焦炭塔工藝設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題

1焦炭塔工藝設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題1.概述延遲焦化裝置的主要設(shè)備有加熱爐、焦炭塔、分餾塔、放空塔、加熱爐進(jìn)料泵、水力除焦機(jī)械等，其中加熱爐被認(rèn)為是焦化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，而焦炭塔則是焦化裝置的核心設(shè)備。因?yàn)榻固克墙够b置的反應(yīng)器，加熱爐、分餾塔、放空系統(tǒng)、冷切焦水處理系統(tǒng)、水力除焦系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)均與之有關(guān)。雖然焦炭塔是一個(gè)空筒設(shè)備，但它的設(shè)計(jì)涉及到幾乎全裝置的工藝過(guò)程，因此在焦炭塔的工藝設(shè)計(jì)不僅要考慮焦炭塔的規(guī)格尺寸設(shè)計(jì)，還應(yīng)考慮與之相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2.焦炭塔直徑和高度的確定焦炭塔的直徑和高度主要取決于裝置的處理量、原料性質(zhì)、操作溫度、操作壓力和循環(huán)比。裝置的處理量是決定焦炭塔大小的主要參數(shù)，焦炭塔的單塔處理量越大，要求的焦炭塔直徑越大，這主要是由焦炭塔塔內(nèi)的允許氣速?zèng)Q定的。原料進(jìn)入焦炭塔，在塔內(nèi)適宜的壓力、溫度和停留時(shí)間的條件下發(fā)生裂解和縮合反應(yīng)，裂解反應(yīng)產(chǎn)生氣體及輕質(zhì)及中質(zhì)油品，縮合反應(yīng)生成焦炭并停留在塔內(nèi)。在焦炭層以上為主要反應(yīng)區(qū)，即泡沫層。泡沫層分輕相泡沫及重相泡沫，輕相泡沫在上部，其密度約為30~100kg/m3，重相泡沫在焦層以上，其密度約為100~700kg/m3，泡沫層溫度一般為460~480℃。熱態(tài)的焦炭層高度一般高于冷態(tài)的焦炭高度。隨著原料的不斷進(jìn)入，產(chǎn)生的焦炭量增加，焦炭層高度增加，泡沫層也隨之連續(xù)升由于泡沫層為反應(yīng)區(qū)，一般不希望泡沫被油氣夾帶到焦炭塔出口的油氣管線和分餾塔，導(dǎo)致管線結(jié)焦和分餾塔內(nèi)結(jié)焦影響正常操作和產(chǎn)品質(zhì)量，因此應(yīng)考慮焦炭塔內(nèi)油氣的適宜氣速，適宜氣速應(yīng)該是泡沫夾帶的臨界氣速乘上一個(gè)安全系數(shù)。據(jù)資料報(bào)導(dǎo)，國(guó)外在焦炭塔內(nèi)不注入消泡劑時(shí)，設(shè)計(jì)焦炭塔內(nèi)油氣氣速一般為0.11~0.17m/s。在使用消泡劑時(shí)，由于泡沫層密度變大，設(shè)計(jì)焦炭塔內(nèi)油氣速度一般為0.12~0.21m/s。根據(jù)適宜的油氣速度和焦炭塔內(nèi)的實(shí)際油氣流量來(lái)考慮焦炭塔的直徑，為減少泡沫夾帶，新設(shè)計(jì)焦炭塔建議采用低的油氣速度，國(guó)111門(mén)處理焦炭塔大吹汽時(shí)吹出的油汽和給水冷焦時(shí)產(chǎn)生的含油蒸汽。目前國(guó)內(nèi)的吹汽放空系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)為密閉的油吸收式放空系統(tǒng)，該系統(tǒng)是用蠟油吸收油汽中的污油，用空冷器或水冷器冷凝未被吸收的蒸汽及輕質(zhì)油氣，該系統(tǒng)不僅減少了環(huán)境污染，而且回收了大量的污油和污水。放空塔的設(shè)計(jì)和大吹汽的蒸汽流量有關(guān)，最大空塔氣速以吸收油品不被蒸汽夾帶為原則，放空塔塔徑根據(jù)蒸汽及油氣流量和允許空塔氣速確定，吸收及換熱擋板根據(jù)入口蒸汽中含油量和換熱量確定。國(guó)內(nèi)外一般采用擋板作為吸收換熱板，擋板數(shù)量為8~16層。