中原油田分公司天然气处理厂 河南 濮阳 457162

中原油田天然气处理厂由于原料气量逐年下降,原设计原料气处理能力80-120万标准立方米每天的天然气深冷装置已不能适应现有的50万标准立方米每天的原料气量。来气量降低和气质变贫,使进入各塔器塔盘上的气液两相量减少,操作汽速远远低于设计汽速,按原有塔盘的开孔率和浮阀设计,已经远远偏离塔器的设计负荷,塔的效率降低,致使产品的收率大大下降,目前乙烷收率已从原有设计的85%降低到53%。需要对塔盘上的浮阀进行堵孔,来适应现有的工况。通过利用塔盘模拟计算软件KG-tower和FRI,对现有工况进行水力学计算,得到最优的浮阀个数,确定了浮阀塔盘改造的具体措施。

1 浮阀个数的计算

根据现有工况,利用塔盘模拟计算软件KG-tower和FRI,对现有精馏塔的塔盘进行了水力学计算。以脱乙烷塔为例,将现有原料气组成、处理量、精馏塔设备参数输入计算软件,计算结果如下表:

表1 塔盘浮阀数量计算表

2 盲区的设置

常用的盲区设置有四种方法,如下图所示。

图1 在塔盘入口和出口侧设置盲区

图2 在塔盘两侧弓形区设置区盲区

设置盲区时,对方案的选取需要考虑很多因素,不能只考虑哪种方案费用最低。图二是最理想的方案,这种方案是在塔盘两侧弓形区设置盲区,传质有效(开孔)区域呈矩形或接近十矩形,可以保证全部液体只通过有效区域。使用这种方法,开孔面积可以减少一半或一半以上,这是其他三种方法不能达到的(其他方式要么会显著缩短流程长度,要么会减少有效区域上的开孔面积,超出了现有的可靠数据范围)。

另外,图二所示,适当地设置一些挡板可以防止液体进入盲区,在不妨碍上层塔盘支撑件的条件下这些挡板越高越好。尽管如此,在盲区上仍然会接收到泄漏下来的和溅落的液体,设计时应该确保能使这些液体顺利排出,并有选择地进入下层塔盘的降液管内。

通过计算,有些塔盘的液相负荷相差较大,如果仅采用图二方式进行改造,溢流堰过短,影响气液传质分离,对产品纯度影响较大。为了取得最好的改造效果,最终采取图一增加盲区和图二堵塞部分弓形区相结合的方式,进行塔盘改造,显著提高传质效果。本方案通过采取浮阀焊接方式,把部分浮阀固定在塔盘的拱形区上,同时增加围流堰,防止液体大量进入盲区,避免液体无法与气体充分接触,影响气液两相传质效果。同时考虑到盲区上仍然会接收到泄漏下来的和溅落的液体,对围流堰进行设计[1],保证有选择性的落入降液管内。

3 结语

本文利用软件KG-tower和FRI的模拟计算,得出了现有工况所需的塔盘浮阀数量。通过对塔盘部分浮阀的封堵,同时为了提高汽液传质效率,增设了围流堰。最终实现了适应现有工况、提高产品收率和纯度的目的。