新型槽式液体分布器的开发与应用

时间：2023-07-22 来源：江西耐可

畅广西　王辰涯

摘要：介绍了一种新型槽式液体分布器，该液体分布器的分布槽呈一倒凸字形结构，主体下部的小槽为缓冲沉降槽，它具有缓和液体冲力、增加液流截面积、降低液流梯度、沉降固体杂物，以及防止固体堵塞液流小孔等作用。主体槽内的水平降液面上开有液流小孔，用此简单结构即可定点分布液体。主槽下部外侧有挡液板，可完成液体的线分布。整个槽下窄上宽，可减少气流阻力。新型液体分布器已应用到温度高、液量小、物系脏、易结焦的原油减压蒸馏塔洗涤段的改造中。改造后的减四线油的馏程宽度为74℃，色度小于4.5号，为下游装置提供了较好的润滑油料。实践表明，新型液体分布器具有结构合理、分布均匀、抗堵塞、易加工、易调平等优点，可供工程设计中选用。
主题词：液体　分配槽　填料塔　蒸馏塔　开发　工业规模　应用

DEVELOPMENTAND APPLICATION OF
TROUGH-TYPE LIQUID DISTRIBUTOR

ChangGuangxi,Wang Chenya
Luoyang Petrochemical Engineering Corporation(Luoyang,Henan471003)

Abstract A new trough-type liquid distributor withdistributing slot of upside-down convex structure wasintroduced.The small slot at the lower part of the main body is abuffer solt,having effects of buffering liquid impact,increasingsectional area of liquid flow,decreasing liquid flowgradient,precipitating solid fouling as well as preventing solidfrom blocking up the orifice.An orifice was opened at thehorizontal downflow surface in the main slot.With this simpleconfiguration the liquid can be distributed at the fixed location.Abaffle was installed outside the bottom of the main slot,makinglinear distribution of the liquid.The whole slot was shaped upnarrow down and wide upward,capabling of reducing gas flowresistance.The new liquid distributor has been already applied inrevamping of the washing zone in crude vacuum distillation towerwith high temperature,small flowrate,dirt and easy-cokingmaterial.After revamping,the distillation range of the forth-sidevacuum stream was 74℃,the colority was less than 4.5,supplyingsuperior lube-stock for the downstream units.Practice showed thatthe new liquid distributor has advantages of rationalconfiguration,even distribution,resistant to blocking,easymanufacturing and levelling.It can be selected in engineeringdesign.
Keywords liquid distributor,slot,packing tower,distillationtower,development,commercial application

　　液体分布器是填料塔至关重要的塔内件。液体初始分布的优劣，不仅影响填料的端效应，而且对规整填料将影响整个填料床层。人们希望有较高的初始分布点密度，而分布点密度受喷淋密度的影响，有时也受物性、工况以及所决定的*小孔径的影响。减压蒸馏塔净洗段喷淋密度小，温度高，物系脏，易结焦，要求孔径不能太小，便属此种情况。此时若分布槽内液位较低，将给均匀分布带来困难。下面介绍一种由洛阳石油化工工程公司开发的新型液体分布器，它已成功地应用到工业装置中。
1　新型液体分布器的结构分析
　　新型液体分布器的分布槽结构如图1所示。分布槽主体呈一倒凸字形结构，主体侧面有两个曲面形辅助元件——挡液板，主体下部的小槽为缓冲沉降槽，与其上相连的两个平面为降液面。

图1　分布槽结构示意

1.1　缓冲沉降槽
　　在分布器处于工作状态时，缓冲沉降槽内充满液体，因而增大了对槽中液体波动的阻尼作用，对注入液体起着缓冲作用，从而提高抗干扰能力。
　　缓冲沉降槽增大了液体沿槽水平方向主体流动的通道面积，降低了槽中液体的流速。由水力学知识可知，对于平底槽，水深h随流程s变化的微分方程为

　(1)

式中：C──谢才系数，m^0.5/s；
　　　V──槽中液体水平流速，m/s；
　　　R──槽的水力半径(过流断面面积与湿周之比)，m；
　　　h──液位高度，m；
　　　s──流程，m；
　　　g──重力加速度，9.8 m/s²。
　　从式(1)可知，由于缓冲沉降槽的存在，R增大，V减小，即可降低液面流动落差，从而大大减小由液位差引起的液体分配不均。
　　缓冲沉降槽内可沉积铁锈等固体杂物，避免降液面上的降液孔堵塞。
1.2　降液面
　　该降液面为台阶式水平降液面，在喷淋密度较小时，液体从缓冲沉降槽中“爬上”降液面，使各降液孔的降液量更加均匀。
　　水平降液面上的降液孔可保证液体的定点分布，避免发生侧壁降液的重力型分布器和溢流堰式分布器所产生的液体平抛对射和壁流现象。
　　水平降液面的底孔结构是槽式分布器中抗雾沫夹带和抗升膜夹带能力*强的结构。
1.3　侧壁V形切口
　　当操作不稳定和工艺条件变化引起分布器中的液面升高，或由于某种原因使降液面上的降液孔堵塞而引起分布器中液位升高时，液体将从侧壁上的V形切口溢流而出。V形切口既可起到溢流堰的分配作用，又可增大操作弹性。
1.4　挡液板
　　作为辅助元件的挡液板，对于自分布性能良好的填料，可不采用。而对于自分布性能较差的填料，装上挡液板则可在不增加分布器高度的情况下将液体的点分布转化为线分布。若在分布器下面放两层盘高度小、空隙率大的波纹填料，就能进一步实现液体的面分布。
1.5　分布槽的外形
　　图1所示的分布槽上宽下窄的外形，加上曲面形的挡液板，使得在分布器的相邻槽之间形成流线形的气体通道，减少了气相阻力。分布槽的主体可以一次成形，加工方便。它的刚度好，为保证分布器的加工安装精度提供了必要条件。
2　试验与结果分析
2.1　分布器的对比试验结果分析
　　为了对比评价液体分布器的液体分布均匀程度，引入参数分布不均度

