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1、兰州石化公司炼油厂120万吨/年柴油加氢精制装置设备部分编写：张建明李兰生2005年2月18日1 概述120万吨/年柴油加氢精制，由中石化洛阳石化工程公司(LPC)设计。装置设备选型采用国产和进口相结合，选用技术先进、质量可靠、性能价格等比较好的产品，节省投资并考虑今后技术上的进一步改造与发展。装置中采用进口的设备有：柴油加氢精制装置联合压缩机组C-1101A/B（2台）、高压注水泵P1102A/B（2台）、部分工艺阀门、关键仪表等。设备具体情况介绍如下。1 设备概况表11 装置设备数量120万吨/年柴油加氢精制装置反应器 (R)1台塔器 (T) 3台容器 (V)20台加热炉 (F)1座换热器
2、 (E)16台空冷器 (A)11片过滤器 (FI)3列泵 (P)27台压缩机 (C)2台风机1台其它工艺设备12台套总计94台套2 设备位号简介(1) 设备代号：设备名称设备代号反应器R压缩机C加热炉F塔类T冷换设备E空冷器A容器V泵P过滤器SR喷射器、抽空器EJ消音器SIL安全阀SV取样点SC流量孔板RO(2) 设备位号：设备位号由设备代号后缀4位数字组成：3 主要设备情况简介1) 加氢反应器120万吨/年柴油加氢精制共有1台反应器，位号为R-1101，设计和操作参数见附表。由于介质含有H2、H2S及油气，为了抗氢及抗H2S的需要，反应器的材料选用12Cr2Mo1R，内表面双层堆焊TP309
3、L+TP347。R-1101壁厚较小，采用板焊结构，内壁有堆焊层。反应器入口设液体分配器，中间设有催化剂支持盘，分配盘及冷氢盘，底部设有出口收集器，所有内件材料均采用不锈钢。2) 高压换热器120万吨/年柴油加氢精制有4台高压换热器，位号分别为E-1101、E-1102、E-1103A/B，由于E-1101为高压换热器在高温、高压、临氢及硫化氢介质的条件下操作，壳体材料采用15 CrMoR+0Cr18Ni10Ti，管束采用0Cr18Ni10Ti不锈钢。其余几台换热器相应操作条件要缓和一些。3) 高压容器柴油加氢精制装置20台。20台中有6台容器(即1台冷高压分离器V-1102；1台循环氢压缩机
4、入口聚结器V-1108；和4台新氢压缩机入口分液罐V-1107A/B、 V-1121A/B)在高压低温湿硫化氢条件下操作，在这种工况下会产生湿硫化氢应力腐蚀，均采用抗H2S应力腐蚀材料，S、P含量非常低，综合机械性能比较好。3) 塔器柴油加氢精制装置共有3台塔设备，即脱硫化氢气体塔（T1101）、产品分馏塔（T1102）、干气脱硫塔（T1103）。4) 高压空冷器柴油加氢精制装置4台13片，位号A-1101AD、A-1102、A-1103AD、A-1101AB。其操作介质中含有油气、H2、H2S及水，且在高压低温湿硫化氢条件下操作，因此管箱选用20R抗H2S应力腐蚀材料。装置高压空冷器采用丝堵
5、式管箱结构形式。管束入口内衬600mm长度的316L管以防止腐蚀。5) 联合压缩机组：加氢精制装置2台，位号为C-1101A/B，一开一备。采用新氢端3级压缩，循环端一级压缩，采用英国PBL公司产品。新氢压缩机输送介质含氢量96vol%（设计值），入口压力1.41MPa（G），采用6000V增安型无刷励磁同步电机驱动，新氢端额定气量17000Nm3/h，循环端额定气量73000Nm3/h。2台机组气缸和填料采用一台公用封闭式软化水站强制冷却。机组中间冷却器、润滑油冷却器及电机冷却采用循环水冷却。C1101A/B机组所需辅机设备及一次仪表、二次仪表随机采购，采用PLC控制显示；二次仪表全部引入D
6、CS综合控制系统。6) 多级高压泵柴油加氢精制装置中的反应进料泵P-1101A/B/C、流量大、扬程高、工作条件苛刻。这3台泵在装置中也是非常关键的设备。P1101A/B级数10级，效率约76，工质为催化柴油，两台泵公用一台油站，由沈阳水泵厂出品。P1101C级数8级，效率78，工艺介质为催化柴油，单独由一台油站供润滑油强制润滑，由兰炼机械厂出品。7) 加热炉柴油加氢精制装置设1座加热炉，即反应进料加热炉F-1101。F-1101加热炉热负荷为12MW。炉底设有12台附墙式扁平焰气体燃烧器，工艺介质先经对流室两排遮蔽管再进入辐射室 加热至工艺所需温度。辐射盘管采用单排垂直管双面辐射布置，其目的
