BJ塔板在焦化分餾塔中的應(yīng)用

中國石化工程建設(shè)公司

易建彬

摘要：文中介紹了焦化分餾塔的主要的特殊工藝要求，即要求所采用的塔盤具有抗焦粉和結(jié)鹽沉積能力、好的操作彈性。結(jié)合介紹BJ浮閥的結(jié)構(gòu)特點闡述了BJ浮閥抗焦粉和結(jié)鹽沉積的機理。概括性的介紹了BJ塔板在焦化分餾塔中的工業(yè)應(yīng)用情況和令人滿意的效果。

關(guān)鍵詞：焦化

結(jié)焦

塔板

應(yīng)用

前言

焦化分餾塔是延遲焦化裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一，選擇性能優(yōu)良的、并得到優(yōu)化設(shè)計的塔內(nèi)件，對保證裝置的長周期運轉(zhuǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量和裝置生產(chǎn)能力十分重要。

焦化分餾塔下部塔段結(jié)焦和上部塔段結(jié)鹽是焦化分餾塔不可防止的問題。焦粉沉積和結(jié)鹽將影響塔盤的別離效率和裝置的處理能力，嚴重的結(jié)焦和結(jié)鹽使得裝置不得不停工檢修，嚴重地制約了焦化分餾塔長周期運行。因此，近年來隨著焦化裝置的大量建設(shè)，都在致力于解決焦化分餾塔中的焦粉沉積和結(jié)鹽問題，以保證裝置的長周期運行。

中國石化工程建設(shè)公司在焦化分餾塔設(shè)計中積累了豐富的經(jīng)驗，在焦化裝置的設(shè)計中推薦采用本公司開發(fā)的BJ塔盤。BJ塔板在焦化裝置特別是焦化分餾塔中的應(yīng)用證實了BJ塔板的優(yōu)異性能和優(yōu)勢。BJ塔板在抗焦粉聚結(jié)、操作彈性、別離效果等方面與其它浮閥相比具有明顯優(yōu)勢。

本文立足于介紹焦化分餾塔的主要的特殊工藝要求，即要求所采用的塔盤具有抗焦粉和結(jié)鹽沉積能力、好的操作彈性。BJ塔盤能夠很好的滿足上述要求。本文在介紹BJ浮閥的結(jié)構(gòu)特點根底上闡述了BJ浮閥抗焦粉和結(jié)鹽沉積的機理。多套裝置的工業(yè)應(yīng)用效果令人滿意。

焦化分餾塔的特殊工藝要求

焦化分餾塔有自身的工藝要求，只有充分認識到了所針對的工藝過程的特點，才可能有優(yōu)化的塔內(nèi)件設(shè)計，為焦化裝置的長周期穩(wěn)定運行夯實根底。焦化分餾塔的主要特殊工藝要求概括如下：

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抗焦粉夾帶和焦粉沉積能力

焦粉夾帶和焦粉沉積是焦化分餾塔設(shè)計中力求解決的難題，特別是分餾塔的下部塔段。嚴重的焦粉夾帶會影響到焦化裝置的開工周期。因嚴重的焦粉沉積，裝置不得不停工檢修，去除塔板上的結(jié)焦。因此，要求所選擇的塔板具有強的抗焦粉沉積能力。

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抗塔板結(jié)鹽能力

由于渣油中金屬含量較高，焦化分餾塔塔板上結(jié)鹽是普遍現(xiàn)象，結(jié)鹽嚴重的塔板嚴重影響塔板的傳熱和傳質(zhì)。檢查采用F1浮閥塔板的焦化分餾塔上部塔段，發(fā)現(xiàn)結(jié)鹽嚴重，局部浮閥被鹽結(jié)死。因此，要求所選擇的塔板具有強的抗結(jié)鹽沉積能力。

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操作彈性要好

焦化分餾塔對操作彈性有較高要求，不僅是別離效率的需要，更是可操作性的需要。這是因為裝置的生產(chǎn)能力的變化、原料性質(zhì)的變化、產(chǎn)品方案的變化〔如根據(jù)市場需要多出柴油等〕，操作條件的變化〔如循環(huán)比的變化〕等都導(dǎo)致塔內(nèi)負荷的變化很大，這就要求塔板對操作彈性提出了較高的要求。好的操作彈性可以保證低負荷時塔的可操作性,在高負荷時霧沫夾帶少,也就防止了過量的焦粉夾帶。

BJ塔板的結(jié)構(gòu)特點

圖1

BJ浮閥示意圖

BJ塔板技術(shù)的核心就是所用的鼓泡元件為BJ浮閥，如圖1所示。

BJ浮閥從外形上看是一種條形浮閥和舌形浮閥的結(jié)合體。氣體可從閥體的三個方向通過，不僅提高了氣體的通過能力，而且因閥腿上所開設(shè)的導(dǎo)向孔朝向與塔板上液流方向一致，因而其對液體的流動可以起到很好的導(dǎo)向作用。

