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新型槽式液體分布器的開發(fā)與應(yīng)用

暢廣西 王辰涯
摘要:介紹了一種新型槽式液體分布器,該液體分布器的分布槽呈一倒凸字形結(jié)構(gòu),主體下部的小槽為緩沖沉降槽,它具有緩和液體沖力、增加液流截面積、降低液流梯度、沉降固體雜物,以及防止固體堵塞液流小孔等作用。主體槽內(nèi)的水平降液面上開有液流小孔,用此簡單結(jié)構(gòu)即可定點(diǎn)分布液體。主槽下部外側(cè)有擋液板,可完成液體的線分布。整個(gè)槽下窄上寬,可減少氣流阻力。新型液體分布器已應(yīng)用到溫度高、液量小、物系臟、易結(jié)焦的原油減壓蒸餾塔洗滌段的改造中。改造后的減四線油的餾程寬度為74℃,色度小于4.5號,為下游裝置提供了較好的潤滑油料。實(shí)踐表明,新型液體分布器具有結(jié)構(gòu)合理、分布均勻、抗堵塞、易加工、易調(diào)平等優(yōu)點(diǎn),可供工程設(shè)計(jì)中選用。
主題詞:液體 分配槽 填料塔 蒸餾塔 開發(fā) 工業(yè)規(guī)?!?yīng)用
DEVELOPMENTAND APPLICATION OF
TROUGH-TYPE LIQUID DISTRIBUTOR
ChangGuangxi,Wang Chenya
Luoyang Petrochemical Engineering Corporation(Luoyang,Henan471003)
Abstract A new trough-type liquid distributor withdistributing slot of upside-down convex structure wasintroduced.The small slot at the lower part of the main body is abuffer solt,having effects of buffering liquid impact,increasingsectional area of liquid flow,decreasing liquid flowgradient,precipitating solid fouling as well as preventing solidfrom blocking up the orifice.An orifice was opened at thehorizontal downflow surface in the main slot.With this simpleconfiguration the liquid can be distributed at the fixed location.Abaffle was installed outside the bottom of the main slot,makinglinear distribution of the liquid.The whole slot was shaped upnarrow down and wide upward,capabling of reducing gas flowresistance.The new liquid distributor has been already applied inrevamping of the washing zone in crude vacuum distillation towerwith high temperature,small flowrate,dirt and easy-cokingmaterial.After revamping,the distillation range of the forth-sidevacuum stream was 74℃,the colority was less than 4.5,supplyingsuperior lube-stock for the downstream units.Practice showed thatthe new liquid distributor has advantages of rationalconfiguration,even distribution,resistant to blocking,easymanufacturing and levelling.It can be selected in engineeringdesign.
Keywords liquid distributor,slot,packing tower,distillationtower,development,commercial application
  液體分布器是填料塔至關(guān)重要的塔內(nèi)件。液體初始分布的優(yōu)劣,不僅影響填料的端效應(yīng),而且對規(guī)整填料將影響整個(gè)填料床層。人們希望有較高的初始分布點(diǎn)密度,而分布點(diǎn)密度受噴淋密度的影響,有時(shí)也受物性、工況以及所決定的*小孔徑的影響。減壓蒸餾塔凈洗段噴淋密度小,溫度高,物系臟,易結(jié)焦,要求孔徑不能太小,便屬此種情況。此時(shí)若分布槽內(nèi)液位較低,將給均勻分布帶來困難。下面介紹一種由洛陽石油化工工程公司開發(fā)的新型液體分布器,它已成功地應(yīng)用到工業(yè)裝置中。
1 新型液體分布器的結(jié)構(gòu)分析
  新型液體分布器的分布槽結(jié)構(gòu)如圖1所示。分布槽主體呈一倒凸字形結(jié)構(gòu),主體側(cè)面有兩個(gè)曲面形輔助元件——擋液板,主體下部的小槽為緩沖沉降槽,與其上相連的兩個(gè)平面為降液面。
圖1 分布槽結(jié)構(gòu)示意
1.1 緩沖沉降槽
  