7、在于保证管内两相流动能达到理想的流型，并且使得管外热强度和管壁温度较为均匀，提高管材利用率。对流盘管除二排遮蔽管采用光管外，其余对流管均为翅片管。由于管内被加热介质为H2+油，且含H2S，操作温度、压力较高，所以加氢精制装置的F-1101辐射炉管采用ASTM A312 TP347，4管程，国外采购。为了有效利用加热炉热量，F-1101对流室安排翅片管预热分馏塔进料介质，该部分翅片管的材质为20#钢，翅片材质为碳钢。加热炉设有加热炉余热回收系统，均采用顶置式热管空气预热器回收烟气余热，并设有鼓风机。2 加氢反应器反应器是加氢反应进行脱硫、脱氮、脱氧、脱金属，对油品加氢的场所，是装置的关键设备，工
8、作条件苛刻，制造困难，价格昂贵。加氢反应器的特点为：多层绝热、中间氢冷、挥发组分携热和大量氢气循环的三相反应器。根据介质的流动性质划分，它属于滴流床反应器，根据介质是否直接接触金属器壁，分为冷壁式反应器和热壁反应器两种结构。120万吨/年柴油加氢精制的反应器为热壁式结构。加氢反应器应具备条件：1 有良好的反应性能。液固两相有充分良好的接触，保持催化剂内外表面有足够的润湿效率，以使催化剂活性得到充分发挥，系统反应热能及时有效地导出反应区。尽量降低温升幅度与保持反应器径向床层温度的均匀。2 反应器内部的压力降不致过大，以减少循环氢压缩机的负荷，节省能源。2.1 反应器结构一 反应器内构件反应器内部
9、构件的主要目的是达到气液均匀分布。R-1101反应器内构件包括：入口扩散器、气液分配盘、催化剂支持盘、急冷氢箱及再分配盘、出口集合器等。 入口扩散器它置于反应器顶部，起到初步分配和缓冲进料的作用。 气液分配盘气液分配盘有两种结构，即溢流管分配盘和和泡帽分配盘，泡帽分配盘较常用。使用泡帽分配盘时，由于液体被气流携带通过泡帽的降液管，控制适当的气液流速可使泡帽降液管出口气液流处于喷射流型。泡帽齿缝的高度和宽度对液体的均匀分布都至关重要。这种分配盘使整个床面液相分配，不论气相、液相负荷如何变化，分配盘上的液面会自动调节，不会出现断流、液泛而影响操作。泡帽式分配结构可以获得床层界面温差1的效果。 催化
10、剂支持盘催化剂支承盘由T形梁、格栅、金属网组成。T形梁及筒体支持圈凸台的强度设计载荷，除考虑构件本身重量外，还要考虑流体净阻力降、床层上部结垢之后增加的阻力降、催化剂及其内储液体的质量、反向急冷增加的压降和紧急放空时流速增加产生的阻力降。在格栅上面焊接几层不同网目数的不锈钢丝网（根据催化剂颗粒大小而定），起到支承催化剂的作用。格栅上还开有催化剂连通管。 冷氢箱、飞溅盘与再分配盘冷氢箱与再分配盘置于两个固定床层之间。在冷氢箱中打入急冷氢，是为了导出加氢反应放出的反应热，控制反应物温度不超过规定值。冷氢管喷出的氢气流与上床层来的反应物初步混合后进入冷氢箱，在此进行均匀混合。冷氢箱底部是均布开孔的喷
11、液塔盘，气液两相均匀喷射到下层的再分配盘上，再分配盘与顶分配盘结构一样，起到对下床层截面均匀分配的作用。有些设计自催化剂支持盘到再分配盘之间设置几个连通管，内填充瓷球，卸催化剂只要打开底封头上的卸料口，就可以卸出全部催化剂。 底部出口收集器底部出口收集器的作用是支承催化剂，疏导反应物料，使催化剂颗粒不流入下游。 热电偶套管采用套管热电偶，即铠装热电偶。在测量截面上间隔120布置3根。二 反应器筒体反应器筒体是由带大法兰的上头盖、筒体和下封头组成，上头盖兼作人孔，密封采用八角垫密封。筒体制造分板焊结构与锻焊结构，大型和厚壁的反应器发展趋于锻焊结构。2.2 加氢高压设备材质选择与保护由于反应系统条
12、件苛刻，加氢反应系统的材质选择要满足高温、高压、临氢及含有H2S等要求。材质选用除满足强度条件外，还需考虑氢脆、氢腐蚀、硫化氢腐蚀、铬钼钢的回火脆化、硫化物应力腐蚀开裂和奥氏体不锈钢堆焊层剥离现象等因素。高温高压临氢反应器在使用条件下，金属筒体材料会吸收大量的氢，每当停工时，随着温度降低，溶解氢逐渐析出，少量在有缺陷的部位聚积。因此停工时冷却速度不能太快，使钢中吸藏的氢尽可能释放出来。加氢精制装置的反应器材料均选择了抗氢性能很好的12Cr2Mo1R钢。它具有良好的抗氢腐蚀性和较高的蠕变强度，内表面双层堆焊奥氏体不锈钢，过渡层309L、表层347。3 加热炉热量传递的基本方式有三种：导热、对流和
