＊張懷敏 游倩倩

（濮陽(yáng)市聯(lián)眾興業(yè)化工有限公司 河南 457000）

從目前甲醇精餾工藝看，精餾方式主要分為單塔、雙塔、三塔和四塔精餾。在三塔精餾過(guò)程中，預(yù)精餾塔的作用是去除沸點(diǎn)較低的雜質(zhì)，以此控制塔頂穩(wěn)定，保證其壓力在既定壓力范圍內(nèi)。預(yù)精餾塔的應(yīng)用是去除輕組分雜質(zhì)的關(guān)鍵措施。除此之外，為確保精餾甲醇質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，需對(duì)再沸器和冷凝器物質(zhì)含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，最大限度提高精餾質(zhì)量。

1.工藝概述

(1)工藝流程

預(yù)精餾塔工藝包括壓力控制器、回流罐、壓力調(diào)節(jié)閥、冷卻器、空氣冷卻器等多個(gè)環(huán)節(jié)組成，具體工藝流程圖如下圖1。

圖1

結(jié)合上圖1，預(yù)精餾塔塔頂壓力根據(jù)表1中顯示得知，操作壓力為0.13MPa，排出蒸汽經(jīng)過(guò)預(yù)精餾塔的空氣冷卻器構(gòu)件，溫度低于64℃后進(jìn)入回流罐裝置。回流罐的氣經(jīng)過(guò)不凝氣冷卻器其溫度再次降低，達(dá)到40℃，溫度降低后的甲醇流入回流罐，由回流泵施壓后輸送到預(yù)精餾塔。精餾最后，不凝氣在壓力調(diào)節(jié)閥的作用下，排到燃料氣管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的作用。預(yù)精餾塔塔頂之所以運(yùn)用工藝氣是因?yàn)榭山档凸に嚥牧吓懦鰰r(shí)的溫度，空氣冷卻器通常運(yùn)用50%變頻控制的方式。

(2)操作參數(shù)及運(yùn)行情況分析

工藝參數(shù)如下表1所示，其中進(jìn)出總管溫度、出口溫度、環(huán)境溫度指代空氣冷卻器的溫度。測(cè)試環(huán)境溫度為15℃，生產(chǎn)負(fù)荷為96.1%～104.9%，此環(huán)境下預(yù)精餾塔塔頂會(huì)發(fā)生超壓現(xiàn)象，當(dāng)壓力調(diào)節(jié)閥全部打開(kāi)時(shí)預(yù)精餾回流比為0.26，相比于設(shè)計(jì)的0.33，要低0.07，經(jīng)測(cè)試，回流溫度要高于既定溫度，后果是增加甲醇損耗，影響甲醇產(chǎn)量，無(wú)法達(dá)到節(jié)能降耗的效果，影響精餾工藝的有序進(jìn)行。

表1

2.預(yù)精餾塔塔頂系統(tǒng)核算

(1)塔頂系統(tǒng)壓降核算

計(jì)算塔頂壓力降低值時(shí)以冷卻器出口為氣相和液相，入口為氣象，塔頂壓力具體集中在氣象管線上，所以應(yīng)對(duì)空氣冷卻器入口管采用對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，確保液體及氣體可均勻分布到所有管束上。

預(yù)精餾塔裝置空氣冷卻器為引風(fēng)式設(shè)計(jì)，其所能承受的最大熱荷載為23.1MW，依照裝置特性及工藝需要，設(shè)計(jì)為兩組4跨，一共為8組空氣冷卻器，單組設(shè)置為2個(gè)出入口，總計(jì)16個(gè)出入管口，管口按照編號(hào)排序（g01～g16、c01～c16），管口尺寸選擇為DN150mm，出口及入口管口分為兩級(jí)，具體調(diào)配如下表2。

表2

借助Pipephase 9.7進(jìn)行降壓核算。其中介質(zhì)物性選用熱力學(xué)方法NTRL計(jì)算，管口壓漿降用Beggs&Brill-Moody模型，管口相對(duì)粗糙度取值為0.2mm。以DN750作為空氣冷卻器二級(jí)集合管起始位置，終點(diǎn)設(shè)置為空氣冷卻器入口管口位置，管口連線位置依照操作需求進(jìn)行合理配置，二級(jí)集合管與流量為固定值，以此計(jì)算空氣冷卻器入口管口壓力，實(shí)驗(yàn)假設(shè)管口不存在偏流問(wèn)題。

起始位置在空氣冷卻器出口、出口管口處。管控連接處依照實(shí)驗(yàn)班需求進(jìn)行合理配置，終點(diǎn)設(shè)置在DN450mm二級(jí)集合管處?？刂萍瞎軌毫捌淞髁?，保證其數(shù)據(jù)固定，以此計(jì)算起始點(diǎn)和管口壓力。具體參數(shù)如下表3所示。