在分布器處于工作狀態(tài)時(shí),緩沖沉降槽內(nèi)充滿液體,因而增大了對槽中液體波動(dòng)的阻尼作用,對注入液體起著緩沖作用,從而提高抗干擾能力。
  緩沖沉降槽增大了液體沿槽水平方向主體流動(dòng)的通道面積,降低了槽中液體的流速。由水力學(xué)知識可知,對于平底槽,水深h隨流程s變化的微分方程為
 (1)
式中:C──謝才系數(shù),m0.5/s;
   V──槽中液體水平流速,m/s;
   R──槽的水力半徑(過流斷面面積與濕周之比),m;
   h──液位高度,m;
   s──流程,m;
   g──重力加速度,9.8 m/s2。
  從式(1)可知,由于緩沖沉降槽的存在,R增大,V減小,即可降低液面流動(dòng)落差,從而大大減小由液位差引起的液體分配不均。
  緩沖沉降槽內(nèi)可沉積鐵銹等固體雜物,避免降液面上的降液孔堵塞。
1.2 降液面
  
該降液面為臺階式水平降液面,在噴淋密度較小時(shí),液體從緩沖沉降槽中“爬上”降液面,使各降液孔的降液量更加均勻。
  水平降液面上的降液孔可保證液體的定點(diǎn)分布,避免發(fā)生側(cè)壁降液的重力型分布器和溢流堰式分布器所產(chǎn)生的液體平拋對射和壁流現(xiàn)象。
  水平降液面的底孔結(jié)構(gòu)是槽式分布器中抗霧沫夾帶和抗升膜夾帶能力*強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。
1.3 側(cè)壁V形切口
  
當(dāng)操作不穩(wěn)定和工藝條件變化引起分布器中的液面升高,或由于某種原因使降液面上的降液孔堵塞而引起分布器中液位升高時(shí),液體將從側(cè)壁上的V形切口溢流而出。V形切口既可起到溢流堰的分配作用,又可增大操作彈性。
1.4 擋液板
  
作為輔助元件的擋液板,對于自分布性能良好的填料,可不采用。而對于自分布性能較差的填料,裝上擋液板則可在不增加分布器高度的情況下將液體的點(diǎn)分布轉(zhuǎn)化為線分布。若在分布器下面放兩層盤高度小、空隙率大的波紋填料,就能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)液體的面分布。
1.5 分布槽的外形
  
圖1所示的分布槽上寬下窄的外形,加上曲面形的擋液板,使得在分布器的相鄰槽之間形成流線形的氣體通道,減少了氣相阻力。分布槽的主體可以一次成形,加工方便。它的剛度好,為保證分布器的加工安裝精度提供了必要條件。
2 試驗(yàn)與結(jié)果分析
2.1
 分布器的對比試驗(yàn)結(jié)果分析
  
為了對比評價(jià)液體分布器的液體分布均勻程度,引入?yún)?shù)分布不均度
 (2)
式中:Mf──分布不均度;
   Qi──單降液孔的實(shí)測降液量;
    ──N個(gè)降液孔實(shí)測降液量的算術(shù)平均值;
   N──降液孔總數(shù)。
  在直徑為600mm的塔上用自制的*大相對誤差小于3.4%的分流箱作為預(yù)分布器,在不同的降液孔徑下對新型槽式分布器和傳統(tǒng)的底孔流槽式分布器進(jìn)行了小噴淋密度的對比試驗(yàn)。通過收集各分布孔的流量,分別計(jì)算兩種分布器的分布不均度,并與相應(yīng)的液體噴淋密度作圖比較,詳見圖2和圖3。
圖2 兩種結(jié)構(gòu)分布器分布不均度與液體負(fù)荷的關(guān)系
(降液孔徑均為4 mm)
圖3 兩種結(jié)構(gòu)分布器分布不均度與液體負(fù)荷的關(guān)系
(降液孔徑均為6 mm)
  從圖2和圖3可以看出,新型槽式分布器的分布不均度明顯低于對比的傳統(tǒng)槽式分布器。且隨著降液孔徑的增大,其差值也增大。
2.2 放大試驗(yàn)
  