13、热辐射。它们往往同时发生，但在不同的场合又占有不同的地位，热辐射的规律与导热和对流有着根本的区别。加热炉就是一种通过对流和辐射把热量传导给工艺介质的设备。加热炉是管式加热炉的简称，是一种火力加热设备。利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，加热在炉管中高速流动的介质，使其达到工艺规定的温度，以供给介质在进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需要的热量，保证生产正常进行，是石油化工装置的主要设备之一。 管式加热炉中消耗的燃料量，其费用约占操作费用的6070。因此，炉子热效率的高低与节约燃料，降低成本有极密切的关系。一. 管式加热炉的分类和主要工艺指标加热炉的发展有一个从简单到复杂，从热效
14、率低走向热效率高，从不安全到安全的逐步完善的漫长历程。经过人们的不断探索，总结经验，在原来的主要部件如燃烧器，炉管，炉体及烟囱的基础上，增加了炉体保温，防爆门，空气预热器系统等部件以提高炉子热效率和安全操作的可靠性。管式加热炉的类型很多。如按用途分有纯加热炉和加热发应炉。前者如常压炉、减压炉，原料在管内只起到加热（包括汽化）的作用；后者如裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，同时还应保证有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。按炉内进行传热的主要方式分类，管式炉有纯对流式、辐射对流式和辐射式。根据炉型结构的不同，管式炉又分为箱式炉、立式炉和圆筒炉等。常见的几种炉型对比见下表:表 1 各种炉型比较项
15、目斜顶炉立式炉圆筒炉无焰炉燃料燃料油、燃料气燃料油、燃料气燃料油、燃料气高压燃料气工艺操作控制1.炉管受热强度分布不可调节1.炉管受热强度分布不可调节1. 炉管受热强度分布不可调节1.炉管受热强度可以调节2.挡墙上部炉管易烧化2.炉温升降调节灵敏，升温迅速2.热强度在辐射方向分布均匀，在管长方向分布不均匀2.炉温易控制，但升温慢3.两路炉管出口温度不易控制平稳火嘴数量少，调节灵活性小，点火容易，不易堵数量少，调节灵活性小，点火容易，不易堵数量少，调节灵活性小，点火容易，不易堵数量少，调节灵活性大，点火麻烦，易堵塞回火性危险不大危险性大危险性大危险性小火焰1.受风影响大1.刮风时火焰偏斜厉害1.
16、刮风时火焰易偏斜1.燃烧稳定2.过剩空气系数大2.过剩空气系数大2.过剩空气系数大2.过剩空气系数小噪音大大大小管式加热炉的主要工艺指标1 热负荷指炉子单位时间内传给被加热物料的总热量，单位KJ/h或W。此值越大，炉子的生产能力越大。 2 炉膛热强度指单位时间内单位炉膛体积所传递的热量，单位KJ/m3h或W/m3。此值越大，完成相同热任务所需的炉子越紧凑。3 炉管表面热强度指单位时间内单位炉管表面积所传递的热量，单位为KJ/(m2h)或W/m2。此值越高，完成相同热任务所需的传热面积越小。4 全炉热效率指炉子供给被加热物料的有效热量与燃料燃烧放出的总热量之比。此值越高，完成相同热任务所消耗的燃
17、料越少。5 管内介质流速和全炉压降各种近代管式加热炉总是力求在满足工艺要求和安全运转的条件下，尽力提高炉管表面热强度，减少传热面积；提高炉膛热强度，缩小炉子体积，以节省基建投资；同时尽力提高全炉热效率，降低燃料用量，以节省操作费用。二. 管式加热炉的工作原理管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器以及通风系统五个主要部分组成，其工作原理：炉底的燃烧器（火嘴）因油（气）燃烧的高温火焰，其热量以辐射传热的方式，将大部分热量传给辐射室（炉膛），通过炉管（辐射管）将内部流动的介质（油品等）加热，高温烟气进入对流室，以对流的方式，继续将部分热量传给对流室炉管内流动的介质，降至200左右的烟气