BJ浮閥除具有普通條形浮閥所具有的特征外，還具有以下結(jié)構(gòu)特點：

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在BJ浮閥的閥腿上開有導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔的開口方向與塔板上的液流方向一致

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從導(dǎo)向孔中通過的氣體對液相流動起到有效的導(dǎo)流作用，而且這種作用是以最正確位置實現(xiàn)的，并且不會因操作負荷的變化而改變。這種對液體流動的導(dǎo)向作用，有利于消除至少是在很大程度上減弱塔板上的液面梯度。消除塔板上的液體滯止區(qū)，提高液相流動的均勻性；液相流動的均勻必然導(dǎo)致氣相的流動均勻。由此，可以減小局部漏液〔特別是塔板入口區(qū)域〕，氣相流動的均勻?qū)⑼瑯拥販p小塔板之間的霧沫夾帶，提高生產(chǎn)能力。低漏液和低霧沫夾帶是塔板傳質(zhì)效率高的必要保證。

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BJ浮閥的前閥腿所開設(shè)的導(dǎo)向孔，不但起到對液流的導(dǎo)向作用，而且由于對塔板外表的吹氣，增強對液體的攪動，防止固體沉積，對減少塔板焦粉沉積和結(jié)鹽沉積十分有利。

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氣相能夠從三個方向通過，因而BJ具有更大的氣相通過能力。

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在導(dǎo)向孔的上端保存有側(cè)條，其與閥兩側(cè)的側(cè)條按相同方式彎折

其可防止因?qū)蚩椎拈_設(shè)而導(dǎo)致的漏液增加不利因素，保證了操作下限。同時從導(dǎo)向孔通過的氣體與液體接觸的方式與從閥體兩側(cè)通過的氣體與液體的接觸方式是一致的，這就保證了傳質(zhì)效率不受影響。

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前后閥腿設(shè)計為不對稱的結(jié)構(gòu)

通過不對稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，修正了因開設(shè)導(dǎo)向孔而導(dǎo)致的閥體前后的重量差異，使得閥體前后的重量平衡。加之閥體尺寸與閥孔尺寸的良好配合，實現(xiàn)了浮閥力和力矩的平衡，從而保證了閥體能夠平穩(wěn)的升降。

解決焦粉和結(jié)鹽沉積的機理

逐層減小夾帶并防止在塔板上聚集是解決焦化分餾塔下部塔段結(jié)焦和上部塔段結(jié)鹽問題的關(guān)鍵。

BJ塔板操作彈性大，可用操作彈性可達45~150%，對焦化裝置進料原料性質(zhì)、操作條件的變化等具有很好的適應(yīng)性，霧沫夾帶小，可實現(xiàn)逐層減少焦粉夾帶的目的。

BJ塔板所采用的BJ浮閥是條形浮閥和舌形浮閥的結(jié)合體，BJ浮閥的前閥腿所開設(shè)的導(dǎo)向孔，其開孔的下緣與塔板面平齊〔圖2所示〕，因此不但起到對液流的導(dǎo)向作用，而且由于對塔板外表的吹氣，增強對液體的攪動，防止固體沉積，可以防止焦粉在塔板上的沉積，可將塔板上的固體顆粒送入降液管中，并逐層帶至塔底。圖3為普通條型浮閥氣體流動示意圖，圖4為BJ浮閥氣體流動示意圖，BJ浮閥塔盤的流動防止了返混，促進液體往降液管方向流動，其必將把不斷減少的固體顆粒往塔底輸送。

圖2

導(dǎo)向孔與塔板配合示意圖

圖3

普通條型浮閥氣體流動

圖4

BJ浮閥氣體流動

蠟油抽出以下與換熱板以上塔段液體負荷低，BJ塔板對低液相負荷的適應(yīng)能力強〔1〕，采用BJ塔盤可防止“干板〞現(xiàn)象的發(fā)生，因而可防止結(jié)焦。

BJ塔板具有逐層減小焦粉夾帶〔霧沫夾帶〕和防止固體沉積、并逐層往下輸送固體顆粒的能力，因此BJ塔板可有效的解決焦化分餾塔的焦粉沉積〔結(jié)焦〕和鹽沉積〔結(jié)鹽〕問題。工業(yè)應(yīng)用的成功經(jīng)驗充分證實了BJ塔板的優(yōu)良抗焦粉夾帶、抗焦粉和結(jié)鹽沉積能力的設(shè)計機理。

工業(yè)應(yīng)用效果

BJ塔盤已成功地應(yīng)用于武漢、荊門、高橋、齊魯、濟南、天津、錦西、克拉瑪依等石化公司的大型焦化裝置分餾塔、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)塔系和干氣脫硫及溶劑再生塔系。運行一年以上的裝置有8套，在建工程有4套，還有幾套裝置正在設(shè)計之中。BJ塔盤的工業(yè)應(yīng)用情況概括性介紹如下。

