减压塔汽提段冷壁塔体研究*

张 龙，齐慧敏，王海波

（抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺 113001）

减压塔汽提段冷壁塔体研究*

张 龙，齐慧敏，王海波

（抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺 113001）

针对当前原油常减压蒸馏装置的形势，从减压深拔着手分析了当前减压塔汽提段的影响，提出了一种新型的冷壁减压塔汽提段塔体构思，并对其进行了相关的研究阐述，总结出冷壁减压塔汽提段塔体的现实意义，对新型减压塔的设计具有一定的指导意义。

减压深拔、汽提段、腐蚀、冷壁

近年来，随着石油炼厂单套常减压装置加工规模的不断扩大和对装置总拔出率要求的不断提高，减压塔的减压拔出率对常减压装置的经济效益影响越来越大。如何提高减压拔出率成为是炼油工作者普遍关注的课题。研究的重点主要集中在减压炉炉管的逐级扩径和减压转油线、减压塔顶抽真空系统优化、以及塔内构件和规整填料取代塔板等方面[1]，取得了令人鼓舞的进步。然而，在减压塔汽提段的保温和防腐方面所作的研究很少。根据生产实践数据来看，诸多装置减压塔汽提段在经济保温厚度下塔壁温达到40℃以上（大气温度为15℃），塔体散热损失较大，造成汽提段内温度不高，严重影响了塔底轻馏分的汽化。另外，在塔底高温下，环烷酸和硫对塔体腐蚀尤为严重，一些塔体的实测厚度小于最小计算厚度，影响了装置的安全运行。

1 减压塔汽提段的现状

1.1 散热量大

炼油厂常减压装置减压塔的汽提段所进行的是对进料一次闪蒸后的再次蒸出操作，其工艺参数特别是温度对减压拔出率有着重要的影响[2]。目前，减压塔汽提段温度和进料闪蒸段的温度有15～25℃的温差，严重制约了汽提段渣油中轻馏分的再次汽化蒸出。这些温差一方面原因是由于汽提段中的液相气化吸收热量造成汽提段温度下降，但另一方面的原因是由于汽提段塔体散热引起的。目前炼油厂常减压装置减压塔汽提段的塔体均为热壁，汽提段塔内介质温度为370～390℃，塔壁温度为300～ 350℃。虽然塔体包裹200～300 mm的保温层，保温层塔壁的温度仍有40℃（环境温度为15℃）。根据传热学稳定流傅立叶定律，单层保温结构传热计算的基本公式为[3]：

其中：Q——塔壁散热的热流密度，kJ/（m2·h）；

T——塔内介质温度，℃；

t——环境温度（取15℃），℃；

δ——塔保温厚度，mm；

λ——保温材料导热系数，kJ/（m·h·℃）；

α——空气传热膜系数，kJ/（m2·h·℃）。

由热流密度Q和保温层壁温tw可以算出塔壁的热损失很大，如表1所示。

表1 不同操作温度下塔体散热损失量Table 1 The heatdissipationloss of towerbody underdifferent operating temperature

对于目前炼厂装置规模大型化发展的趋势，原油蒸馏塔的塔径达到4～10 m，有的高达12 m以上[4]。在370℃[5]以上的操作温度条件下，原油蒸馏减压塔汽提段塔体的散热损失量尤为巨大，造成汽提段塔底温度上不去，使减压渣油中有一定量的轻馏分蒸发不上去，减压渣油中＜500℃馏分含量仍然＞5%，减压蒸馏的切割点多数在540℃以下[6]，减压塔的拔出率受到了限制。

1.2 腐蚀严重

通常减压塔汽提段的温度在370～390℃。塔底油品经汽提蒸出后，减压渣油含硫量高、酸值大。据文献查[7]：一种硫质量分数为1.938%的原油经常减压蒸馏后，＞500℃减压渣油中的硫质量分数可达4.304%。而且，一般油品中含硫有机物在240℃时就开始转化为硫化氢和元素硫，且随温度的升高其转化率增加很快。当温度在350～400℃时，硫化氢开始分解生成活性硫。活性硫和硫化氢都会对设备造成严重的腐蚀。尤其是活性硫的腐蚀更为严重。同时，随着加工原油劣质化趋势不断发展，原油中的酸值越来越高。在减压塔汽提段高温条件下，含酸油对设备的腐蚀尤其严重。据相关资料报道[8]，对于不同的原油硫腐蚀对碳素钢的腐蚀速率可达1.5～8.0 mm/a；环烷酸对碳素钢的腐蚀速率高达7～18 mm/a。为此，减压塔汽提段塔体必须选用1Cr18Ni9Ti或316L复合钢材，塔体造价很高。

2 汽提段冷壁塔体的研究

针对当前热壁减压塔汽提段存在散热损失大、塔体腐蚀严重等现状，为了保证减压塔汽提段温度，提高减压拔出率。研究一种汽提段为冷壁塔体的减压蒸馏塔。具体方案是在减压塔汽提段塔壁内设抗腐蚀耐磨衬里和隔热层，结构示意图见图1所示。