18、经烟囱排入大气。介质先进入对流管再进入辐射管，不断吸收高温烟气传来的热量，逐步升高到所需要的温度，最后送出加热炉。三. 加热炉的结构主要部件有燃烧器、炉管、炉体、烟囱、炉体保温、防爆门、空气预热器等。1、 燃烧器：炉子的燃料（气体、液体）是通过燃烧器进行燃烧的，是炉子的供热部件。它可分为气体燃烧器，液体燃烧器和油气联合燃烧器。燃烧器是加热炉的重要部件，使用的效果如何将直接关系到加热炉的处理能力，因此正确地选型、设计、安装使用和维护燃烧器就显得至关重要，否则难以发挥其应有的效果。2、 辐射室：将在燃料燃烧时产生的高温烟气及火焰所放出的热量以辐射传热的形式传给敷设在室内的辐射炉管。辐射室是加热炉传
19、热的主要部分。3、 对流室：将从辐射室流入的高温烟气和火焰所放出的剩余热量以对流传热方式传给敷设在室内的对流炉管。对流室除加热油品外，有时还用于加热蒸汽。4、 炉管：是炉子的主要组成部分，它是被加热流体的通道，管子间用回弯头连接起来形成连续的蛇形管。炉管按所处位置分为辐射管和对流管；按外形又可分为光管，钉头管，翅片管；辐射管采用光管；对流管采用光管、钉头管和翅片管中的两种或三种组合；钉头管和翅片管增加了传热面积，提高了传热的效果。5、 烟囱和烟道：将炉膛产生的烟气排入大气，其内部均用耐火和保温材料衬里，为了调节燃烧室内的压力，烟道中装有活动的烟道挡板。6、 炉墙；构成炉子辐射室、对流室的外围墙
20、体。一般用耐火材料、绝热材料和保温材料组成。对炉墙的基本要求是绝热良好，热损失小，牢固可靠，重量轻而廉价，易于建造和维修。炉墙上的适当位置有各种门孔，如看火窗、人孔防爆门和炉管检查孔等。另外还有炉底、炉顶、炉子金属构架，炉管回弯头，管件支承等部件。四. 本装置加热炉系统的特点和技术参数1、反应进料加热炉（F-1101）F-1101为加氢精制进料反应加热炉，其辐射室炉管为立式布置、对流室炉管为水平水平布置的管箱式炉，负荷分别为12MW。炉底设12台气体燃烧器，工艺介质先后经对流室、辐射室加热至工艺所需温度。辐射盘管采用二排垂直管双面辐射布置，其目的在于保证管内两相流动能达到理想的流型，并且使得管
21、外热强度和 管壁温度较为均匀，提高管材利用率。对流盘管除二排遮蔽管采用光管外，其余对流管均为翅片管。由于管内被加热介质为H2+油，且含H2S，操作温度、压力较高，所以F-1101辐射炉管及对流室的两排遮蔽管材质均采用ASTMA312 TP347，4管程。加热炉辐射室侧墙上部、端部及炉顶采用耐火纤维制品炉衬，侧墙下部衬里采用高铝隔热耐火砖及耐火纤维制品背衬结构，炉底衬里采用耐火砖干砌及轻质浇注料背衬结构，对流室、烟道及烟囱的衬里全部采用轻制浇注料。本炉选用衬里的特点是使用温度高、保温性能好、使用寿命长且施工简便。图3-1 箱式加热炉结构图图3-2 圆筒炉结构图3、余热回收系统为了提高加热炉的热效
22、率，加氢精制装置的加热炉设置了顶置式热管式空气预热器系统，并设有鼓风机和引风机。来自对流室的热烟气经热烟道进入热管空气预热器与空气换热后由烟气引风机排入冷烟道，冷烟气经冷烟道返回炉顶烟囱排入大气。冷空气由空气鼓风机送入热管空气预热器与烟气换热后经热风道供炉底燃烧器使用。余热回收系统中所有烟道均采用轻制浇注料作为衬里，而热风道则采用岩棉板外包镀锌铁皮进行保温， 从而使炉子的热效率达89%。4、热管换热器热管是一种高传热效率的设备，依靠其内部工质在一个抽成高真空的封闭壳体内循环相变而传递热量的设备。工质在加热段吸收烟气余热后汽化，到放热段放出热量给空气而凝结，并回流到加热段重新吸热，从而通过热管内
23、工质的相变将烟气的余热传递给冷空气，达到预热空气的目的。热管表面是一个密封的壳体，高度真空，管内装有一定量的挥发性液体，称之为工质；沿管内壁铺设一定厚度的毛细材料，称为管芯。管芯中吸满工质液体，而在管中心的空间内充满了工质的饱和蒸气。冷凝端的液体靠重力自然回流，热管放置倾斜度大于7。图3-3 热管工作原理图五. 加热炉的操作1 理论空气用量和过剩空气系数要保证燃料在炉内完全燃烧，必须在操作中供给加热炉足够的空气量。但由于炉子在实际操作中，空气与燃料的混合总不能非常均匀，所以要使燃料完全燃烧，必须供给比理论空气量多的空气。管式炉中实际入炉空气量与理论空气量之比值叫做过剩空气系数，通常以表示。过剩
