炼油装置中卧式热虹吸式重沸器的设计

赵丽娟，阚伟



炼油装置中卧式热虹吸式重沸器的设计

赵丽娟，阚伟

（中国石油工程建设有限公司华东设计分公司，山东 青岛 266071）

炼油装置中卧式热虹吸式重沸器的设计、安装正确与否将直接影响到炼油装置的运行和产品质量。本文通过分析卧式热虹吸式重沸器的流体流速、安装高度以及结构参数等因素对卧式热虹吸式重沸器设计的影响，并提供了相关经验设计值，以期对今后卧式热虹吸式重沸器的设计选型有所帮助。

卧式；热虹吸式；重沸器；设计

重沸器是石油化工装置中不可缺少的传热设备，卧式热虹吸式重沸器由于具有投资费用省,占地面积小等优点,愈来愈多应用于炼油化工装置中。在炼油装置中,由于所处理的物料流量大、粘度高、易结垢,广泛采用卧式热虹吸式重沸器[4]。因此，卧式热虹吸式重沸器的设计、安装正确与否将直接影响到炼油装置的运行和产品质量。

1 安装高度的工艺计算

热虹吸式重沸器是靠管内液体的静压头与气—液相离开重沸器处的静压头之差而产生的,进入重沸器的液体循环量取决于驱动这个系统的压力差,所以在设计重沸器时,应进行壳侧压力平衡计算,以确定塔和重沸器之间的标高差和各项安装尺寸,保证重沸器操作的正常循环。计算时可参考图1。

常采用以下公式进行壳侧压力平衡计算[1][6]，以确定安装高度。

1.1 进口侧压力

式中：——塔釜压力，m液柱；

——安装高度，m；

1——塔底液位高度，m；

——重沸器直径，m。

1.2 出口侧压力

出=∆2+∆3+∆4+∆5+（2）

主要为入口流速、管线直径、当量长度及流量的函数。

图1 卧式热虹吸式重沸器压力平衡示意图

式中：1——入口管线摩擦系数，为雷诺准数RE的函数；

主要为出口流速、管线直径、当量长度及流量的函数。

主要为壳程折流板数、折流板间距、流通面积、质量流量及摩擦系数的函数。

进口侧和出口侧压力平衡

在计算过程中，图2-1所示的管路系统中，相关参数的选取对保证重沸器正常循环重要的意义。

2 实际应用

系统内各参数的合理选取对保证卧式热虹吸式重沸器的正常工作具有重要的意义。下面对主要影响参数进行分析，做到有的放矢，合理设计卧式重沸器。

2.1 流速的选取

重沸器循环流量的初始值是根据塔内最后一块塔板的液体流量减去抽出量计算的，而在实际运行过程中，该流量是由作为推动力的重力压头和换热器及管路的总阻力所共同决定的。选取合适的进出口流速计算出进出口直径后，通过HTRI或HTFS软件核算由系统推动力产生的温差环流，确保进出口流速在合适范围内。

2.1.1 进口管流速

从投资费用和压力损失等方面综合考虑, 确定降液管直径时, 其内部液体流速一般取1~2.5 m/s[3]。选取较低流速易造成进口管径增大，计算的安装高度偏低，而实际运行时由压力平衡产生的循环流量增大，入口压降增大，局部压力损失超过塔釜最低液位产生的静压差，造成进口管内产生气、液两相流动。

选取较高流速时，易使计算的安装高度偏高，投资增加，同时使得重沸器进口流速增大，诱发换热器内管束震动。已有的研究表明在重沸器泄漏事故中由管束振动引起的泄漏占泄漏是事故的30%[2]。

2.1.2 出口管流速

气液两相在垂直管内向上流动时, 其流动形态可能为泡状流、块状流、环状流或雾状流等的任何一种。块状流是一种气、液相交替脉动的不稳定流态, 对操作不利, 应尽量避免在该种流态下操作。一般来说, 操作压力越高, 或汽化率越大, 就越不易产生块状流动。因卧式热虹吸式重沸器的气化率较低，易产生块状流。根据实践经验,管内流速一般不小于4.5 m/s[3]。但升气管内流速也不应设计过大, 否则会造成升气管压降过大, 使重沸器显热段传热面积及温差损失增加, 还会使精馏塔发生液泛。管内流速一般不大于10 m/s。同时当气、液两相流速过大时, 为防止塔釜液体受剧烈冲击而产生雾沫夹带, 应在塔釜液面和进料接管之间设置防冲挡板。

