1 再沸器的工作原理及分类
再沸器是石油化工装置中不可缺少的传热设备, 常用于分馏塔底, 对塔底介质加热使部分液相物料汽化返回塔内, 提供塔器精馏过程所需要的热源。再沸器主要有两种型式:强制循环式再沸器, 热虹吸式再沸器。
强制循环式再沸器有立式和卧式两种形式, 它依靠泵的压头外加机械能量维持强制循环。特点是:循环速度便于控制和调节, 使用于严重结垢和极高粘性的流体。
热虹吸式再沸器是依靠塔釜内液体静压头与再沸器内两相流的密度差产生推动力形成热虹吸式运动。热虹吸式再沸器也有立式和卧式两种, 立式的特点是传热系数较高, 物料在加热管内停留时间较短, 不易结垢, 结构紧凑, 占地面积小, 但是塔的安装高度比较高。卧式的特点是传热面积较大, 清洗方便, 对塔内液面和流体压降要求不高, 但占地面积比较大。
2 再沸器的布置
再沸器的位置和安装高度应满足工艺的要求, 用蒸汽或热载体加热的卧式再沸器应靠近塔布置, 二者之间的距离应满足管道布置的要求, 再沸器的一端应有管束抽出的空间, 立式再沸器可用塔体支撑, 并布置在塔侧, 与塔的高差满足工艺的要求, 其上方和下方应留有足够的检修空间。
对于热虹吸式再沸器与塔的安装高度在工艺方面有一定的要求。蒸馏塔的液面和再沸器液面的压头差作为动力驱动液体重力循环, 使蒸馏塔底部的液体流向再沸器, 液体一部分在再沸器内被汽化, 回到塔内, 物料蒸汽和液体分离, 为了保证再沸器的正常工作, 必须保证有一定的压差来克服管道的阻力, 再沸器内部的压降和两相的静压。虹吸式再沸器的安装高度直接影响热量的输送效率。
3 再沸器的配管
再沸器的管道布置要考虑安装、检修及操作所需空间。其进出口管道的特点是温度较高, 流速高, 管径大。配管时既要减少阻力降又要处理好热应力问题, 在热应力允许的范围内管道的几何形状尽量简单。
立式再沸器可支撑在塔体上, 也可单独设支撑结构。支撑在塔体上的立式再沸器工艺介质出口管一般与塔管口对接, 中间不加直管段。当仪表不得不安装在管口上时, 其管口方位在设计前期就应确定。当再沸器支撑在独立构架上时, 再沸器出口与返塔管口之间应加一段直管段。再沸器要用弹簧支座, 并经应力分析后确定弹簧支座形式。再沸器入口与塔出口之间的管道应有足够的柔性, 在热应力许可范围内其几何形状应尽可能简单。配管时应留出再沸器管束拆卸所需的空间。
卧式再沸器安装在地面上时, 宜与管廊成90°角布置, 占地少, 检修或抽出管束方便, 当必须提高再沸器安装高度时, 应设独立构架, 其操作平台宜与塔平台能互相联通。再沸器的工艺介质进出口管道在满足应力分析条件下宜采用直管同塔连接并应尽量短。
4 实际工程设计实例
4.1 流程简介:
某电站工程是利用国内自主开发的煤气化技术进行发电的示范工程。本工程由空分、煤气化、净化、硫回收、火炬、污水处理等组成。其中净化单元采用MDEA法脱除煤气化装置生产的粗合成气中的硫化物及部分CO2, 脱硫净化后的合成气经饱和加热后送燃气-蒸汽联合循环岛作为燃气轮机的燃料气;副产物富H2S气体送硫回收装置。
MDEA富液加入消泡剂后进行换热, 减压后进入再生塔 (C-4002) 顶部进行闪蒸。MDEA富液向下流经填料段, 与来自再生塔再沸器 (E-4008) 的热再生气逆流接触, 脱除溶液中H2S、CO2后转变为MDEA贫液。再生塔 (C-4002) 底部出来的MDEA贫液经一系列处理后送往吸收塔顶部循环使用。再生塔塔顶出来的酸性气进入酸性气水冷器 (E-4005) 冷却至45℃, 经酸性气分离罐 (V-4002) 分液, 酸性气送往硫回收装置, 凝液经再生塔回流泵 (P-4001A/B) 加压, 部分作为废液送往污水处理单元, 其余返回到再生塔顶部循环利用。见图1。