24、空气系数是影响管式炉性能，特别是全炉热效率的一项重要指标。过剩空气系数太小，空气量供应不足，燃料不能充分燃烧，炉子热效率降低；过剩空气系数太大，入炉空气量过多，相对降低了炉膛温度和烟气的黑度，影响传热效果。同时也增加了排出的烟气量，使烟气从烟囱带走的热损失增加，全炉热效率降低(一般过剩空气系数每增加0.1，炉子热效率降低1.5%左右）。此外，过多的空气还会使烟气含氧量增高，加剧了氧化脱皮儿缩短管子的使用寿命。所以，在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽力降低加热炉的过剩空气系数。气体燃料所需过剩空气系数在1.11.2，液体燃料的系数在1.21.3左右。保证加热炉良好燃烧时的最低烟气氧含量在34(体积
25、）左右。2 露点腐蚀对于管式加热炉，排放烟气量(与过剩空气系数有关）越少，排出温度越低，烟气带走的热量损失越小，炉子热效率越高。但烟气出口温度不能任意降低，因为它不仅受到原料入炉温度的限制，而且由于烟气中硫化物的腐蚀作用，烟气排出温度还必须高于烟气的露点温度。露点温度：当烟气温度过低时，烟气中的水蒸气在金属管壁上冷凝，并吸收烟气中的SO2生成亚硫酸，对管壁有腐蚀作用；而烟气中由SO3与水蒸气结合生成的硫酸，在低于露点温度的金属表面上也会冷凝。产生低温硫酸腐蚀，此现象即所谓的烟气露点腐蚀。使烟气中水蒸气产生冷凝时的临界温度称为露点温度。烟气的露点温度是变化的，影响主要因素有二个：燃料中的硫含量和
26、空气中湿度。此外尾气中的氧含量对酸露点也有影响。当排烟温度低于露点温度时，烟道、余热回收系统、热管表面将产生酸腐蚀，引起管子腐蚀穿孔。通常情况下，烟气排出温度控制在200，并根据燃料性质尽可能降低这一数值。空气预热器除了露点腐蚀外，积灰堵塞也是另一个重要问题。腐蚀和积灰共同作用的产物吸附烟在管壁表面呈粘状，很难清除。因此应定期吹灰。六. 烘炉本装置加热炉F-1101为新建，耐火材料里含水很多。为防止因温度突然上升，炉子耐火材料里水份急剧汽化体积膨胀，使耐火衬里和耐火砖产生龟裂、脱落，所以新炉子投用前(包括老炉子修耐火衬里后)必须先烘炉，从而脱除炉体耐火砖衬里材料的自然水、结晶水，增加材料的强度
27、和使用寿命。同时通过烘炉，考验炉体钢结构及“三门一板”，火咀、阀门等安装是否灵活好用，考察系统仪表是否好用，通过烘炉、熟悉和掌握加热炉的操作以及对空气预热系统的性能测试。烘炉曲线见下图。图3-4 烘炉曲线七. 加热炉数据表加热炉技术参数位号F-1101名称加氢精制反应进料加热炉炉型箱式炉设计负荷MW12规格12MW-9.2MPa-180-168.3-89操作条件介质原料油+循环氢温度 335压力MPa7.3材质炉构架Q235-BF炉管ASTMA312TP347翅片20#隔热砖衬里、耐火纤维燃烧器型号(0.35MW)待定数量12炉管规格辐射室1801212000(24根)1801213500(4
28、根)168.310.9712000(3根)168.310.9713350(3根)对流室光管168.310.9712700(2根)168.310.9712000(6根)翅片管89612700(4根)89612000(12根)4 塔设备塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等生产中最重要的设备之一。它可使气(汽）液两相之间进行充分接触，达到相际传热及传质的目的。在塔设备中能进行的单元操作有精馏、吸收、解吸、气体的增湿和冷却等。精馏和吸收等传质过程所用的塔设备，按塔的内件结构分为板式塔和填料塔。 在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传
29、质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 在填料塔中，塔内装填一定高度的填料。液体自塔顶沿填料表面向下流动，作为连续相的气体自塔底向上流动，与液体进行逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。板式塔的类型很多，生产中应用最多的是浮阀型塔和筛板塔。传统的圆形泡帽(罩）塔已逐渐被各种浮阀，筛板等强度和效率较高的塔板所代替。另外还有舌形塔、浮动舌形塔、穿流式栅板塔、Kittel塔盘等。塔设备的结构包括塔体、支座(裙座)、除沫器、接管、人孔及塔内件。4-1精馏原理下图为一典型的精馏塔，待分离的原料自中部某处进入，进料板以上称为精馏段，以下则称为提馏段。塔顶装有冷凝器，塔顶蒸汽在冷凝器中冷凝，一部分作为回
