【文章內容簡介】 塔底最高，由下往上溫度逐板降低。塔內設有若干層塔板，塔板是汽、液相間傳質傳熱的場所。沿塔高蒸汽的體積流量是有變化的，尤其是精餾段和提餾段的蒸汽量往往有較大差別。1． 精餾和回流的作用 精餾段所起的作用是將進入的汽相混合物中輕組分提濃，在塔頂得到合格的產品，液相回流則起著精餾介質的作用。2． 提餾段和再沸器的作用 提餾段的作用是將進入該段的液相中的重組分提濃，在塔底獲得高純度的重組分。提餾段中的汽相則作為精餾介質—汽相回流。圖41分餾塔工作原理圖有精餾段和提餾段的精餾塔稱為完全塔，煉油廠的原油蒸餾塔可在塔底吹入水蒸氣而不設再沸器。原因在于蒸餾塔底溫度太高，找不到適當的熱載體，而且塔底重油不適宜于較長時間加熱。因此通常把這一段稱為汽提段。綜上所述，精餾過程的原理可以敘述如下：高溫低濃度(指低于與液相成平衡的汽相濃度)的汽相與低溫高濃度(指高于與汽相成平衡的液相濃度)的液相接觸，同時傳熱傳質，汽相部分冷凝，液相部分汽化，結果汽相溫度降低，其中輕組分得到提濃，液相溫度升高，其中重組分得到提濃，此過程多次重復即可在塔頂和塔底得到合乎要求的產品。167。42．塔板的結構及類型塔板的主要部件有：a 降液管 板上的液體通過降液管流至下一層塔板。b 溢流堰(出口堰） 用來保持塔板上能有一定厚度的液層。c 入口堰 對進入塔板的液體起分布和緩沖作用，有些塔不設入口堰，側線抽出口設有。d 鼓泡構件 形成氣液兩相傳熱、傳質的主要構件。塔板類型很多，其主要區(qū)別即在所采用的鼓泡構件不同。常用的鼓泡構件有：i 篩板 氣體通過板上鉆的小孔來形成鼓泡層、泡沫層。ii 浮閥 氣體通過安裝在塔板上的浮閥單元形成鼓泡層、泡沫層。隨氣體(蒸汽）負荷的變化浮閥可以上下浮動。iii 圓形泡罩 氣體由升氣管進入泡帽，然后經泡帽和升氣管間的回轉信道，穿過泡帽上的齒縫與塔板上的液體接觸形成鼓泡層。圖42 圓形泡罩結構圖167。43 塔板的工作原理當流體由上層塔板的降液管流下進入塔板后，就沿橫向流經塔板至出口堰，經降液管流入下一層塔板。氣體由塔板下方上升，穿過閥孔或篩孔以鼓泡方式(或噴射方式）和塔板上流動的液體接觸，在塔板上形成鼓泡層、泡沫層(或噴濺層），其密度要比清液小。當氣泡在液層表面破裂時會夾帶出一部分液滴，所夾帶液滴中較大的液滴在氣流進入上層塔板以前還能回落到該板上，但較小的液滴將隨上升氣流被夾帶進入上層塔板上，這種現象稱為霧沫夾帶。氣體向上流動的推動力是兩層塔板間的壓差，被稱為塔板的壓力降。由于下層塔板的壓力高于上層塔板的壓力，液體由降液管流至下層塔板時是由低壓流向高壓，再加上液體通過降液管流動時還需克服一定的阻力，因此降液管中的液面必定高于塔板上的液面。當降液管中液面超過上層塔板的堰口而與上層塔板上液面相連時，就會阻礙液體在降液管中的正常下流，造成液體在塔內積累而形成淹塔現象。167。44 塔板的結構型式（一） 塔板1． 單溢流(直徑流向） 液體在塔板上沿直徑方向作單向流動。液體橫流過塔板，通過另一端的降液管流至下層塔板。當塔徑較大或液體流量較大時，塔板阻力大，造成顯著的液面落差，從而造成蒸汽分布不均勻。2． 雙溢流(分離流向) 塔板上液體分成兩股流動。分別由兩側流向中央的降液管，經中央的降液管流至下層塔板后，又由中央分流至兩側的降液管。液體在相鄰兩層板上的流向相反。采用雙溢流時，由于液體的流程、流量均為一半，因此液面落差顯著降低。但需采用兩種結構不同的塔板。 圖43 塔板結構形式（二） 降液管 常用的降液管形式有弓形、矩形和圓形。