在確定焦炭塔直徑的同時(shí)應(yīng)考慮放空塔直徑和放空系統(tǒng)的冷凝冷卻器的設(shè)計(jì)。大直徑的焦炭塔和短的生焦時(shí)間，需要的汽提蒸汽量大，配套的放空塔及冷凝冷卻器也應(yīng)該加大。3.2給水冷焦及冷焦水處理系統(tǒng)在焦炭塔拆卸塔頂?shù)咨w以前，必須把焦炭塔冷卻到焦炭的自燃點(diǎn)以下或更低，避免打開(kāi)塔頂?shù)咨w后發(fā)生焦炭自燃和大量油汽外出影響環(huán)境。通常是向塔內(nèi)通入少量的水(約10~30t/h)，水在塔內(nèi)汽化吸熱冷卻焦炭，產(chǎn)生的蒸汽排至放空系統(tǒng)進(jìn)行處理，再向塔內(nèi)大量給水(200~400t/h)，使焦炭塔充滿(mǎn)并溢流，冷卻焦炭至100℃以下，然后自底部排水至冷焦水處理系統(tǒng)。焦炭塔的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮給水冷焦，給水冷焦的操作條件又決定著冷焦水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。焦炭塔直徑越大，徑向焦層厚度增加，塔壁處焦炭不易被冷卻，另外焦炭塔體積增大，充滿(mǎn)焦炭塔需要的一次冷卻水量增加，因此冷焦水的給水量和冷卻時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)。冷焦水處理系統(tǒng)應(yīng)該考慮加大冷焦水熱水和冷水的貯罐或貯水池，滿(mǎn)足一次冷焦使用，冷焦水冷水泵和熱水泵也應(yīng)考慮選用大流量泵，保證能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)充滿(mǎn)焦炭塔。冷焦水處理系統(tǒng)的旋流除油器、冷卻器可以考慮延長(zhǎng)操作時(shí)間，不一定按焦炭塔塔徑的增加而選用的太大。焦炭塔的給水線特別是放水線應(yīng)加大直徑，避免放水時(shí)間太長(zhǎng)。在冷焦操作時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)大吹汽后小給水時(shí)，焦炭未硬結(jié)塌落，導(dǎo)致給水不暢通，有的煉油廠采用先大給水使通道的焦炭固化，再由小給水過(guò)渡到大給水，效果比較明顯。焦炭塔的最大操作荷重應(yīng)考慮冷焦操作，因?yàn)槔浣共僮鲿r(shí)焦炭塔內(nèi)充滿(mǎn)水，水中有焦炭，焦炭的真比重大于水，最大操作荷重為水的重量加焦炭的重量。23.3水力除焦及冷切焦水處理水力除焦及切焦水處理系統(tǒng)主要包括高壓水泵、控制閥、高壓膠管、鉆桿、切焦器、鉆機(jī)絞車(chē)、塔底蓋裝卸機(jī)、焦炭抓斗、切焦水沉淀池、切焦水貯水罐(或貯水池)等。上述設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型應(yīng)和焦炭塔的設(shè)計(jì)相配套。高壓水泵的壓力和流量和焦炭塔內(nèi)的生焦量、焦炭塔直徑、焦炭硬度和切焦時(shí)間有關(guān)，一般情況下生焦量大、切焦時(shí)間要求的短、焦炭硬、焦炭塔直徑大要求的切焦水的壓力和流量就大。焦炭塔直徑增加，切焦水流量和壓力也應(yīng)加大。高壓膠管、控制閥、鉆桿、切焦器的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)按高壓水泵最高出口壓力考慮，目前國(guó)產(chǎn)的該類(lèi)設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力有32Mpa和42Mpa兩種。鉆機(jī)絞車(chē)、控制閥、高壓水泵、高壓水切斷閥等的聯(lián)鎖控制操作也是焦炭塔輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容之一，該系統(tǒng)采用PLC測(cè)定鉆桿位置、鉆桿轉(zhuǎn)速、除焦水壓力、鋼絲繩拉力等并顯示其數(shù)值，通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)除焦過(guò)程的安全操作。