30、流由塔顶送入塔中，一部分作为产品送出。塔底装有再沸器，来自塔底的液体在此部分汽化，气相返回塔底，液相作为塔底产品。沿塔高度温度是变化的，塔顶温度最低，塔底最高，由下往上温度逐板降低。塔内设有若干层塔板，塔板是汽、液相间传质传热的场所。沿塔高蒸汽的体积流量是有变化的，尤其是精馏段和提馏段的蒸汽量往往有较大差别。1 精馏和回流的作用 精馏段所起的作用是将进入的汽相混合物中轻组分提浓，在塔顶得到合格的产品，液相回流则起着精馏介质的作用。2 提馏段和再沸器的作用 提馏段的作用是将进入该段的液相中的重组分提浓，在塔底获得高纯度的重组分。提馏段中的汽相则作为精馏介质汽相回流。图4-1分馏塔工作原理图有精馏
31、段和提馏段的精馏塔称为完全塔，炼油厂的原油蒸馏塔可在塔底吹入水蒸气而不设再沸器。原因在于蒸馏塔底温度太高，找不到适当的热载体，而且塔底重油不适宜于较长时间加热。因此通常把这一段称为汽提段。综上所述，精馏过程的原理可以叙述如下：高温低浓度(指低于与液相成平衡的汽相浓度)的汽相与低温高浓度(指高于与汽相成平衡的液相浓度)的液相接触，同时传热传质，汽相部分冷凝，液相部分汽化，结果汽相温度降低，其中轻组分得到提浓，液相温度升高，其中重组分得到提浓，此过程多次重复即可在塔顶和塔底得到合乎要求的产品。4-2塔板的结构及类型塔板的主要部件有：a 降液管 板上的液体通过降液管流至下一层塔板。b 溢流堰(出口堰
32、） 用来保持塔板上能有一定厚度的液层。c 入口堰 对进入塔板的液体起分布和缓冲作用，有些塔不设入口堰，侧线抽出口设有。d 鼓泡构件 形成气液两相传热、传质的主要构件。塔板类型很多，其主要区别即在所采用的鼓泡构件不同。常用的鼓泡构件有：i 筛板 气体通过板上钻的小孔来形成鼓泡层、泡沫层。ii 浮阀 气体通过安装在塔板上的浮阀单元形成鼓泡层、泡沫层。随气体(蒸汽）负荷的变化浮阀可以上下浮动。iii 圆形泡罩 气体由升气管进入泡帽，然后经泡帽和升气管间的回转信道，穿过泡帽上的齿缝与塔板上的液体接触形成鼓泡层。图4-2 圆形泡罩结构图4-3 塔板的工作原理当流体由上层塔板的降液管流下进入塔板后，就沿横
33、向流经塔板至出口堰，经降液管流入下一层塔板。气体由塔板下方上升，穿过阀孔或筛孔以鼓泡方式(或喷射方式）和塔板上流动的液体接触，在塔板上形成鼓泡层、泡沫层(或喷溅层），其密度要比清液小。当气泡在液层表面破裂时会夹带出一部分液滴，所夹带液滴中较大的液滴在气流进入上层塔板以前还能回落到该板上，但较小的液滴将随上升气流被夹带进入上层塔板上，这种现象称为雾沫夹带。气体向上流动的推动力是两层塔板间的压差，被称为塔板的压力降。由于下层塔板的压力高于上层塔板的压力，液体由降液管流至下层塔板时是由低压流向高压，再加上液体通过降液管流动时还需克服一定的阻力，因此降液管中的液面必定高于塔板上的液面。当降液管中液面超
34、过上层塔板的堰口而与上层塔板上液面相连时，就会阻碍液体在降液管中的正常下流，造成液体在塔内积累而形成淹塔现象。4-4 塔板的结构型式（一） 塔板1 单溢流(直径流向） 液体在塔板上沿直径方向作单向流动。液体横流过塔板，通过另一端的降液管流至下层塔板。当塔径较大或液体流量较大时，塔板阻力大，造成显着的液面落差，从而造成蒸汽分布不均匀。因此直径大于2.0m的塔为了减少液面落差常采用双溢流塔板。2 双溢流(分离流向) 塔板上液体分成两股流动。分别由两侧流向中央的降液管，经中央的降液管流至下层塔板后，又由中央分流至两侧的降液管。液体在相邻两层板上的流向相反。采用双溢流时，由于液体的流程、流量均为一半，
35、因此液面落差显着降低。但需采用两种结构不同的塔板。 图4-3 塔板结构形式（二） 降液管 常用的降液管形式有弓形、矩形和圆形。弓形降液管应用最广，在双溢流的塔板中需同时应用弓形和矩形降液管。（三） 溢流堰 设置溢流堰的目的是为保证塔板上有一定厚度的液层，使蒸汽通过塔板时与液相充分接触。溢流堰和降液管连在一起。（四） 受液盘 塔板受液盘可以采用平型或凹型。凹型受液盘能保证降液管下部在各种情况下都为液体封住，而且对降液管中流下的液体起缓冲作用，避免了液体直接由降液管涌向塔板而影响附近几排浮阀或筛孔的正常鼓泡。（五） 浮阀 浮阀单元应用最广泛的是圆盘式浮阀(我国称为F1型浮阀），当蒸汽量很小时，浮阀
