口处气速高达70-80m/s。据车间反映，放空塔进料线上的压控阀失效，小给水末期常常给水量超过100t/h，而放空塔压力是通过火炬背压平衡的，一般设计按0.08MPa（g），实际为0.03MPa（g）左右，焦炭塔与放空塔压差过大，造成油气体积流量大幅增加，尤其是放空塔入口气速超过100m/s。对此进行流场CFD模拟，塔内气速在很高的空间内不能达到均匀，对内件挡板形成巨大冲击。2008年之前投产的延迟焦化装置放空塔绝大部分没有设置进料分布器，这充分解释了大部分装置挡板脱落的问题，不管是人字挡板还是鸭嘴板，无论管卡式的还是固定焊接式的。

　　引进美国福斯特惠勒（简称FW）公司工艺包的某装置放空塔，设置了切线喇叭口型式的进料分布器，人字挡板为管卡固定型式。在第一次检修时发现有6层挡板脱落，进料分布器末端约有长度达1m的裂纹，后补焊，并将挡板焊死。第二次检修时仍有4层脱落。据称，第二次脱落可能是停工吹扫时蒸汽量过大引起的，据估计最大量约100t/h。其放空塔进料线DN900，水平管段有5m左右，有一定的缓冲功能。

　　通过以上模拟计算和类比分析，改造装置进料段管径偏小，须扩径，并增加进料分布器，同时进料管段需要足够长的水平管段以缓冲对分布器的冲击。

　　2、塔顶冷却系统焦粉堵塞、挂蜡问题分析

　　根据实际生产中存在的事故现象综合分析，塔顶冷却系统焦粉堵塞、挂蜡问题归根结底是没有解决好放空塔油气中焦粉的洗涤问题和轻重污油的分离问题，焦粉及过多的重质污油随气相进入塔顶冷却系统才导致了其挂蜡等一系列安全问题。只有从源头上，在放空塔内解决掉这两个问题，才能对后续的空冷、水冷系统提供更好的操作介质条件。

　　传统流程采用塔底污油冷却后部分返回到放空塔上部做洗涤油，一方面控制塔顶温度，另一方面对放空气体进行洗涤，减少焦粉夹带。中石油华东设计院有限公司（简称CEI）发明专利---《一种延迟焦化放空冷却系统及其应用》（专利号ZL201310520929.2）对放空流程进行优化。放空塔内分为上下两个功能区，其下段为焦粉洗涤捕集区，采用塔底重质馏分油做洗涤油，洗涤油量大，可以有效地提高焦粉捕集效率。借鉴喷淋接触型洗涤器的原理，将洗涤油雾化成细小液滴后，依靠众多的分散液滴与逆向而行的携带了焦粉颗粒的气相充分接触，实现对其中大多数焦粉颗粒的捕集。如图3。

图3 喷淋器原理图

　　洗涤分离的关键是要使气-液两相充分接触，液滴均匀分散于气相内，增加液体与固体焦粉颗粒的碰撞概率，液滴对固体颗粒进行拦截、团聚等作用捕集焦粉颗粒。在塔内每隔一定距离布置一层喷嘴，则捕集效率会有更多提高。

　　通过提供更大的洗涤油量和放空塔内件的优化，可以最大限度的捕集焦粉，保证进入塔顶冷却系统的油气更加清洁，有力地解决塔顶系统由于焦粉携带引起的堵塞等事故。

　　三、优化技术的改造应用

　　1、解决挡板脱落问题

　　为有效控制焦炭塔压力平稳，缓解焦炭塔放空操作给水时油气量急剧攀升对放空塔内件冲击，更换放空塔进料线压控阀。

　　放空线入塔段扩径并增加直管段，降低气速，减少对分布器及塔内件的冲击，防止震动开裂脱落。

　　塔内增设进料分布器，高速油气进塔后能快速在塔截面达到均匀分布。改造效果CFD 模拟见图4。

图4 某改造装置放空塔进料线改造CFD 模拟

　　图4中右侧的两组对比图是配合分布器使用的一个分离器（苏尔寿），其主要作用就是大幅度的减少物料的旋转，起到镇静作用，从而使得轻、重物料更加容易分离，尤其适合气速高，前路的管路较长且相对复杂的场合。

　　2、解决焦粉携带问题

　　借鉴FW公司的焦化分馏塔内脱过热段的洗涤喷淋技术，其核心是利用双层雾化喷嘴的良好的雾化效果，提供很好的传质传热接触空间，能保证低循环比条件下最低侧线蜡油的性质，并冷凝出循环油。该技术移植应用于放空塔内，将显著提高塔内气体焦粉洗涤捕集效果和轻重污油的分离效率，减少焦粉和重质馏分油上行影响塔顶冷却系统。良好的气液接触空间不仅需要有良好的喷淋雾化，还应保证上行气体的均匀分布。