图1 汽提段冷壁塔体结构示意图Fig.1 Structure scheme of cold-wall stripping section

由于冷壁的汽提段的碳素钢塔体不直接接触塔内的高温、含硫和环烷酸的减压渣油，从而降低汽提段塔体壁温，减少塔体散热损失，保证塔内汽提段相对较高的温度；同时避免塔体腐蚀，避免了热壁汽提段塔体采用奥氏体钢材增加工程投资的问题。具体的研究措施如下：

2.1 采用隔热层，减少散热损失

减压塔汽提段内介质为温度370～390℃的减压渣油，尽管渣油的热阻系数较高，但汽提段塔体的散热量仍然很大。通过在汽提段塔体内侧设置一定厚度的隔热层，使汽提段塔底温度和进料段温度的温差可由目前的15～25℃减小到5～10℃。从而保证减压塔底相对较高的温度，使减压渣油中更多的轻馏分蒸发上去，有利于提高减压塔拔出率。隔热层由容重小的大颗粒膨胀蛭石与粘合剂材料制成，通过用保温钉固定的隔板把蛭石隔热层夹在隔板和塔壁之间，保证了隔热层的稳定性。隔热层的厚度以塔体外壁温不超过平均环境温度10℃为标准来进行试验确定。

2.2 采用新型衬里材料，避免硫和酸腐蚀

由于原油劣质化趋势不断加剧，高硫、高酸原油将是今后原油蒸馏装置的主要原料供应。由此带来的蒸馏装置的设备腐蚀成为炼油加工企业不得不重视的问题，而减压塔汽提段则是原油蒸馏装置中腐蚀相对较为严重的部位。据炼厂装置经验[9]，加工高硫（w（硫）≤3.0%）、高酸（酸值≤2.0 mg KOH/g）原油的蒸馏装置，在运行一个操作周期（2～3年）后，减三线塔体不锈钢内衬表面布满深浅不一的蚀坑。因此，采用新型隔热衬里材料既能耐高温冲刷又能耐高硫、高酸油浸蚀，和隔热层组成新型冷壁塔体结构，如图1所示。使塔体避免了硫和环烷酸腐蚀，塔体材料的选择等级可以降低，从而减少了塔体工程投资。

3 结论

（1）与热壁减压塔汽提段塔体相比，冷壁减压塔汽提段塔体散热损失小，汽提段内介质的温度相对较高，有利于提高减压拔出率。

（2）当加工高硫、高酸原油时，冷壁减压塔汽提段塔体可选用普通碳钢，工程投资相对较低。

（3）与热壁减压塔汽提段塔体相比，冷壁减压塔汽提段塔体对底座和支架的热推力小，底座和支架的设计可以降低，可节省材料。

（4）热壁减压塔汽提段塔体相比，冷壁减压汽提段塔体外壁温大大降低，塔体外不必再需保温层，节省保温及维护费用。

[1]李凭力.常减压蒸馏装置的减压深拔[J].化工进展，2003，22（12）：1290-1294.

[2]杜翔.燃料型减压塔汽提段工艺参数对拔出率的影响[J].炼油技术与工程，2007，37（8）：10-15.

[3]韩文星.炼油厂常减压塔保温改造的建议[J].保温材料与节能技术，1994，5：1-5.

[4]张吕鸿.双切向环流气体分布器结构优化研究[J].化学工程，2008，36（1）：33-36.

[5]赵晓敏.常减压蒸馏装置的减压拔出现状和改进措施[J].石化技术，2008，15（2）：30-33.

[6]李秀芝.常减压蒸馏装置减压深拔的研究[J].石化技术，2004，33（1）：34-36.

[7]徐志达.含硫原油的加工工艺[J].石油与天然气化工，2005，12（3）：10-14.

[8]成枫，谢崇亮，丁洪春，等.冷壁减压转油线的设计和运行[J].炼油设计，1998，29（1）：39-41.

[9]严伟丽.常减压装置的腐蚀与防腐[C].中国石油化工股份有限公司常减压蒸馏技术论文集，2009：144-154.

Study on Cold-wall Stripping Section of Vacuum Tower

ZHANGLong，QIHui-min，WANGHai-bo
（Fushunresearchinstitute of petroleumandpetrochemicals，Liaoning Fushun113001，China）

In allusion to the current status of atmospheric and vacuum units，effect of stripping section of vacuum on pull-out rate was analyzed from the view of deep vacuum distillation.A new conception about cold-wall stripping section of vacuum towerwas presented，and the related researches on the conception was expounded.Moreover，its practical significance was summarized，whichhadsome guiding significance forthe designof new-type vacuumtower.

Vacuumdeep-cut；Stripping section；Corrosion；Cold-wall

TQ051.1

A

1671-0460（2010）04-0401-03

2010-07-26

张 龙（1973-），男，硕士，高级工程师，2007年毕业于辽宁石油化工大学，现从事石油化工工艺工程设计与研究。电话：0413-6389792，E-mail：zhanglong.fshy@sinopec.com。