5．1

抗焦粉和結(jié)鹽沉積〔2〕

武漢石化公司延遲焦化裝置由40萬噸/年處理能力改造為100萬噸/年處理能力，全塔共27層塔板，蠟油下回流以下為3層固舌塔板，4~13層更新為BJ塔板〔蠟油-柴油段〕，14層以上〔柴油-汽油段〕為利舊的F1型塔板。該塔于2002年11月投用并運行良好。操作說明，最大處理能力可達110萬噸/年。該裝置于2004年隨全廠大檢修而停工。我們對該塔進行了查看和拍照，發(fā)現(xiàn)〔1〕因廠方在該塔底油出口處放置了鼠籠式焦粉隔離設(shè)施，塔底已積滿了焦粉，說明焦化分餾塔進料中焦粉的夾帶是不可防止的；〔2〕BJ浮閥塔段與固舌塔板塔段都非常潔凈，無焦粉和重油殘留，完全沒有了改造工程進行前的嚴重結(jié)焦和重油殘留現(xiàn)象；〔3〕而在最上部的F1型浮閥塔段有明顯的固體積聚物，這些固體物質(zhì)為結(jié)鹽而非焦粉；〔4〕F1型浮閥有脫落，而BJ浮閥無脫落。該塔的操作說明：〔1〕BJ浮閥塔板和固舌塔板具有良好的抗固體物聚集能力，而F1型浮閥塔板的抗固體物沉積能力那么較差；〔2〕在BJ塔板以上已無焦粉；〔3〕證實了BJ塔板處理焦化分餾塔焦粉夾帶問題的理論，即防止沉積、逐層減小夾帶〔往上〕，并逐層帶至塔底。

5．2

別離效果

高橋石化分公司新建設(shè)的140萬噸/年延遲焦化裝置的焦化分餾塔除最下部換熱塔板外均為BJ塔板，于2002年9月一次開車成功并運行良好。開工后廠方組織了裝置標定，焦化分餾塔的分餾效果到達了國內(nèi)較高水平，如蠟油350℃餾出量小于5%，證實了BJ塔板良好的別離效率。并根據(jù)標定結(jié)果，對該塔的操作進行了核算，結(jié)果與設(shè)計吻合。

5．3

長周期運行

2002年7月，天津石化公司對焦化裝置進行擴能改造，采用BJ塔盤更換了分餾塔下部12層塔板，裝置渣油處理能力提高了20%。根據(jù)廠方的反映：蠟油的殘?zhí)恐笜嗣黠@降低，由0.6~0.7%降到0.1%；蠟油中的柴油含量下降。該裝置操作平穩(wěn)，自2002年改造后連續(xù)運行了3年。2005年7月裝置停工檢修，對分餾塔塔板上的焦粉聚結(jié)情況進行了檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有最靠近塔底的幾層BJ塔盤上局部區(qū)域有少量聚結(jié)的焦粉——其厚度相當于1~2張紙的厚度，且為脆性，容易清掃。除該裝置操作平穩(wěn)的原因外，我們認為也與BJ塔盤所具有的強的抗固體物沉積能力密切相關(guān)。

5．4

操作彈性

荊門石化公司焦化裝置，在開工時由于輻射進料泵的原因，開工負荷只有設(shè)計負荷的~35%，但仍然抽出了合格的汽柴油產(chǎn)品，這充分證實了BJ塔板的下限操作彈性。同樣的，其下限操作彈性在錦西石化分公司100萬噸/年焦化裝置改造為150萬噸/年處理能力后的開工中也得到了證實。

5．5

大型化

克拉瑪依石化分公司150萬噸/年延遲焦化裝置為國內(nèi)最大的原油焦化裝置，其分餾塔塔徑為5400mm，為目前國內(nèi)最大直徑的分餾塔。其內(nèi)件全部為316材質(zhì)。因材質(zhì)高、塔徑大，這就對結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性提出了更高的要求。中國石化工程建設(shè)公司在大直徑塔結(jié)構(gòu)設(shè)計方面工程經(jīng)驗，保證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性。

小結(jié)

〔1〕BJ浮閥是條形浮閥和舌形浮閥的結(jié)合體，具有更大的氣體通過能力和對液相流動的導(dǎo)流作用。導(dǎo)向孔對塔板外表的吹氣，增強對液體的攪動，可有效防止固體沉積。

〔2〕BJ塔板抗固體顆粒物沉積能力強，應(yīng)用于焦化分餾塔可解決焦化分餾塔中存在的焦粉沉積和聚集問題。BJ塔板有很好的操作彈性，霧沫夾帶量小，因而焦粉夾帶將逐層減??；更重要是BJ塔板能夠抗擊所夾帶的焦粉的沉積，并通過BJ塔板對液體流動的促進作用而將其送入降液管，最終被帶至塔底。

〔3〕工業(yè)應(yīng)用說明，采用BJ塔盤優(yōu)化設(shè)計焦化分餾塔是裝置長周期運行的必要保證。

參考文獻

（1）

易建彬，煉油設(shè)計，2002；32〔12〕：8

（2）

焦軍等，石油煉制與化工，2004；

35〔9〕：67

（3）