成套撬装设备在化工改造生产中的应用研究.pdf

第37卷第4期2023年7月天津化工Tianjin Chemical IndustryVol.37No.4Jul.2023成套撬装设备在化工改造生产中的应用研究刘琼袁王韧韧袁苏佳林（北洋国家精馏技术工程发展有限公司，天津 300110）摘要院 化工生产规模的提升，使部分老化工厂开始技术改造，而设备规格的增大使设备占地面积也随之增大。老厂区由于建厂时间较长，占地面积有限，技术升级改造无法与规范要求、占地面积相匹配，从而导致技术改造受限。为解决改造工艺带来设备占地面积的问题，采用撬装设备与改造工艺相结合的方式进行设备布置，根据工艺用途不同划分为不同撬块组合，撬块内设备无间距要求，与常规工艺相比，占地面积减少约 15%25%，整体工期可缩短约 1/4，整体节约建设成本，经济效益可观。关键词院技术改造；撬装设备；工业气；吸收doi:10.3969/j.issn.1008-1267.2023.04.029中图分类号院 TQ062文献标志码院 A文章编号院1008-1267(2023)04-0098-03收稿日期：2022-12-060前言随着化工生产规模日益增大袁所需的设备如精馏塔尧吸收塔尧储罐尧压缩机等趋向于大型化袁其占地规模大袁适用于新建厂区袁而大型化将是未来化工生产的趋势遥 对于建厂时间较长尧工艺技术需提升的老化工厂来说袁 其占地面积较小袁设备间距尧施工吊装都受限制袁在新规范尧新要求下袁如何平衡工艺技术提升与设备规格的关系将成为老厂区改造的一大问题遥撬装是指将成套的工艺设备尧管道尧管件尧仪表等元件组合袁 统一固定到钢结构框架的底盘上袁是设备框架与设备整体及其原件组合的一种形式遥 撬块内设备间无水平间距要求袁且撬装设备的组合不受场地限制袁 可在设备厂内组合完成袁其将设备与所有的原件连接组合后袁在界区处留有相关接口袁现场只需将预留接口与厂区接口连接即可袁具有连接快捷尧占地面积小尧便于运输尧管理控制简单方便等特点遥由于撬装设备的便捷性袁 已广泛运用到化工尧制药尧环保等多个领域袁适用场合也越来越多样化袁其占地面积小尧施工工期短尧运输搬迁方便尧吊装灵活尧能减少化工企业的建造成本1遥 本研究从化工工艺技术改造升级的案例袁探讨成套撬装设备与新型工艺相结合的方式袁为撬装设备在化工生产中的应用提供实际参考价值遥1设计基础某化工厂的精制车间技术改造升级袁使加工生产所有原料气中的丙酮含量发生变化袁影响其另一条生产线上的产品质量袁因此需要增加一套原料气处理装置遥 由于厂区成立较早袁厂内规划用地有限袁同时受规范与当地工业园区限制袁无法新增厂区用地袁 采用传统的分散性设备布置占地面积较大袁无法实现袁最终采用原料气新型处理工艺和成套撬装设备联合的形式解决这一问题遥2工艺原理根据化工厂提供的原料气技术参数袁采用吸收洗涤+冷凝+吸附脱附的联合处理工艺遥2.1吸收原理气体混合物与适宜的液体发生接触时袁气体混合物中的某些能溶解的组分便进入到了液相中袁形成了溶液袁而不能溶解的组分仍然留在气第 37 卷第 4 期刘琼等：成套撬装设备在化工改造生产中的应用研究相中袁这样一来气体混合物中组分就分离成了两部分遥 这种利用溶解度差异分离气体混合物的操作过程称为吸收遥 吸收操作是溶质从气相向液相转移的过程袁由气相界面向液相主体传递遥 要想研究吸收的传质机理袁需要弄清单组分渊气相或液相冤的传递规律遥物质在单一相里的传递是靠扩散作用完成袁发生在流体内的扩散分为分子扩散和涡流扩散遥分子扩散是分子无规则热运动引起彼此相互碰撞而进行物质传递袁 发生在静止或滞流流体内曰发生在湍流流体内的扩散主要是涡流扩散袁是凭借流体质点的湍流和旋涡传递物质遥吸收过程的机理基于双膜理论研究袁相互接触的气液两相间存在稳定的相界面袁界面两侧各有一个停滞膜院气膜和液膜袁吸收质以分子扩散形式通过两层膜由气相主体进入到液相主体袁在相界面处袁气液两相处于平衡2遥 而在两侧停滞膜外的气液两相主体袁通过涡流扩散袁使得气液两相主体的介质质量浓度达到均匀遥 双膜理论用于描述固定相界面的系统及低速两流体件的传质过程袁与实际情况是基本符合的遥2.2吸附解吸附原理气体分离过程绝大部分是物理吸附袁本研究中气体吸附同样为物理吸附过程袁是吸附剂与吸附质之间通过分子间力的相互吸引而形成的遥 吸附质分子和吸附剂表面分子之间的吸引机理袁与气体液化和蒸汽冷凝的机理类似遥 