平衡管线在精馏塔中的应用_云森.pdf

2023年07月|137过塔盘与向下流动的液体传质传热，而液体会回到塔底，进入下游。由于静压差的作用，塔底会不断补充被蒸发掉的那部分液位。通常使用的再沸器有立式热虹吸式再沸器、卧式热虹吸式再沸器、釜式再沸器、内置式再沸器以及强制循环式。立式热虹吸式再沸器由于它的传热系数大，安装方便，节约占地面积，在石油化工，医药行业，化工行业使用得比较广泛2-3。热虹吸作用的产生主要是由于塔釜内的静压头与再沸器内的两相流的摩擦压降和静压头总和的差产生的推动力的结果。垂直管内的蒸发：立式热虹吸式再沸器的传热管是垂直的加热管，液体由底部进入，经加热沸腾由管0 引言精馏塔的压力、温度稳定是分离合格产品的基础，而再沸器的稳定运行是精馏塔稳定的前提。在连续精馏过程中，一旦出现因热源突然中断或其他情况紧急停车，会影响生产的连续性及稳定性，影响生产效益。在发生在这种情况下如何快速、安全的恢复生产也是需要考虑的关键问题。1 再沸器的工作方式再沸器是一个能够交换热量、进行物料汽化的换热器，从塔釜提供液相进入到再沸器中，物料在再沸器经加热，部分汽化，密度变小，从而离开汽化空间1，顺利返回到塔里，返回塔中的气液两相，气体向上通平衡管线在精馏塔中的应用云森，尚明达，刘思远(陕西有色天宏瑞科硅材料有限责任公司，陕西 榆林 719200)摘要：再沸器在精馏塔的分离中有着举足轻重的作用，是塔内热量来源。若在精馏塔正常运行时热源突然中断或其他情况紧急停车，破坏塔内汽液相平衡，塔板上积聚液体会急剧下落，造成塔釜温度快速降低。但受限于热源供应或其他因素，塔釜组分分离不完全，塔釜的轻组分含量增加，此时若进入下游会造成产品质量问题，尤其是下游带有强制循环的动力设备时，还可能会造成设备损坏。在该种情况下，如何快速提升塔釜温度、降低轻组分含量，快速恢复生产是必须要着重考虑的问题。在精馏塔塔釜增加挡板，区分再沸器侧和液位计侧，同时用平衡管线连接再沸器侧及液位计侧，可以在平衡管线关闭的情况下起到良好的分离效果。在问题处理后需要快速进行系统恢复的情况下，可以打开平衡管线，使液位计侧液体进入再沸器，快速分离轻组分，提升塔釜温度，为快速恢复生产创造条件，减少生产成本浪费。关键词：再沸器；再沸器侧；液位计侧；平衡管线中图分类号：TQ221.211 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)19-0137-04DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.19.037Application of Equilibrium Pipeline in Distillation ColumnsYUN Sen,SHANG Ming-da,LIU Si-yuan(Shaanxi Non-Ferrous Tianhong REC Silicon Materials Co.,Ltd.,Yulin 719200,China)Abstract:The reboiler has a pivotal role in the separation of the distillation column,which is the source of heat in the column.If the normal operation of the distillation column due to a sudden interruption of the heat source or other circumstances emergency stop,the destruction of the column vapor-liquid phase balance,the column plate will accumulate liquid will fall sharply,resulting in a rapid reduction in the temperature of the column bottom,but limited by the heat supply or other factors,the separation of the column bottom components are not complete,the column bottom light component content increases,at this time,if the downstream will cause product quality problems,especially when the downstream with forced circulation of dynamic equipment,but also this may cause damage to the equipment.In this case,how to quickly raise the temperature of the column bottom,reduce the content of light components,and quickly resume production is a problem that must be considered.Adding a baffle plate to the distillation column bottom to distinguish the reboiler side from the level meter side,and using an equilibrium pipeline to connect the reboiler side and the level meter side,can provide a good separation effect when the equilibrium pipeline is