弓形降液管應用最廣，在雙溢流的塔板中需同時應用弓形和矩形降液管。（三） 溢流堰 設置溢流堰的目的是為保證塔板上有一定厚度的液層，使蒸汽通過塔板時與液相充分接觸。溢流堰和降液管連在一起。（四） 受液盤 塔板受液盤可以采用平型或凹型。凹型受液盤能保證降液管下部在各種情況下都為液體封住，而且對降液管中流下的液體起緩沖作用，避免了液體直接由降液管涌向塔板而影響附近幾排浮閥或篩孔的正常鼓泡。（五） 浮閥 浮閥單元應用最廣泛的是圓盤式浮閥(我國稱為F1型浮閥），當蒸汽量很小時，浮閥落在塔板孔上仍保持一最小開度，同時也防止閥片被粘著和腐蝕。（六） 通道板 為進行塔內清洗和檢修，使人能進入各層塔盤，可在塔盤板接近中央設置一塊內部通道板，通道板一般是上下可拆的。各層內部通道板最好開在同一垂直位置上，以利于采光和拆卸。167。45 操作中的幾種不正?，F象1． 嚴重霧沫夾帶：這種現象是由于流經塔板的汽相負荷過大而引起的。在正常操作時，氣體通過塔板的鼓泡組件，與塔板上的液流相遇，塔板上的液體即被氣流所攪動、分散，并吹起而在塔板上面形成泡沫層。此時離開塔板的氣體必然夾帶著泡沫或小液滴，由于液滴很小，尚來不及沉降就被帶到上層塔板，對這種現象，人們稱之為霧沫夾帶。這種現象的發(fā)生，一方面降低了塔板的分餾效果，另一方面由于在氣體負荷加大時，氣速的增加使氣液攪動加劇，而有利于傳質過程的進行。2． 嚴重氣泡夾帶(降液管超負荷）此種現象的發(fā)生是由于通過降液管的回流液體負荷過大而引起的。液體流入降液管時常帶有大量的汽泡，它在管中應有足夠的停留時間以便沉降，使泡沫分離成氣體與清液，氣體上升回到上層塔板。如果液體負荷增加，液體在降液管中的停留時間縮短，液體夾帶的汽泡來不及分離就帶到下層塔板，就會降低分餾效果。3． 泄漏此種現象的發(fā)生是由于塔板上的氣相負荷過小而引起的。當處理量太小，塔內氣速很低時，大量液體由于重力的作用，便從閥孔或篩孔漏下，這種情況稱為“泄漏”。由于液體沒有和塔板上的氣體充分接觸就漏到下層塔板，所以降低了塔板效率。圓形泡帽塔板是屬于無泄漏型塔板。4． 淹塔(液泛)此種現象的發(fā)生是由于塔內汽、液相負荷都過大而引起的。由于氣液負荷過大，液體充滿了整個降液管，從而使上下塔板的液體聯成一體，分餾效果完全遭到破壞，這種現象稱為“淹塔”或“液泛”。附表41 ：聯合加氫裝置板式塔數據表167。5 壓力容器“壓力容器”是指壓力達到一定數值，同時容器的容積超過一定限度、容器所處的工作溫度使其內部有呈氣體狀態(tài)介質的密封容器。壓力容器的工作條件一般較為苛刻，除承受介質的壓力外，還常處于高溫或低溫的狀況下，容器內的介質往往存在不同程度的腐蝕性。我國的國標規(guī)定，壓力容器的條件有以下三條：1． 最高工作壓力≧。2． 容器內徑≧，且容積V≧。3． 介質為氣體、液化氣體或標準沸點小于等于最高工作溫度的液體。同時具備以上3個條件的容器稱為壓力容器。一． 壓力容器的分類壓力容器的分類方法很多二． 壓力容器的基本結構容器一般由筒體、封頭、支座、接管、人孔、內件等組成。附圖51為加氫精制裝置高壓分離器D54102的結構剖面圖。三． 壓力容器的安全附件液位計、溫度計、壓力表和安全閥統稱為壓力容器的安全附件，其作用是及時準確地顯現容器內的液位。溫度、壓力等參數的數值及變化，當壓力超高時安全閥自動起跳，及時泄放物料，以維持器內壓力不超過規(guī)定值，為安全使用壓力容器提供了可靠的保證。