卧式热虹吸重沸器安装高度的计算与分析

石延华

(南京金凌石化工程设计有限公司，江苏 南京 210042)

卧式热虹吸重沸器安装高度的计算与分析

石延华

(南京金凌石化工程设计有限公司，江苏 南京 210042)

基于压力平衡原理，介绍了卧式热虹吸重沸器安装高度的计算方法。并结合工程实例，对50万t/a气体分馏装置中精丙烯塔底重沸器进行了安装高度的计算，确定了最低安装高度为5.04m，对相关设计有一定的借鉴意义。

卧式热虹吸重沸器；安装高度；气体分馏

重沸器是石油化工装置中常见的重要设备，常用于精馏塔底，对塔底物料加热使其一部分物料汽化返回至精馏塔内，从而为精馏塔提供热源。工业上重沸器常用的形式有4种：釜式重沸器(Kette)、立式热虹吸重沸器、卧式热虹吸重沸器和强制循环重沸器。设计中通常根据物料特性和工艺流程来确定合适的重沸器类型[1]。

热虹吸重沸器是由于物料在重沸器中被部分汽化，出口混相物流的密度远低于入口液相物流的密度，导致在重沸器进出口产生静压差，从而塔底物料被不断的虹吸入重沸器，又被加热后返回塔内，因而不用泵即可循环[2]。热虹吸重沸器的循环速率取决于驱动静压差的大小，所以在重沸器设计选型时，不但应选择合适的换热面积，还应该进行压力平衡计算，从而确定重沸器合理的安装高度，保证正常循环。其安装高度设置若不合理，将直接影响精馏塔的供热和塔的分离效果，从而影响产品质量。

因此本文以50万t/a气体分馏装置丙烯塔底的卧式热虹吸重沸器为例，介绍其安装高度的计算和影响因素，从而为相关设计提供借鉴。

1 卧式热虹吸重沸器安装高度的计算方法

根据工艺条件，卧式热虹吸重沸器的设计选型基本确定后，需要校核重沸器壳程的压力平衡，以确定重沸器和精馏塔之间的高度差，可以满足正常的虹吸循环操作。计算重沸器的压力平衡和安装高度时，可以参照图1[3]。

图1 卧式热虹吸重沸器压力平衡示意图

其中：H1为塔底最低液面高度，m，设计时一般取为零；

H2为重沸器返塔口和塔底最低液面之间的高度差，m；

HX为重沸器和塔釜切线之间的标高差，m；

DS为重沸器壳体内径，m。

1.1 重沸器入口管线的压力降

其中：△P1为重沸器入口管线的压力降，m液柱；

u1为重沸器入口管线内的流速，m/s；

d1为重沸器入口管线内径，m；

L1为从精馏塔底出口到重沸器入口处的所有管线、管件、阀门等的当量长度，具体包括液体出塔处口径收缩，直管段，弯头，阀门，仪表，液体进重沸器入口处的扩张等，m；

1.2 重沸器出口管线的压力降

其中：△P2为重沸器出口管线的压力降，m液柱；

u2为重沸器出口管线内的流速，m/s；

d2为重沸器出口管线内径，m；

L2为从重沸器出口到入精馏塔处的所有管线、管件、阀门等的当量长度，具体包括物料出重沸器出口处的收缩，直管段，弯头，阀门，仪表，物料进塔处口径扩张，等，m；

1.3 重沸器壳程流体的静压头

其中： △P3为重沸器壳程流体的静压头，m液柱；

Ds为重沸器壳体的直径，m；

1.4 重沸器出口管线内流体的静压头

其中： △P3为重沸器出口管线内流体的静压头，m液柱。

1.5 重沸器壳程内部压力降

其中：△P5为重沸器壳程压力降，m液柱；NB为重沸器壳程折流板的数量； de为重沸器换热管的当量直径，m；为壳程摩擦系数；Gs为壳程质量流速，kg/m2·s，卧式热虹吸重沸器取总流速的一半，即Gs=W/2S0，其中s0为壳程的流通面积，m2；

注：对于此项，卧式热虹吸重沸器的壳程压力降，可由资料中查表直接得出[3]。

1.6 重沸器的安装高度

按照压力平衡原理，重沸器安装高度至少满足以下条件：

H1+HX+DS=△P1+△P2+△P3+△P4+△P5

通过上述公式，将各压力降带入后即可得出指定循环量下重沸器所需的最小安装高度HX。由于压力平衡对重沸器的正常操作非常重要，设计时应留出足够的安全系数，正常可以按照HX的1.5～2倍来考虑。

2 精丙烯塔底重沸器的安装高度计算与分析

以下以笔者曾设计过的50万t/a气体分馏装置为例，对其中的精丙烯塔塔底重沸器进行安装高度的详细计算，以供工程人员借鉴。设计基础数据见表1。

表1 精丙烯塔底重沸器设计基础数据

因精丙烯塔底重沸器的循环量较大，且丙烷、丙烯物料较清洁，不存在结垢问题，故本设计中采用了卧式热虹吸重沸器。根据工艺计算，重沸器选定为2台并联操作，表1中数据均为单台数据。重沸器型号为BJS1800-2.5-1128-9/25-4I，具体规格参数见表2。