2.2 安装高度的选取

计算出重沸器安装高度后，必须保证安装高度在合理的范围内。过高造成投资费用增大，过低易对重沸器运行造成影响。

2.2.1 安装高度H

通过式（9）计算出安装高度后，考虑到后续的配管布置，均需设置部分余量，以保证安装高度能提供足够的循环推动力。合适余量高度是保证重沸器良好运行的前提。

余量过小或没有，实际运行中易造成进口侧压力较低，运行不起来或运行不平稳。局部压力损失超过塔釜最低液位产生的静压差，造成进口管内产生气、液两相流动。进口推动力进一步减小，运行不起来。

余量过大，液体静压头升高时, 重沸器内工艺介质的压力就会增大, 沸点随之升高。在加热介质的温度保持不变的情况下, 重沸器的有效平均温差就会降低, 造成所谓的温差损失现象，影响系统传热[4]。同时沸点的升高造成以单相对流传热为主的显热段增大，以泡核传热为主的蒸发段减少，因为泡核沸腾的传热膜系数(给热系数)较大，所以随着管内液位的增高，总的传热系数会降低。换热效果变差，需要重沸器传热面积增大。例如, 某低压操作的乙烷乙烯分离塔采用热泵技术, 重沸器降液管静压差若增加0.01 MPa, 重沸器的有效平均温差就会降低25%, 系统所需要的传热面积就会大大增加。

则易产生温差损失现象，安装高度也使得投资增加，同时使得换热器余量增大，设备投资增大。

为保证合理的安装高度，余量一般取1.5~2 m，并根据最终配管布置图进行核算，确保重沸器可正常运行。

2.2.2 重沸器返回口到塔底液位的距离2

采用热虹吸式重沸器，其返塔线的安装位置对于重沸器的正常运行至关重要。如过大，则造成出口管线压力降增大，需要的推动力增加，增加了安装高度，增加投资。

如果太低，塔底液面达到重沸器的返塔线管口处, 则重沸器就无法运行。为保证合理的安装高度，重沸器返塔线安装高度最少应比塔底最高液面(HLL)高出160 mm[5]。

2.3 重沸器结构参数的影响

为减小壳程摩擦压力降，一般选择带折流板的“J”型或“H”型壳体，选取较大的折流板间距，但同时需注意间距增大，易造成震动，可增大切口尺寸，以减小板间泄漏，同时减少震动。采用大管径换热管，适当加大管间距。

3 结束语

卧式热虹吸式重沸器设计的成功与否涉及到传热、两相流动、设备、安装等诸多方面。了解系统内各参数对卧式热虹吸式重沸器的影响，对卧式热虹吸式重沸器的设计具有重要意义。卧式热虹吸式重沸器的流速选取、安装高度以及重沸器结构参数等因素对卧式热虹吸式重沸器设计的影响，实际应用中需根据实际情况，合理选取相关参数，做到事前估算、事后核算，保证重沸器的平稳运行，保障产品质量。

［1］刘巍，等．冷换设备工艺计算手册[M]. 中国石化出版社, 2003

［2］杨秀芝. 炼油厂塔底重沸器泄漏分析及改造[J]. 石油化工设备, 2003, 32 (2): 56-57．

［3］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.

［4］刘成军.热虹吸式重沸器的选用和配管[J]. 炼油设计, 1999, 29: 19-22.

［5］杨盛敏．重沸器的选用设计[J]. 石油化工设备技术, 1995, 16（5）: 24-29．

［6］钱颂文．换热器设计手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2002．

Design of Horizontal Thermal Siphon Reboiler in Oil Refining Unit

（China Petroleum Engineering & Construction Corporation East-China Design Branch, Shandong Qingdao 226071, China）

Design and installation of horizontal thermal siphon reboilers in oil refining unit will directly affect the operation of oil refining unit and the product quality. In this paper, the effect of the fluid velocity and installation height and structural parameters and other factors on the horizontal thermal siphon reboiler design was analyzed, and some relevant experience design values were provided, in order to help in the future design of horizontal thermal siphon reboilers.

horizontal type；thermal siphon；reboiler；design

TE 624

B

1004-0935（2017）09-0923-03

2017-08-24

赵丽娟（1982-），女，工程师，硕士，辽宁省葫芦岛市人，2010年毕业于辽宁科技大学，研究方向：从事化学工艺技术工作。