36、落在塔板孔上仍保持一最小开度，同时也防止阀片被粘着和腐蚀。（六） 通道板 为进行塔内清洗和检修，使人能进入各层塔盘，可在塔盘板接近中央设置一块内部通道板，通道板一般是上下可拆的。各层内部通道板最好开在同一垂直位置上，以利于采光和拆卸。4-5 操作中的几种不正常现象1 严重雾沫夹带：这种现象是由于流经塔板的汽相负荷过大而引起的。在正常操作时，气体通过塔板的鼓泡组件，与塔板上的液流相遇，塔板上的液体即被气流所搅动、分散，并吹起而在塔板上面形成泡沫层。此时离开塔板的气体必然夹带着泡沫或小液滴，由于液滴很小，尚来不及沉降就被带到上层塔板，对这种现象，人们称之为雾沫夹带。这种现象的发生，一方面降低了塔板
37、的分馏效果，另一方面由于在气体负荷加大时，气速的增加使气液搅动加剧，而有利于传质过程的进行。2 严重气泡夹带(降液管超负荷）此种现象的发生是由于通过降液管的回流液体负荷过大而引起的。液体流入降液管时常带有大量的汽泡，它在管中应有足够的停留时间以便沉降，使泡沫分离成气体与清液，气体上升回到上层塔板。如果液体负荷增加，液体在降液管中的停留时间缩短，液体夹带的汽泡来不及分离就带到下层塔板，就会降低分馏效果。3 泄漏此种现象的发生是由于塔板上的气相负荷过小而引起的。当处理量太小，塔内气速很低时，大量液体由于重力的作用，便从阀孔或筛孔漏下，这种情况称为“泄漏”。由于液体没有和塔板上的气体充分接触就漏到下
38、层塔板，所以降低了塔板效率。圆形泡帽塔板是属于无泄漏型塔板。4 淹塔(液泛)此种现象的发生是由于塔内汽、液相负荷都过大而引起的。由于气液负荷过大，液体充满了整个降液管，从而使上下塔板的液体联成一体，分馏效果完全遭到破坏，这种现象称为“淹塔”或“液泛”。5 压力容器“压力容器”是指压力达到一定数值，同时容器的容积超过一定限度、容器所处的工作温度使其内部有呈气体状态介质的密封容器。压力容器的工作条件一般较为苛刻，除承受介质的压力外，还常处于高温或低温的状况下，容器内的介质往往存在不同程度的腐蚀性。我国的国标规定，压力容器的条件有以下三条：1 最高工作压力0.1Mpa;2 容器内径0.15m，且容积
39、V0.025m3;3 介质为气体、液化气体或标准沸点小于等于最高工作温度的液体。同时具备以上3个条件的容器称为压力容器。一 压力容器的分类压力容器的分类方法很多二 压力容器的基本结构容器一般由筒体、封头、支座、接管、人孔、内件等组成。附图5-1为加氢精制装置高压分离器D-54102的结构剖面图。三 压力容器的安全附件液位计、温度计、压力表和安全阀统称为压力容器的安全附件，其作用是及时准确地显现容器内的液位。温度、压力等参数的数值及变化，当压力超高时安全阀自动起跳，及时泄放物料，以维持器内压力不超过规定值，为安全使用压力容器提供了可靠的保证。6 换热设备在炼油和化工生产中，传热过程是石油化工生产
40、中一个极其普遍的组成部分。将热量由温度较高的热载体传递给温度较低的冷载体的设备称为换热设备，换热器是换热设备的总称。换热设备是炼油厂最广泛使用的设备，约占工艺设备总投资的12%20%，占工艺设备重量的2550，检修工作量有时占总检修工作量的60%70%。因此，合理地选择换热器，正确地使用，维护换热器，对于节约投资、节能降耗，保证安稳长满优的生产，有着重要的意义。1. 换热设备的分类管壳式换热器目前在石化工业中应用最为普遍，占总量的90%以上。2 换热器的工作原理两种温度不同的流体通过热量的交换，使一种流体降温而另一种流体升温，以加热原料、回收热量、冷却产品。按照换热时流体的热量传递方式换热设备
41、可分为间壁式、直接混合式和蓄热式三种类型，间壁式换热器是化工炼油装置中应用最为广泛最主要的类型。它的原理是冷、热两股流体被一个固体壁隔开，高温流体首先将所带热量传给间壁，然后靠间壁将所得热量传给被加热的低温流体，而冷热两种流体互不相混。由于器内流体(热流体及冷流体)的流动，与管壁之间以对流方式交换热量，而管壁内部又以导热方式进行传递热量。蓄热式和直接混合式换热器则应用较少。6-1 管壳式换热器一管壳式换热器的类型 管壳式换热器也叫管束式换热器或列管式换热器。它由胀接(或焊接)在管板上的管束装于圆筒形外壳内组成，见图。一种流体(设为高温载体)由管程进口进入管箱，沿管束的管内流动再经过管箱由管程出