表2 精丙烯塔底重沸器规格参数

重沸器安装高度计算如下：

(1)重沸器入口管线压力降

0.93276m/s

(2)重沸器出口管线的压力降

169.8kg/m3

重沸器出口气液混相粘度：

(3)重沸器壳体流体的静压头

1.253 m液柱

(4)重沸器出口管线内流体的静压头

0.3924×(3+HX) m液柱

(5)重沸器壳程内部压力降

根据设备型号，计算得到△P5=

(6)重沸器安装高度计算

由压力平衡原理， H1+HX+DS=△P1+△P2+△P3+△P4△P5

计算得出重沸器和塔底的标高差：HX=5.04 m

一般需留有1.5倍的设计裕量，故精丙烯塔底重沸器的安装高度为7.56m。

从而可根据重沸器的鞍座高度来确定精丙烯塔的裙座高度，本例中精丙烯塔裙座高13m，现场运行多年，效果良好。

3 结束语

(1)卧式热虹吸重沸器的安装高度，应使重沸器的压力平衡能够满足设计循环量的要求。通过上述计算，可以看出对安装高度的影响因素主要为重沸器内部压力降和进出口管线的管径。由于热虹吸重沸器壳程传热系数一般都较大，因此推荐采用600mm的折流板间距，以减少内部压力降。增大进出口管线的管径也可以使管线压力降降低，使得循环推动力增大。此外重沸器的配管在满足应力要求的情况下也应力求简化，以降低压力降，保证重沸器的稳定运行[4-5]。

(2)本文以50万t/a气体分馏装置的精丙烯塔底重沸器为例，介绍了安装高度的计算方法，确定了重沸器安装高度至少5.04m，并在实际运行中取得了较好的运行效果，对同类装置设计有一定的借鉴意义。

[1] 刘成军.热虹吸式重沸器循环回路的设计探讨[J].化工设计，2008,18(6):24-26.

[2] 于 娜，仇汝臣，刘新新.卧式热虹吸再沸器设计及核算软件开发[J].山东化工，2013,42(4):140-141，145.

[3] 刘 巍，邓方义，等. 冷换设备工艺计算手册[M].北京：中国石化出版社，2008:211-213.

[4] 夏必霞，陶长剑. 再沸器与精馏塔的工艺设备布置及管路设计[J].化肥设计，2011，49(4)：27-29.

[5] 漆爱平. 热虹吸重沸器气相返回塔体的入口高度对循环影响实例分析[J]. 甘肃科学学报，2010,22(1):152-153.

(本文文献格式：石延华.卧式热虹吸重沸器安装高度的计算与分析[J].山东化工，2016，45(02)：103-105.)

山东“四个调优”推进农业供给侧改革

从日前召开的山东省农村工作会议上了解到，“十三五”期间，山东明确树立大农业、大食物理念，调整优化产品结构、种植业结构、农业内部结构和农村经济结构，推进农业供给侧结构性改革。

会议提出，调整优化产品结构，大力发展名优特农产品。深入开展粮食绿色高产高效创建活动，到2020年建成集中连片、旱涝保收、稳产高产、生态友好的高标准农田5982万亩。制订出台农业提质增效转型升级计划，推进农业向高质高效方向发展，推动高效特色农业区域化布局、规模化生产、产业化经营和品牌化发展。

会议要求，调整优化种植业结构，加快构建粮经饲三元种植结构。树立大食物观，建立粮食生产核心区，稳定小麦生产，适当调减玉米种植，发展玉米与花生、大豆等间作，扩大粮改饲试点，建立现代饲料产业体系，到2020年饲用玉米、苜蓿、小黑麦等种植面积达1000万亩。积极发展马铃薯主食产业，大力发展果菜菌茶类经济作物。

会议强调，调整优化农业内部结构，增加肉蛋奶鱼供给。

会议明确，调整优化农村经济结构，推动一二三产融合发展，推进农业产业化经营转型升级

Calculation and Analysis of Installation Height on Horizontal Thermosiphon Reboiler

Shi Yanhua

(Nanjing Jinling Petrochemical Engineering Co.,Ltd., Nanjing 210042,China)

Based on the principle of pressure balance, the calculation method of the installation height about horizontal thermosiphon reboiler was introduced. Combined with engineering examples, the installation height of the propylene tower reboiler in the 50 million tons/year gas fractionation unit was calculated, and the minimum installation height of 5.04m is determined. This has certain reference to the engineering design.

horizontal thermosiphon reboiler; installation height; gas fractionation unit

2015-12-03

石延华(1984—)，女，山东聊城人，毕业于北京化工大学，硕士研究生学历，现就职于南京金凌石化工程设计有限公司，助理工程师，主要从事石油化工装置工艺设计。

TQ055.8

A

1008-021X(2016)02-0103-03