4.2 再沸器与塔的布置
本净化装置由开工循环硫化, 水解器框架, 吸收塔, 再生塔及其附属设备等四部分组成。在B, D轴之间, 4, 6轴之间设置了一个12m×12m, 层高为5m的两层框架, 其中两台换热器MDEA贫∕富液换热器 (E-4003) 与酸性气水冷器 (E-4005) 布置在5m平台上。再生塔 (C-4002) 布置在该框架的西侧, B, C轴之间, 为使再生塔再沸器 (E-4008) 靠近塔布置, 且又节省占地, 把C, D轴之间的框架向西延伸12 m至2轴, 把再生塔再沸器 (E-4008) 东西方向布置在框架上, 抽芯区朝西, 并留有足够的抽芯空间。布置见图2。
本单元中的再生塔再沸器 (E-4008) 为卧式热虹吸式再沸器, 布布置置时时与与塔塔的的相相对对高高度度有有一一定定的的要要求求, , 要要能能满满足足液液体体循循环环的要求。经过工艺专业计算, 再生塔再沸器 (E-4008) 壳体下切线线要要高高于于再再生生塔塔 ( (CC--44000022) ) 下下切切线线770000mmmm, , 以以使使再再沸沸器器入入口口和和出出口口之之间间产产生生的的静静压压差差大大于于所所有有的的阻阻力力损损失失, , 塔塔底底的的液液体体不不断断地地被吸人再沸器内, 使液体循环。
4.3 再沸器与塔的配管
本单元中再生塔再沸器 (E-4008) 有两个进料口, 一个出料口, 布置再沸器的时候, 其东西方西的定位是把再沸器出口N4与塔的入口N6布置在同一中心线上, 这样可保证连接该两管口的管道在尽量短的基础上, 弯头最少。见图2。其两个进料口N3A, N3B, 不仅管径相等, 而且也是相对再沸器出口N4对称设置的, 如图2所示布置管道, 这样既可以使弯头最少, 也可以使两条管道内流量相当, 压力均衡。若管径不等或不对称布置时应尽量使阻力相等, 否则阻力大的管子流量小, 会使热量分配不均, 从而使一条管线比另一条管线温度高, 造成再沸器传热效率下降。
5 主要管道的支撑
4.1从塔到再沸器和由再沸器返回塔的管道一般管径较大, 流速较高, 温度较高, 所以配管时要考虑热应力问题, 进行应力计算。经应力计算, 在图2中, SS4006支架点处存在向上的热位移量, 如果选用一般的刚性架该点会被托空, 支架失去了作用, 故选择了弹簧架。
4.2从管道柔性角度考虑, 连接再沸器与塔的管子需要具有一定的柔性来补偿设备与管子的热膨胀量, 这就与工艺要求的管道尽可能的短而直, 弯头尽可能的少相矛盾, 为了能最大限度上的同时满足这两方面的要求, 经应力计算, 在升汽管段上添加了一个膨胀节来吸收该管段上水平方向的热膨胀量, 减少管口的受力, 保护设备和管道。
6 结语
对再沸器的配管要综合分析再沸器的特点及其对系统的影响, 使之与塔综合考虑布置。再沸器的管道设计不同于一般换热器的管道设计, 需要对工艺知识有一定的了解, 与工艺专业相协商确定好安装高度, 并配合应力专业做好管道的应力计算以及支架的选择。遵照标准规范, 满足工艺要求前提下, 配管尽量做到整齐美观, 操作方便。
摘要：本文对某电站工程合成气净化单元的再生塔 (C-4002) , 再生塔再沸器 (E-4008) 的布置, 主要管道及支架选择进行简单的介绍。
关键词：塔,再沸器,热虹吸,阻力降
参考文献
[1] 程立新陈听宽, 化工过程中的再沸器, 《化工装备技术》.
[2] 冯永超, 热虹吸式重沸器的管道设计与计算, 《河南化工》.
[3] 蔡尔辅陈树辉, 《化工厂系统设计》化学工业出版社, 第二版.