closed.When the system needs to be restored quickly after the problem is solved,the equilibrium pipeline can be opened so that the liquid on the level meter side can enter the reboiler to separate the light components quickly and raise the temperature of the column bottom to create conditions for quick restoration of production and reduce production cost and waste.Keywords:reboiler;reboiler side;liquid level meter side;equilibrium pipeline设备运维138|2023年07月确保塔内传质、传热的正常进行。在塔压正常的情况下，确保塔釜温度正常，是确保精馏塔正常分离的关键，也是最直观、最明了的判断依据。若在精馏塔正常运行过程中，出现因热源突然中断或其他情况紧急停车，在这种情况下一般会联锁切断精馏塔的进、出料，停止塔釜的热量供应，避免塔内出现超压等意外情况。同时会破坏塔内汽液相平衡，塔板或填料上积聚液体会急剧下落，造成塔釜温度快速降低，塔压波动较大，但受限于热源供应，塔釜组分分离不完全，塔釜的轻组分含量增加，此时携带大量轻组分的塔釜物料若进入下游分离或生产系统势必会造成产品质量问题。在意外情况处理完成后，如果希望快速恢复生产，尽快恢复进出料时，当下游带有强制循环的离心泵时，此时由于轻组分含量的增多，塔釜物料密度降低，可能会导致液体管道入口附近某些局部低压区的压力降低到液体饱和蒸汽压从而导致部分液体汽化，进而导致离心泵发生汽蚀损坏。在该种情况下，如何快速提升塔釜温度、降低轻组分含量，使之恢复到能够出料的正常温度，快速恢复生产是必须要着重考虑的问题。以下是对精馏塔塔釜几种不同形式的加热方式的比较。2.1 塔釜不安装挡板，不区分再沸器侧和液位计侧如图 2 所示，在此形式下，精馏塔塔釜不区分再沸器侧与液位计侧。为确保再沸器换热效果正常，再沸器安装需保持一定高度，以确保再沸器换热管和塔釜液体高度基本一致，保证再沸器的换热效率，避免再沸器干烧，这就需要精馏塔在安装时增加一定高度的裙座，以确保再沸器能够正常安装、且在运行时换热正常。图2 塔釜不安装挡板的上部返回塔内。在垂直管内被加热液体沸腾的过程如图 1 所示。由图 1 看出被加热液体在管内经历了五个阶段：液体预热阶段、过冷泡核沸腾、饱和泡核沸腾、液环状液膜运动传热、雾滴状。实际上雾滴状的流动也叫干烧区。从传热角度来说两个泡核沸腾的传热速率为最大。为了避免干烧区在立式热虹吸式再沸器中出现，就必须加大液体的循环比，一般设计上采用三倍于蒸发的量4。图1 被加热液体在垂直管内沸腾的状态图下面以立式热虹吸式再沸器在精馏塔中的作用进行说明。2 换热方式对比对于精馏塔而言，确保塔顶、塔釜组分达到设计含量是精馏塔设计的基础。塔釜无论采用何种形式的再沸器，都需要确保塔釜温度正常，从而确保塔釜组分正常。对于已知组分的精馏塔，在固定的塔压下，塔顶温度能够精确反应塔顶产品质量，相应的塔釜温度也能够精确反应塔釜产品的质量5，只有达到设计的塔釜温度或塔顶温度才能确保离开塔的组分是理想的，是被需要的。若温度或压力异常，可能会造成物料分离不完全，造成塔顶产品或塔釜产品组分污染，这种分离效果欠佳的情况，严重的甚至会造成质量事故。所以确保再沸器换热正常就是保证精馏塔分离效果的基础，足够的汽化量才来带来足够的回流量，才能2023年07月|139图3 塔釜安装挡板在出现上述异常情况时，亦可快速切断进、出料，使精馏塔进入全回流状态。但即使在热源恢复后或其他情况消除后，缓慢供给热源，也难以快速提升塔釜温度，满足下游进料的条件。在该情况下的换热通过以下途径最终传递给物料，热源先将热量传递给再沸器侧液体，再沸器液体传递给挡板，挡板再传递给液位计侧液体，仅靠两侧液相接触的挡板来进行热量传递，在考虑再沸器设计温度的前提下，热量传递非常有限。该方式虽然可以起到分离作用，提升塔釜温度，但一般情况下，所耗费的时间相对较长。该方式在精馏塔或配套系统运行正常的情况下，可以稳定运行，能够满足较好的分离效果，同时可在一定程度上降低裙座高度，降低成本，兼顾了经济性与实用性。但在出现异常情况下进行系统再恢复的时候，需要花费较长时间等待塔釜温度恢复，同样不能满足快速给下游进料的条件。可在对塔釜质量要求不高的塔器中使用。但对塔釜质量要求较高的装置而言，所需的时间相对较长，延缓了生产恢复的进度，也会造成生产成本的增加。2.3 塔釜安装挡板，区分再沸器侧和液位计侧，同时用平衡管线连接再沸器侧及液位计侧通过以第二种方式为主体，在塔釜出料管线以及再沸器供液管线增加连接再沸器侧与液位计侧的平衡管线，可有效结合前述两种方式的优点。如图 4 所示，在此形式下，当平衡管线关闭的情况下，再沸器换热方式与第二种方式一致，精馏塔塔釜同样区分出再沸器侧与液位计侧。塔内下落的液体在塔釜集液盘的作用下，全部落入再沸器侧，可确保再沸器侧一直处于满液状态，与再沸器管束基本等高，使再沸器管束浸满液体，保证再沸器换热正常，不出现干烧情况。液位计侧液位高度靠再沸器侧溢流过受精馏塔塔釜裙座的影响，如果裙座过低，再沸器管长度相对较短，在一定负荷下，所需要的换热面积增加，管束数量变多，增加了设备成本。若裙座过高，再沸器管长虽然相对较长，换热面积增加，但裙座升高也会造成相应成本的增加。在该方式下塔釜物料混合相对均匀，物料直接供给再沸器，但需要保持一定的液位高度，来确保再沸器管束尽可能被液体浸满，避免再沸器干烧。若出现因热源突然中断或其他情况紧急停车，破坏塔内汽液相平衡，塔板上积聚液体会急剧下落，造成塔釜温度快速降低，但受限于热源供应，塔