　　越细密的雾化液滴能提供更大的接触面积，对传质有利，但是雾沫夹带越严重；合适的液滴粒径范围和喷淋密度是焦粉捕集、洗涤效果的保证。

　　液滴雾化要求是喷嘴选型的关键，合理的喷嘴布置能保证液滴覆盖，防止气体走短路。而适宜的喷淋密度是由洗涤油流量决定的，同时，喷嘴有一定的操作弹性，当压力或流量波动时，偏离其最佳工作范围的时候，分布效果会变差。考虑到以上因素，改造设计时尽量稳定流量，保证喷淋密度。而实际生产中的进塔物料组成、温度时刻变化，要维持塔顶温度稳定，保证洗涤油流量基本稳定的前提下，须通过调整洗涤油即回流温度来实现。

　　塔底2#热回流雾化粒径大，主要起到捕集焦粉颗粒作用，采用流量控制。

　　塔底1#热回流则通过主控塔底热物料， 适量补入少量冷回流，以辅助取热，控制总流量基本稳定。

　　塔顶冷回流雾化粒径小，主要起到换热和充分吸收重油的作用，主控是冷回流，为了强化喷嘴工况最佳，总流量稳定控制，补入少量塔底热油。

　　不管热回流还是冷回流，对某个工况而言，回流始终在塔内循环，控制总量一定，热流多，冷流自然就少，配比可以由调节阀来控制，这样就可以在循环量稳定的同时，通过改变其回流温度而调整了取热量，保证放空塔进料在波动周期内塔顶温度稳定。

　　为保证洗涤油清洁，防止喷嘴堵塞，洗涤油线上应设置一开一备的过滤器。

　　优化的示意流程如图5。

图5 某装置优化后的放空系统流程

　　3、解决塔顶系统堵塞挂蜡问题

　　若在放空塔内解决了焦粉携带和轻重污油的分离问题，则可从根本上解决塔顶系统的挂蜡问题。

　　通过以上放空塔功能的改进和内件优化，进入塔顶冷却系统的油气更加清洁，其中的重质污油馏分含量更低，但是塔顶系统仍有进一步优化的空间，即进一步对污油进行轻重分离。一方面通过采用变频技术，严格控制空冷器冷后温度防止空冷器管束内壁挂蜡；另一方面，空冷后的介质引入一级分液罐，将其中冷凝下来的高粘度重油分离出来作为污油出装置，罐顶分离出的气相进入后冷器进一步冷却后进二级分液罐，这样可以防止空冷器冷凝下来的重油进入后冷器冷却时粘度过大引起管束外壁附着挂蜡。

　　CEI发明专利---《防止炼厂火炬熄火的方法及延迟焦化放空系统》（专利号ZL 2012 1 0313936.0），就是对放空塔顶冷却系统的优化。

　　4、解决油水分离不利的问题

　　塔内轻重污油分离效果的提高还会提高塔顶轻污油的回收率。塔顶油气二级冷凝后，进入最终三相分离器的污油更轻，更清洁，与污水的密度差更大，分离更加容易，污水含油率应有很大的降低，总体能提高污油回收率。

　　四、结论

　　针对放空系统诸如挡板脱落严重、塔顶冷却效果差、油水分离不佳等普遍问题，各延迟焦化车间虽进行了操作优化和规范，效果仍不明显。放空系统优化技术以某套典型装置为例，提出了改造技术方案：一方面采用高效气液接触技术，提高凝缩油吸收效果，并对焦粉进行充分洗涤，有效捕集，保证塔顶气相清洁，不携带重油，避免焦粉堵塞及挂蜡；另一方面，流程上进行调整、优化，保证放空塔内两个功能区的最佳操作，放空系统的系列问题得到根本解决。

　　这种优化技术还可以解决全厂的污油脱水问题，并实现污油分质回炼。改变了传统轻重污油混出装置进全厂污油系统走大循环回炼的高能耗流程，转而为局部的装置内分质回炼，使装置的操作波动降低到最低限度，有利于节能降耗，提高效益。

　　该优化技术具有投资节省，实施容易，见效快的特点，适用于放空系统的设计和改造（改造费用一般不超过100万元），顺应炼厂的安全、环保要求，还能获得较好的经济效益，值得广泛推广。

　　参考文献：

　　[1] 王松汉. [石油化工设计手册].2002年，第3卷: 355-366页

　　作者简介：范海玲（1970生），女，高级工程师，山东潍坊人，长期从事石油化工装置炼油工艺设计工作，目前就职于中石油华东设计有限公司。本文已获得作者授权发布，如有疑问欢迎留言交流。

　　其它推荐：（点击标题，阅读文章 ）

　　1、中国海油炼厂信息大集结！

　　2、中国石油炼厂信息大集结！

　　3、中国石化炼厂信息大集结！

　　4、云南石化拟于下半年正式开工！

　　5、浙江4000万吨炼化项目进展！

　　欢迎您转发分享到朋友圈！