　(2)

式中：M_f──分布不均度；
　　　Q_i──单降液孔的实测降液量；
　　　 ──N个降液孔实测降液量的算术平均值；
　　　N──降液孔总数。
　　在直径为600mm的塔上用自制的*大相对误差小于3.4%的分流箱作为预分布器，在不同的降液孔径下对新型槽式分布器和传统的底孔流槽式分布器进行了小喷淋密度的对比试验。通过收集各分布孔的流量，分别计算两种分布器的分布不均度，并与相应的液体喷淋密度作图比较，详见图2和图3。

图2　两种结构分布器分布不均度与液体负荷的关系
(降液孔径均为4 mm)

图3　两种结构分布器分布不均度与液体负荷的关系
(降液孔径均为6 mm)

　　从图2和图3可以看出，新型槽式分布器的分布不均度明显低于对比的传统槽式分布器。且随着降液孔径的增大，其差值也增大。
2.2　放大试验
　　为了使该种分布器能适用于大直径塔，首先要确定液体分布槽的有效液流长度，即在该长度内液体在分布槽中流动引起的液面流动落差不致引起严重的分布不均。有效液流长度也决定着采用预分布槽的数量。为此，进行了分布槽的长度放大试验。
　　试验用的分布槽由厚度为3 mm的有机玻璃制成，槽长1.5 m。在该槽的两个降液面上共有28个直径为6mm的降液孔，其间距相当于每平方米102个分布点。沿槽的长度方向均设6个液位测点，以测量槽中降液面上的液位高度。水从槽的一端注入，以模拟在直径为3m的塔中采用一根预分布槽的情况。
　　试验发现，在降液面上液位高度保持在2～5 mm时，除注入点外，其它各点的液位差都在1mm以内。而传统的底孔流槽式分布器在相同条件下早已出现大面积干孔现象。而且可以看到槽中的液位梯度很小。各降液孔的降液量基本上接**均降液量，这说明该新型结构分布槽的有效液流长度至少为1.5m。
3　新型槽式分布器的工业应用
　　在原油常减压蒸馏中，减压塔洗涤段是为保证减压馏分油质量而设的一个关键部位。该段温度高，液量小，物系脏，易结焦。洗涤段实际也是一个分馏段，进料段上升的气体与上面流下的减压重馏分油在填料表面上进**液传质，使较重的与较轻的馏分得以分离。此外，液相还有冲洗进料段气体夹带上来的渣油液滴的作用。在该段流下的油实为过汽化油，它不仅含有由洗涤段分离出的接近于渣油的重馏分，而且含有由进料段气体夹带上去的渣油液滴，所以过汽化油是*重的馏分油。当该段液体分布不均，气体短路时，会直接影响减压重馏分油的馏程宽度、色度和残炭，还极易造成洗涤段结焦，影响正常操作。由此可以看出，在洗涤段的设计中，选用适用于液量小、抗堵塞、分布均匀、综合性能优良的液体分布器显得尤为重要。
　　新型槽式分布器已在1996年11月南阳炼油厂润滑油型常减压蒸馏装置改造工程中成功地应用于减压塔净洗段。该段塔径为3 400mm，喷淋密度为1.5m³/(m²^．h)。在1∶1的冷模试验中，液体分布均匀。两年的生产操作证实，新型槽式分布器综合性能优良。在历次检修中从未发现分布槽小孔被堵塞的情况。改造前后减压塔各侧线油品质量见表1和表2。

表1　改造前各侧线油馏程　　℃

项　目	减一线油	减二线油	减三线油
初馏点	255	350	377
10%	337	399	448
50%	379	417	475
90%	408	437	523
干点	429	447	541

　注：数据取自该厂标定报告，产品方案为三个侧线。

表2　改造后各侧线油产品质量

项　目	减二线油	减三线油	减四线油
馏程/℃
2%	374	408	427
5%		420	440
50%		440	469
97%	445	472	501
馏程宽度(2%～97%)/℃	71	64	74
色度号	<2	<4.0	<4.5

　注：产品方案为四个侧线，生产润滑油料。

　　从馏程来看，改造后减四线油馏程宽度(2%～97%)为74℃，色度小于4.5号，质量大为改善，达到了改造的目的。
　　新型槽式分布器还成功地应用于咸阳长庆石油助剂厂常压蒸馏装置的常压汽提塔中。两套分布器的喷淋密度分别为15.7m³/(m²^．h)，29.8m³/(m²^．h)。
4　小　结
　　(1)新型槽式液体分布器结构比较合理，具有液体分布均匀、抗堵塞、气相阻力小，而且易加工和易调平等优点。
　　(2)新型槽式液体分布器为减压塔洗涤段的设计提供了一个可供选用的分布器结构。

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