四． 裝置壓力容器匯總表附表51 加氫裂化裝置壓力容器參數一覽表附表52 加氫精制裝置壓力容器參數一覽表167。6 換熱設備在煉油和化工生產中，傳熱過程是石油化工生產中一個極其普遍的組成部分。將熱量由溫度較高的熱載體傳遞給溫度較低的冷載體的設備稱為換熱設備，換熱器是換熱設備的總稱。換熱設備是煉油廠最廣泛使用的設備，約占工藝設備總投資的12%～20%，占工藝設備重量的25％～50％，檢修工作量有時占總檢修工作量的60%～70%。因此，合理地選擇換熱器，正確地使用，維護換熱器，對于節(jié)約投資、節(jié)能降耗，保證安穩(wěn)長滿優(yōu)的生產，有著重要的意義。1. 換熱設備的分類管殼式換熱器目前在石化工業(yè)中應用最為普遍，占總量的90%以上。2 換熱器的工作原理兩種溫度不同的流體通過熱量的交換，使一種流體降溫而另一種流體升溫，以加熱原料、回收熱量、冷卻產品。按照換熱時流體的熱量傳遞方式換熱設備可分為間壁式、直接混合式和蓄熱式三種類型，間壁式換熱器是化工煉油裝置中應用最為廣泛最主要的類型。它的原理是冷、熱兩股流體被一個固體壁隔開，高溫流體首先將所帶熱量傳給間壁，然后靠間壁將所得熱量傳給被加熱的低溫流體，而冷熱兩種流體互不相混。由于器內流體(熱流體及冷流體)的流動，與管壁之間以對流方式交換熱量，而管壁內部又以導熱方式進行傳遞熱量。蓄熱式和直接混合式換熱器則應用較少。167。61 管殼式換熱器一．管殼式換熱器的類型 管殼式換熱器也叫管束式換熱器或列管式換熱器。它由脹接(或焊接)在管板上的管束裝于圓筒形外殼內組成，見圖。一種流體(設為高溫載體)由管程進口進入管箱，沿管束的管內流動再經過管箱由管程出口排出；另一種流體(設為低溫熱載體)由殼程進口進入，穿過裝滿管束的殼體空間經殼程出口排出，兩種流體在換熱器內通過管束的管壁傳送熱量。圖61 管殼式換熱器結構類型二． 管殼式換熱器的結構特點 1．管子與管板。管子與管板的連接形式有三種：脹接、焊接和脹焊聯合連接。對高溫高壓換熱器可采用脹焊聯合的方法。該連接方法不僅能提高連接強度，還可以避免應力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。管子在管板上的排列有三角形排列和正方形排列。常用管子的規(guī)格為Φ192(mm)、Φ25X (mm)，長度有6和9 m。2．管束的分程。在換熱器的管箱內設置隔板，將全部管子平均分隔成若干組，稱管程數，使流體在管內依次往返多次，從而提高管程流速，改善傳熱效果。通常把流體在管束內由管箱到另一端(如浮頭)，或由另一端到管箱的流動次數叫管程數。見圖62。圖62 分程隔板布置形式3．折流板。殼程的橫截面積一般比管程的橫截面積大，為增加流速，并使流體垂直于管子流過，通常在殼程設置折流板。這不僅提高了傳熱效果，也起到了支撐管束的作用。常用的折流板有弓形和圓環(huán)形。4. 浮頭結構。浮頭是浮頭式換熱器的熱補償結構，它由浮頭管板、浮頭端蓋和兩個半圓型壓圈(鉤圈）組成。浮頭和殼體不固定，管束可以自由脹縮并可抽出，由此避免了管束和殼體因溫差產生的熱應力。浮頭處于殼程介質中，為保證管程和殼程兩種介質隔離，因此要求浮頭處的密封結構工作可靠。三．幾種典型的管殼式換熱器1． 固定管板式。兩端管板均與殼體焊接固定，結構簡單，造價低。但當管子與殼體溫差很大時，由于各自的膨脹量不同會產生較大的熱應力，甚至會破壞管子與管板的連接造成泄漏，所以它適用于冷熱流體的平均溫差不超過60～80C的場合。