塔底蓋裝卸機(jī)和焦炭塔下出焦口的高度及大小有關(guān)，目前國(guó)內(nèi)φ5400~φ6800的焦炭塔下出焦口為φ1600，φ8400~φ8800的焦炭塔下出焦口為φ1800。為縮短塔頂?shù)咨w的拆裝時(shí)間、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)逐步考慮采用自動(dòng)卸蓋機(jī)，國(guó)外已有成熟的技術(shù)，國(guó)內(nèi)正在研究開(kāi)發(fā)當(dāng)中。焦炭抓斗的大小和除焦速度有關(guān)，大直徑焦炭生焦量多，同樣的除焦時(shí)間，單位時(shí)間內(nèi)除焦量大，抓斗應(yīng)及時(shí)把除下的焦炭抓走，因此應(yīng)考慮選用抓吊量大的抓斗吊車(chē)。切焦水沉淀池的設(shè)計(jì)和切焦水的流速及停留時(shí)間相關(guān)，切焦水流量增加，達(dá)到同樣的處理效果應(yīng)延長(zhǎng)停留時(shí)間，因此應(yīng)考慮適當(dāng)加大切焦水沉淀池或設(shè)切焦水過(guò)濾器。切焦水貯罐是高壓水泵的進(jìn)料緩沖罐，其大小應(yīng)滿(mǎn)足一次切焦用水的要求，高壓水泵需要的汽蝕余量(NPSHR)，對(duì)該罐的設(shè)計(jì)也有影響，焦炭塔直徑越大，一次切焦水耗量越多，高壓水泵流量越大，泵的汽蝕余量越大，因此設(shè)計(jì)切焦水貯罐時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)加大直徑和增加高度。大給水冷焦水的流量和焦炭塔直徑、焦炭產(chǎn)量和冷焦時(shí)間有關(guān)，給水冷焦時(shí)徑向的冷卻速度約為：2.4米/時(shí)，當(dāng)水蔓過(guò)焦層時(shí)應(yīng)侵泡2小時(shí)或塔滿(mǎn)后溢流13小時(shí)方能把φ9400塔內(nèi)的焦炭冷卻，在確定焦炭塔直徑時(shí)應(yīng)充分考慮冷焦時(shí)間和冷焦水的流量。3.4焦炭塔的油氣預(yù)熱系統(tǒng)焦炭塔在切換新的進(jìn)料以前，必須進(jìn)行蒸汽試壓和油氣預(yù)熱，通常預(yù)熱到300℃以上。其主要目的是使塔體逐漸預(yù)熱升溫，防止塔體由于溫差太大、疲勞壽命減少使塔體變形和防止由于巨大的塔體吸熱、降低初始反應(yīng)溫度而產(chǎn)生出較軟的焦炭。焦炭塔的預(yù)熱時(shí)間和焦炭塔的大小及預(yù)熱油氣量有關(guān)，焦炭塔越大，在一定的時(shí)間內(nèi)完成塔體預(yù)熱需要的油氣量越多。焦炭塔的油氣預(yù)熱是把生產(chǎn)塔的油氣通過(guò)焦炭塔頂出口油氣線引至預(yù)熱塔，被冷凝冷卻的油氣混合物自塔底轉(zhuǎn)油線進(jìn)入甩油罐(氣液分離罐)，未凝油氣返回分餾塔，凝縮油的溫度、流量和組成隨著預(yù)熱的時(shí)間進(jìn)程而變化，前期溫度低、含水較多，后期溫度較高、油品較重。煉油廠通常把含水的凝縮油(<120℃)經(jīng)冷卻后送至污油罐，而把高溫的凝縮油(≥120℃)直接送到分餾塔下部回?zé)?。在焦炭塔設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮油氣預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)備及閥門(mén)的大小。一般而言，焦炭塔直徑越大，油氣線上的閥門(mén)越大，甩油罐及甩油泵越大，焦炭塔的油氣預(yù)熱對(duì)分餾塔熱平衡及物料平衡的影響也越大。油氣管線上的電動(dòng)環(huán)閥應(yīng)可調(diào)節(jié)，平衡兩路氣體的壓力，控制適宜的預(yù)熱速4.小結(jié)焦炭塔是焦化裝置的核心設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)不僅應(yīng)考慮影響焦炭塔本身結(jié)構(gòu)尺寸的因素，而且還應(yīng)考慮焦炭塔的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)其相關(guān)系統(tǒng)的影響。因此焦炭塔設(shè)