為了使該種分布器能適用于大直徑塔,首先要確定液體分布槽的有效液流長度,即在該長度內(nèi)液體在分布槽中流動(dòng)引起的液面流動(dòng)落差不致引起嚴(yán)重的分布不均。有效液流長度也決定著采用預(yù)分布槽的數(shù)量。為此,進(jìn)行了分布槽的長度放大試驗(yàn)。
  試驗(yàn)用的分布槽由厚度為3 mm的有機(jī)玻璃制成,槽長1.5 m。在該槽的兩個(gè)降液面上共有28個(gè)直徑為6mm的降液孔,其間距相當(dāng)于每平方米102個(gè)分布點(diǎn)。沿槽的長度方向均設(shè)6個(gè)液位測點(diǎn),以測量槽中降液面上的液位高度。水從槽的一端注入,以模擬在直徑為3m的塔中采用一根預(yù)分布槽的情況。
  試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在降液面上液位高度保持在2~5 mm時(shí),除注入點(diǎn)外,其它各點(diǎn)的液位差都在1mm以內(nèi)。而傳統(tǒng)的底孔流槽式分布器在相同條件下早已出現(xiàn)大面積干孔現(xiàn)象。而且可以看到槽中的液位梯度很小。各降液孔的降液量基本上接**均降液量,這說明該新型結(jié)構(gòu)分布槽的有效液流長度至少為1.5m。
3 新型槽式分布器的工業(yè)應(yīng)用
  在原油常減壓蒸餾中,減壓塔洗滌段是為保證減壓餾分油質(zhì)量而設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵部位。該段溫度高,液量小,物系臟,易結(jié)焦。洗滌段實(shí)際也是一個(gè)分餾段,進(jìn)料段上升的氣體與上面流下的減壓重餾分油在填料表面上進(jìn)**液傳質(zhì),使較重的與較輕的餾分得以分離。此外,液相還有沖洗進(jìn)料段氣體夾帶上來的渣油液滴的作用。在該段流下的油實(shí)為過汽化油,它不僅含有由洗滌段分離出的接近于渣油的重餾分,而且含有由進(jìn)料段氣體夾帶上去的渣油液滴,所以過汽化油是*重的餾分油。當(dāng)該段液體分布不均,氣體短路時(shí),會直接影響減壓重餾分油的餾程寬度、色度和殘?zhí)?,還極易造成洗滌段結(jié)焦,影響正常操作。由此可以看出,在洗滌段的設(shè)計(jì)中,選用適用于液量小、抗堵塞、分布均勻、綜合性能優(yōu)良的液體分布器顯得尤為重要。
  新型槽式分布器已在
1996年11月南陽煉油廠潤滑油型常減壓蒸餾裝置改造工程中成功地應(yīng)用于減壓塔凈洗段。該段塔徑為3 400mm,噴淋密度為1.5m3/(m2h)。在1∶1的冷模試驗(yàn)中,液體分布均勻。兩年的生產(chǎn)操作證實(shí),新型槽式分布器綜合性能優(yōu)良。在歷次檢修中從未發(fā)現(xiàn)分布槽小孔被堵塞的情況。改造前后減壓塔各側(cè)線油品質(zhì)量見表1和表2。
表1 改造前各側(cè)線油餾程  ℃
 
項(xiàng) 目
減一線油
減二線油
減三線油
初餾點(diǎn)
255
350
377
10%
337
399
448
50%
379
417
475
90%
408
437
523
干點(diǎn)
429
447
541
 
 注:數(shù)據(jù)取自該廠標(biāo)定報(bào)告,產(chǎn)品方案為三個(gè)側(cè)線。
表2 改造后各側(cè)線油產(chǎn)品質(zhì)量
 
項(xiàng) 目
減二線油
減三線油
減四線油
餾程/℃
 
 
 
 2%
374
408
427
 5%
 
420
440
 50%
 
440
469
 97%
445
472
501
餾程寬度(2%~97%)/℃
71
64
74
色度號
<2
<4.0
<4.5
 
 注:產(chǎn)品方案為四個(gè)側(cè)線,生產(chǎn)潤滑油料。
  從餾程來看,改造后減四線油餾程寬度(2%~97%)為74℃,色度小于4.5號,質(zhì)量大為改善,達(dá)到了改造的目的。
  新型槽式分布器還成功地應(yīng)用于咸陽長慶石油助劑廠常壓蒸餾裝置的常壓汽提塔中。兩套分布器的噴淋密度分別為15.7m3/(m2h),29.8m3/(m2h)。
4 小 結(jié)
  (1)新型槽式液體分布器結(jié)構(gòu)比較合理,具有液體分布均勻、抗堵塞、氣相阻力小,而且易加工和易調(diào)平等優(yōu)點(diǎn)。
  (2)新型槽式液體分布器為減壓塔洗滌段的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可供選用的分布器結(jié)構(gòu)。
 
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