吸附剂采用多孔物质袁气相吸附质在吸附时气相先通过气膜到达多孔物质表面袁然后内部扩散袁而解吸的过程则逆向进行,通常需要外界提供体系热能袁挣脱吸附力的作用袁从而使吸附剂得到再生3遥3工艺流程工厂原料气经收集后袁以常温常压状态进入到吸收塔 T1 底部袁吸收塔采用常压操作袁吸收塔 T1 顶采用新鲜水作为吸收剂袁 用于吸收原料气中的丙酮及其他有机物质袁同时对原料气起到洗涤作用袁塔釜液经循环泵 P1 增压后进入吸收塔中部进行循环吸收袁增加吸收液与原料气的接触袁促进吸收效果遥原料气自塔顶采出经冷凝器 E1 冷凝后袁进入气液分离器 V1 进行气液相分离袁 而后进入吸附系统遥 吸附系统主体采用三个吸附罐 V2A/B/C同时工作袁共用一套管路系统遥 2 个吸附罐同时进行气体吸附袁 定期对吸附罐依次进行解吸和干燥遥 运行时袁原料气由吸附罐底部进入袁其中的有机物质被改性吸附材料吸附下来袁混合吸附剂采用变温变压进行解吸遥 将被吸附的组分解吸出来随蒸汽部分进入吸收塔 T1袁部分直接接触冷凝为常温液体袁用泵 P2 自动送至界区外遥 改性吸附材料完成解吸并经新鲜空气干燥后袁切换回吸附状态袁进入下一个循环袁处理后的工业气进入到后续工艺生产中渊如图 1 所示冤遥4工艺设备根据设计的工艺流程图袁依照工厂提供的原料气物料组成进行详细工艺设备计算袁 得到设备规格尺 寸 院T1 吸 收 塔 椎1400 伊12200mm袁E1 冷 凝 器1220 伊1000 伊1850mm袁V1 气 液 分 离 罐 椎1600 伊2600mm袁V2A/B/C 吸附罐 A/B/C 椎2000伊1600mm袁P1循环泵配套袁P2 吸附泵配套袁其他配套设备配套遥以上工艺设备类型均为化工生产过程中常用设备袁 其设备尺寸对于新建厂区来说均不算大袁但由于此厂为老厂区袁整体规划面积较小袁业主只能提供规格为 15m伊9m 的占地地块进行常规的设备布置袁考虑按照设备净距及规范要求占地面积不够袁因此本项目采用吸收塔 T1 单独布置袁其余设备采用撬装分块组合形式进行布置遥图1工艺流程图99天津化工2023 年 7 月5撬装分块项目根据工艺流程及用途袁整体分成三个撬装模块袁每个撬块采用单独的钢框架结构袁各个撬块均采用三维模拟软件进行布置遥5援1冷凝器及气液分离罐按照工艺介质流向袁 工业气自塔顶采出先经冷凝器 E1 冷凝为气液两相袁 后进入气液分离罐V1 进行气液两相分相袁 根据流程冷凝器 E1 应位于气液分离罐 V1 上方袁 因此两者采用一个撬块下上组合形式袁 图 2 为采用三维模拟软件后的布置图袁两者组合的下方空间可用于布置配套的泵遥5援2吸附解吸系统吸附罐 V2A/B/C 三个罐为一套系统袁主要对气液分相后工业气中的有机物质进行处理袁因此吸附系统作为一个撬装组合袁图 3 为采用吸附系统设备的布置图袁三个吸附罐成排组合遥5援3其他配套设备整套工艺设备还有其配套的附属设备袁如泵尧凝液罐尧制冷机等袁由于配套设备规格较小袁可将零散的设备整体规划为一个撬块袁如图 4 所示遥综上袁 依据对整体工业气处理工艺的划分袁可按照工艺用途进行撬装结构的分块袁冷凝分相尧吸附解吸附尧配套设备撬块袁撬块内件的管道尧阀门尧 管道元件尧 仪表等的连接都是在设备厂内进行袁撬块采用整体运输吊装袁设备仪表所用的控制箱也配置在撬装设备上袁操作控制方便简单4遥6总结对于改造工艺占地面积紧张的情况袁依据其工艺特点袁利用三维空间结构袁对工艺设备分块撬装袁而撬块内设备间无水平间距要求袁与常规工艺相比袁厂区占地面积减少约 15%25%遥 同时撬装组合基本都在设备厂内完成袁并不影响其现场施工袁不仅节省施工时间袁整体工期还可缩短约 1/45遥 面对化工工艺技术的日益进步和技术改造升级袁受制于厂内面积影响的老化工厂袁采用工艺流程与撬装设备相结合的形式袁对化工厂进行升级改造遥参考文献：员 姚玉英,黄凤廉.化工原理M.天津:天津大学出版社,1999.2 邓修,俊生.化工分离工程M.北京:科学出版社,2000.3 赵奕斌.吸附分离技术M.北京:化学工业出版社,2000.4 白剑.小型门站工艺系统撬装化的应用探讨J.工程建设,2021,53(12):73-78.5 孙美玲,王少锋,项曙光.工业废气中丙酮处理工艺研究进展J.当代化工,2014,(9):1860-1862,1867.图 2冷凝器+气液分离器撬块图3吸附系统撬块图 4配套设备撬块100