此外，這種換熱器的殼程無法進行機械清洗，所以要求殼程流體不易結垢或沉淀。管板式換熱器的管板兼做法蘭，與殼體間采用不可拆的焊接連接；而浮頭式、填函式和U形管式換熱器的固定端管板被夾持在殼體法蘭和管箱法蘭之間，是可拆連接，因此管束可以抽出進行清洗和檢修。2． 帶膨脹節(jié)的固定管板式。如圖所示，在殼體上裝有波形膨脹節(jié)，可補償部分熱膨脹量，以減少由于管、殼程溫差引起的熱應力。但波形膨脹節(jié)管壁較厚時，作用不明顯，所以這種形式的換熱器主要用于管、殼程流體溫差較大、壓力較低(～)的場合。圖63 帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器外形圖3． 浮頭式 由于煉油廠中換熱過程大多是在較高溫差和壓力下進行的，故浮頭式換熱器得到了廣泛的應用。如圖所示，管束一端可在殼體內自由滑動，這樣就不受冷熱流體溫差的限制，可以有效地消除熱應力。此外，檢修時整個管束可以從殼體抽出，清洗和換管較方便，對流體也沒有限制。但是浮頭式也存在缺點：結構復雜，金屬耗量大，造價較高；當浮頭外墊片密封不嚴時，管內外流體互混不易被發(fā)現等缺點。圖64 浮頭式換熱器結構剖面圖4． U形管式。U形管換熱器是由管箱、殼體、管束等零部件組成，只需一塊管板，重量較輕。在同樣直徑情況下的所有換熱器中換熱面積最大，其結構較簡單、緊湊，在高溫、高壓下金屬耗量最小，目前加氫高壓換熱器已全部采用U形管換熱器。這種換熱器的優(yōu)點是管子能自由伸縮，可完全消除管束部分的熱應力，也可以從殼體內抽出，便于清洗。但管子內壁在U形彎頭處不易清洗，壞管不易更換。它主要適用于高溫高壓且流體清潔的場合。5． 雙殼程換熱器 雙殼程換熱器，其結構與浮頭式換熱器、u形管換熱器與固定管板換熱器相同，所不同的是在管束中心放置一塊縱向隔板，折流板被上下隔開，用密封片將殼程一分為二，改變了殼程介質的流動方式．增加了流體的湍流程度，管殼程介質呈純逆流流動，無溫度交叉。因此，它的傳熱效率提高，傳熱面積減少。但是，相應的其殼程壓降提高，分程隔板密封處易泄漏。167。62 空冷器1．普通空冷器空氣冷卻器用空氣作冷卻介質，使空氣錯流通過翅片管外側，使管內的熱介質發(fā)生冷凝或冷卻的換熱設備。由于用空氣代替水作冷卻劑，可節(jié)約大量用水，目前在煉油廠內已被大量使用。它由軸流風機以及一組或幾組放在框架之上的管束所組成。管束包括翅片管、管箱、側面壁及支架等部分。在管束下面用軸流式風機，強制空氣吹過管束將管內流體冷凝冷卻。由于空氣的給熱系數小，所以管束均由外翅片管所組成。風機也可裝于管束上部，進行誘導式通風，空氣自下而上流動。管束可安裝成水平式和斜頂式。對于水平式(臥式)空冷器，翅片管分層排列，目前最常用的排數是3～8排，管子材料一般為碳鋼。尺寸常采用φ25，翅片為鋁制環(huán)形翅片，安裝形式分為纏繞式和鑲嵌式。管束長度有9m四種規(guī)格；、 圖65 空冷器翅片管斷面圖四種。煉油廠常用的規(guī)格為93m。換熱管兩端固定在管板上，管板、管箱壁及管箱蓋板構成完整的集流式管箱。管箱的結構有焊接絲堵式管箱、法蘭式管箱、集合管式管箱。常用的空冷器結構型式為兩端管箱絲堵式結構，這種聯結結構強度高，密封性好，適用于高壓加氫條件。沖蝕現象發(fā)生在管子入口端不長的距離內，而且多發(fā)生在物料進口端，兩端管箱式結構可以在每條管子上游管口貼脹保護襯管，~600