气分装置塔底热源优化

时启涛，陆 聪，郭 栋，荆举祥

(山东三维石化工程股份有限公司，山东 淄博 255434)

1 现状及目的

1.1 现状

气分装置中，脱丙烷塔进料换热器(换-1)、脱丙烷塔底再沸器(换-2)、脱丁烷塔底再沸器(换-3)、脱戊烷塔底再沸器(换-4)的热源为1.0 MPa蒸汽。脱丙烯塔底再沸器换-5/2热源为催化顶循油，换-5/1热源为蒸汽。各再沸器蒸汽消耗量如表1所示。

表1 气分装置的蒸汽消耗情况

现炼油厂可以提供110℃热媒水120～130 t/h，162℃催化顶循油15.5 t/h，可供气分装置再沸器使用。

1.2 目的

由于气分装置具有塔釜温度较低的特殊性，可以利用低温热源-热媒水作再沸器热源。本项目的目的在于合理利用热媒水及催化顶循油，为气分装置再沸器供热，取代原有蒸汽，降低气分装置的能耗。

2 工艺流程的确定

热媒水和催化顶循油进出界区的条件见表2。

表2 现有热源条件

由于脱丁烷塔、脱戊烷塔、脱丙烯塔底温度为50～60℃，可以利用110℃的热媒水作为热源，热媒水自总管分别进入各塔底再沸器，换热后汇至回水总管出装置，其出装置温度不应低于70℃。

原换-5/2(脱丙烯塔底再沸器)热源为催化顶循油，换热后返回温度为135℃，温度较高，可以再次取热利用。脱丙烷塔底温度为102℃，与热媒水温差较小，因此使用催化顶循油作为热源。使顶循油依次为脱丙烷塔(换-2/2)、脱丙烯塔(换-5/2)提供热源后，返回催化装置。出界区温度也不应低于70℃。

3 再沸器的选型与计算

本项目中，需要新增一台再沸器供脱丙烷塔用，利用催化顶循油作为热源。保留原有蒸汽再沸器。其余塔底再沸器接入热媒水流程，同时也保留蒸汽流程。本文以新增脱丙烷塔底再沸器(换-2/2)为例，介绍有关换热器选型与计算的知识。

3.1 再沸器类型的确定

工业中应用的再沸器多为管壳式，主要有釜式、热虹吸式(立式和卧式)、强制循环式和内置式等形式。将釜式再沸器、立式虹吸式再沸器、卧式虹吸式再沸器进行比较(如表3)[1]。

表3 再沸器类型比较

本项目中，脱丙烷塔底再沸器(换-2/2)选用卧式虹吸式再沸器，外部结构形式为：

管箱型式—封头管箱；

壳体型式—无隔板分流壳体，一进两出式；

后端部型式—钩圈式浮头。

3.2 再沸器内部结构的确定

换热器的公称直径范围为325～1800 mm；管程数有2、4、6三种。具体结构选择参考表4[2]。

表4 换热器类型比较

3.3 计算

3.3.1 建立模型

本项目采用化工工艺流程模拟软件PROII 进行计算，首先先建立换-2/2作为脱丙烷塔的再沸器，换-5/2，换-5/1作为脱丙烯塔再沸器。催化顶循油依次经过换-2/2管程、换-5/2管程后出界区。

模型建立步骤如下：

1)将催化顶循油温度，压力，流量，馏程，密度等信息数据填入物流信息中。设置换热器参数：选择计算类型为Rating。初始直径定为700 mm。热力学方程选用PR01。

2)选择换热器为单壳程、两管程，安装方式为卧式，流型为逆流。换热器的TEMA类型为：Front -B、Shell -J2、Rear -S。

3)设定换热管的内径为20 mm，外径25 mm，长度为6 m，间距为32 mm，排布类型为：正方形-45℃。折流板切口为25%，板间距为600 mm。

4)其它值为默认。

3.3.2 计算结果

根据换热面积余量、压降及温度校正系数等判断再沸器的型号为：BJS800- 2.5-170-6/25-2。换热面积余量为30%，气相返回摩尔分率为20.1%，满足工艺要求。

表5 换-2/2计算结果

气相返回的摩尔分率计算：709.6/(709.6+2812.5)×100%=20.1%

4 项目中的配管设计

本项目中主要包括再沸器的配管和调节阀的配管，热介质经调节阀控制流量后进入再沸器管程侧，再由管程出口返回主管廊。塔底物料由底部进入再沸器壳程，换热后沸器的两个返回口返塔。本项目中的配管设计主要注意以下几个方面：

(1)调节阀的配管首先要得到准确的安装尺寸，根据自控专业的返回条件进行调节阀的配管设计。将调节阀垂直布置在水平管道上，底部净空不小于250 mm，膜头顶部净空不小于200 mm，上游安装放空阀。调节阀副线选用截止阀(副线DN≥150 mm时，可用闸阀)，副线与调节阀上下安装时，将副线阀与调节阀错开布置。调节阀两侧的大小头靠近调节阀安装。底部放空距地面不应小于150 mm。

(2)再沸器的管线布置应该考虑安装、检修及操作所需要的空间。在满足工艺和柔性要求的基础上，管道应尽量短、少拐弯、以减少阻力降。工艺介质侧应布置的简单，采用直连的形式。两个升气口的管线尽量对称布置，以使出口的管线阻力相等，从而使其流量相等。管程侧进出口阀门及副线阀门应该安装在易于操作的位置，并在适当位置设计放空和放净阀门。布置管线时，考虑再沸器抽出管束的空间不能影响其操作和检修。

5 小结

利用热媒水、催化顶循油为气分装置再沸器提供热源，降低气分装置的蒸汽消耗，达到节能的目的，同时对于新建和改造项目具有参考价值。