表3

從表3可以看出，預(yù)精餾塔塔頂系統(tǒng)核算壓降110%負(fù)荷下為22.1kPa，在實(shí)際運(yùn)行中，空氣冷卻器實(shí)際進(jìn)口壓力為0.12MPa，而預(yù)精餾塔回流罐壓力基本維持在0.1MPa。因此，對(duì)于該塔頂系統(tǒng)，預(yù)精餾塔入口集合管的固有壓力降是偏大的，這會(huì)導(dǎo)致空氣冷卻器入口壓力對(duì)應(yīng)的氣相飽和溫度增大，使空氣冷卻器出口冷凝溫度升高，冷卻效果不理想。

(2)空氣冷卻器負(fù)荷核算

在操作過(guò)程中，83℃為空氣冷卻器的進(jìn)口溫度，精餾時(shí)溫度達(dá)到87℃，致使回流量無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，也無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)流量需求。在操作現(xiàn)場(chǎng)得知，當(dāng)氣候溫度較高時(shí)，甲醇精餾系統(tǒng)將處于高壓狀態(tài)。

精餾系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需加大空氣冷卻器負(fù)荷，留有一定余量，所以，溫度應(yīng)取氣候日均最高溫度，也就是溫度34℃時(shí)進(jìn)行空氣冷卻器參數(shù)核算。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，由于空氣阻力、結(jié)蠟等問(wèn)題會(huì)發(fā)生降低空氣冷卻器能力的情況，所以應(yīng)核算120%狀態(tài)下的負(fù)荷余量，以此提高設(shè)備適應(yīng)性，避免設(shè)備負(fù)荷過(guò)大影響精餾。

3.塔頂系統(tǒng)改造方案研究

(1)塔頂系統(tǒng)改造方案

本優(yōu)化改造方案采取新增水冷器的方式，以此分擔(dān)空氣冷卻器負(fù)荷。由于空氣冷卻器阻力相對(duì)較小，假如和改造新增的水冷器采用并聯(lián)連接的方式，這種情況下水冷器介質(zhì)流量無(wú)法控制，無(wú)法充分發(fā)揮水冷器的效用。假如在空氣冷卻器和水冷器管道上加設(shè)閥門(mén)，借助閥門(mén)調(diào)節(jié)的方式調(diào)控設(shè)備負(fù)荷，但這種做法會(huì)加大系統(tǒng)阻力，且操作難度較大，在春夏溫度較高的季節(jié)，空氣冷卻器周?chē)鷤鳠釡囟炔畈淮?，冷卻效果欠佳。

基于此，應(yīng)將水冷器和空氣冷卻器進(jìn)行串聯(lián)設(shè)置，確保所有介質(zhì)都途經(jīng)水冷器，最大限度發(fā)揮水冷器的作用。考慮到空氣冷卻器計(jì)算誤差問(wèn)題，經(jīng)多次核算后，水冷器負(fù)荷可按照設(shè)備空氣水冷器負(fù)荷比例考慮，通常控制在30%左右。新增水冷器采用固定管板形式，長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，盡可能減小壓降，尺寸為1600mm×3500mm，壓降為5kPa，出口溫度控制在64℃。具體設(shè)置方案為上文圖1虛線位置。

(2)改造結(jié)果分析

新增串聯(lián)水冷器過(guò)后，預(yù)計(jì)甲醇回收量為每小時(shí)1噸，按每年操作時(shí)間8k小時(shí)、1噸甲醇2k計(jì)算，全年效益達(dá)1600萬(wàn)元。在精餾設(shè)備中新增水冷器后，循環(huán)水量大約為600t/h，按照循環(huán)水價(jià)0.21元/t計(jì)算，每年總耗水量為100.8萬(wàn)元。預(yù)精餾塔水冷器凈重為4.65噸，設(shè)備制造費(fèi)用為18.5萬(wàn)元，非標(biāo)換熱器價(jià)格為39761元。設(shè)備安裝預(yù)計(jì)花費(fèi)0.54萬(wàn)，設(shè)備儀表費(fèi)用約50萬(wàn)元，新增水冷器改造預(yù)計(jì)總花費(fèi)69萬(wàn)元，根據(jù)投資資金與回收率計(jì)算，大約1個(gè)月收回投資資金，此次改造具有較強(qiáng)可行性，經(jīng)濟(jì)效果較好。

4.結(jié)束語(yǔ)

如上可知，甲醇精餾過(guò)程中，材料、溫度、操作方式等因素會(huì)對(duì)其產(chǎn)量造成較大影響。精餾設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，很容易出現(xiàn)預(yù)精餾塔塔頂冷量不足的問(wèn)題，易發(fā)生超壓現(xiàn)象，本文模擬數(shù)據(jù)和實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)有一定差別，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)。在甲醇精餾過(guò)程中，管道單線圖設(shè)計(jì)后期具備條件后才會(huì)比較完善，所以，在施工設(shè)計(jì)初期階段，對(duì)塔頂入口集合管進(jìn)行模擬核算過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)選擇空氣冷卻管集合，根據(jù)施工要求，適當(dāng)增加設(shè)計(jì)余量，或者如改造方案所言，采用空氣冷卻管和新增水冷器串聯(lián)的方式，緩解塔頂壓力，滿(mǎn)足塔頂負(fù)荷需要。