42、口排出；另一种流体(设为低温热载体)由壳程进口进入，穿过装满管束的壳体空间经壳程出口排出，两种流体在换热器内通过管束的管壁传送热量。图6-1 管壳式换热器结构类型二 管壳式换热器的结构特点 1管子与管板。管子与管板的连接形式有三种：胀接、焊接和胀焊联合连接。对高温高压换热器可采用胀焊联合的方法。该连接方法不仅能提高连接强度，还可以避免应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。管子在管板上的排列有三角形排列和正方形排列。常用管子的规格为192(mm)、25X 2.5(mm)，长度有3、6和9 m。2管束的分程。在换热器的管箱内设置隔板，将全部管子平均分隔成若干组，称管程数，使流体在管内依次往返多次，从而
43、提高管程流速，改善传热效果。通常把流体在管束内由管箱到另一端(如浮头)，或由另一端到管箱的流动次数叫管程数。见图6-2。图6-2 分程隔板布置形式3折流板。壳程的横截面积一般比管程的横截面积大，为增加流速，并使流体垂直于管子流过，通常在壳程设置折流板。这不仅提高了传热效果，也起到了支撑管束的作用。常用的折流板有弓形和圆环形。4. 浮头结构。浮头是浮头式换热器的热补偿结构，它由浮头管板、浮头端盖和两个半圆型压圈(钩圈）组成。浮头和壳体不固定，管束可以自由胀缩并可抽出，由此避免了管束和壳体因温差产生的热应力。浮头处于壳程介质中，为保证管程和壳程两种介质隔离，因此要求浮头处的密封结构工作可靠。三几种
44、典型的管壳式换热器1 固定管板式。两端管板均与壳体焊接固定，结构简单，造价低。但当管子与壳体温差很大时，由于各自的膨胀量不同会产生较大的热应力，甚至会破坏管子与管板的连接造成泄漏，所以它适用于冷热流体的平均温差不超过6080C的场合。此外，这种换热器的壳程无法进行机械清洗，所以要求壳程流体不易结垢或沉淀。管板式换热器的管板兼做法兰，与壳体间采用不可拆的焊接连接；而浮头式、填函式和U形管式换热器的固定端管板被夹持在壳体法兰和管箱法兰之间，是可拆连接，因此管束可以抽出进行清洗和检修。2 带膨胀节的固定管板式。如图所示，在壳体上装有波形膨胀节，可补偿部分热膨胀量，以减少由于管、壳程温差引起的热应力。
45、但波形膨胀节管壁较厚时，作用不明显，所以这种形式的换热器主要用于管、壳程流体温差较大、压力较低(如壳程压力小于0.61.0MPa)的场合。图6-3 带膨胀节的固定管板式换热器外形图3 浮头式 由于炼油厂中换热过程大多是在较高温差和压力下进行的，故浮头式换热器得到了广泛的应用。如图所示，管束一端可在壳体内自由滑动，这样就不受冷热流体温差的限制，可以有效地消除热应力。此外，检修时整个管束可以从壳体抽出，清洗和换管较方便，对流体也没有限制。但是浮头式也存在缺点：结构复杂，金属耗量大，造价较高；当浮头外垫片密封不严时，管内外流体互混不易被发现等缺点。图6-4 浮头式换热器结构剖面图4 U形管式。U形管
46、换热器是由管箱、壳体、管束等零部件组成，只需一块管板，重量较轻。在同样直径情况下的所有换热器中换热面积最大，其结构较简单、紧凑，在高温、高压下金属耗量最小，目前加氢高压换热器已全部采用U形管换热器。这种换热器的优点是管子能自由伸缩，可完全消除管束部分的热应力，也可以从壳体内抽出，便于清洗。但管子内壁在U形弯头处不易清洗，坏管不易更换。它主要适用于高温高压且流体清洁的场合。5 双壳程换热器 双壳程换热器，其结构与浮头式换热器、u形管换热器与固定管板换热器相同，所不同的是在管束中心放置一块纵向隔板，折流板被上下隔开，用密封片将壳程一分为二，改变了壳程介质的流动方式增加了流体的湍流程度，管壳程介质呈纯逆流流动，无温度交叉。因此，它的传热效率提高，传热面积减少。但是，相应的其壳程压降提高，分程隔板密封处易泄漏。6-2 空冷器1普通空冷器空气冷却器用空气作冷却介质，使空气错流通过翅片管外侧，使管内的热介质发生冷凝或冷却的换热设备。由于用空气代替水作冷却剂，可节约大量用水，目前在炼油厂内已被大量使用。它由轴流风机以及一组或几组放在框架之上的管束所组成。管束包括翅片管、管箱、侧面壁及支架等部分。在管束下面用轴流式风机，强制空气吹过管束将管内流
