醚化蒸馏塔设计总结

范 丽，谢 琨

（中国石油工程建设公司大连设计分公司, 辽宁 大连 116011）

醚化蒸馏塔设计总结

范 丽，谢 琨

（中国石油工程建设公司大连设计分公司, 辽宁 大连 116011）

大连石化公司汽油质量升级 100 万 t/a 轻汽油醚化装置醚化蒸馏塔具有塔内装有填料和塔盘、外形尺寸大、变径以及由于物料反应介质腐蚀性较大的特点，正确的设计对于醚化蒸馏塔的长周期安全使用具有重要意义。阐述了醚化蒸馏塔的主体材料选用、结构型式和制造安装技术要求编制等方面的设计要点。

醚化蒸馏塔；结构型式；变径 ；设计要点

大连石化公司汽油质量升级100 万 t/a轻汽油醚化装置于 2013 年建成投产，其中的醚化蒸馏塔（C-9202)结构比较复杂，筒体变径，塔内既装有三段填料。又装有 59层塔板，壳体主材为复合钢板，在设计、制造焊接、塔体结构型式方面比较有难度。本文着重介绍了醚化蒸馏塔的选材、结构型式和制造安装技术要求。

1 概 述

醚化蒸馏塔工艺过程：水洗后的轻汽油与来自甲醇回收塔回流罐的甲醇混合换热后进入第一醚化反应器，一部分活性组份发生醚化反应，生成TAME，第一醚化反应器的反应物料进入醚化蒸馏塔，醚化蒸馏塔精馏段设三层醚化催化剂床层，活性组份进一步反应，醚化蒸馏塔塔底重沸器热源来自催化汽油加氢脱硫装置的加热炉，塔底的醚化产品经与反应进料换热后，经空冷、水冷冷却到 40 ℃出装置；未反应的 C5与甲醇共沸，气态馏出物经醚化蒸馏塔顶空冷器冷凝，冷凝液流入醚化蒸馏塔回流罐。冷凝液自罐底抽出，部分经回流泵增压后作为醚化蒸馏塔的回流打入塔顶，其余部分经后醚化反应器进一步反应。醚化蒸馏塔具体设计参数见表1。

表 1 设计参数Table 1 Design Parameter

2 设备主体材料选用

2.1 塔体材料

第一醚化反应器的反应物料TAME进入醚化蒸馏塔，醚化蒸馏塔精馏段设三层醚化催化剂床层，介质中的活性组份进一步反应，因此物料中酸值增加，腐蚀性较强，所以设备主体材质选用不锈钢复合钢板 Q345R+S30408[1-3]，符合 NB/T47002.1-2009《压力容器用爆炸焊接复合板》1级要求，保证强度同时，充分考虑介质的腐蚀情况，而且复合钢板性价比较高。

2.2 接管和法兰的选材

考虑介质腐蚀性，接管材料选用不锈钢S30408， DN≤350 的法兰材料选用不锈钢 S30408Ⅱ[4]，DN＞350 的法兰结构尺寸较大，材料综合考虑价格的因素选用 16MnⅡ堆焊[5]，性价比较高，具体见图1。

图 1 DN＞350 的法兰堆焊结构Fig.1 DN＞350 Flange welding structure

2.3 塔内件的材质

醚化蒸馏塔精馏段设三层醚化催化剂床层，介质中的活性组份进一步反应，因此物料中酸值增加，腐蚀性较强，所以塔盘及其支撑件材质选用不锈钢S30408，填料支撑栅板和压紧栅板也选用不锈钢S30408。

2.4 综述

醚化蒸馏塔在选材上比较严格，可能投资要高，但设备长周期运行时间较长，设备的检修和维护费用要大大降低，设备使用寿命长，从长远眼光看还是性价比较高的。

3 醚化蒸馏塔结构型式

3.1 锥壳的结构设计

（1）外压工况

锥壳大端筒体直径 4 000 mm, 小端筒体直径3 600 mm，锥壳半顶角α＜30°，锥壳大、小端同时具有折边和加强段，在外压锥壳计算时，锥壳大端与圆筒连接处、锥壳小端与圆筒连接处都不作为支撑线，按 GB150.3-2011 中 5.6.6.2 使用 SW6-2011计算程序进行计算[6]，所需的有效厚度按下述方法和步骤确定：

a. 假定锥壳的名义厚度δnc;

b. 计算δec=（δnc-C）COSα

c. 按 GB150.3-2011 中 4.3 的规定进行外压校核计算，并以 Le/DL代替 L/Do, DL/δec代替 Do/δe)。

（2）正压工况

折 边 锥 壳 大 端 厚 度 按 GB150.3-2011 中 式(5-18)、式(5-19)计算，取其较大值；

锥壳半顶角＜45°，折边锥壳小端厚度按GB150.3-2011 中 式 (5-10)计 算 ， 式 中 Q2值 由GB150.3-2011 中的图 5-14 查取；

（3）由于篇幅所限，具体计算过程在此略去，结合内外压工况计算，并且考虑锥壳大、小端与圆筒连接处的加强设计，锥壳大、小端各设置 500 mm加强段；外压工况下锥壳和锥壳大端筒体加强段厚度需要 29 mm，锥壳小端筒体加强段厚度计算需要21 mm，正压工况所需厚度小于外压工况，所以锥壳及其加强段的最终厚度由外压工况决定；考虑锥壳和锥壳大、小端筒体加强段焊接要求，本次设计锥壳及其锥壳大、小端筒体加强段厚度都取为 29 mm。

锥壳材料选用不锈钢复合钢板Q345R+S30408，上述计算中将 3 mm 复层 S30408 计入腐蚀裕量中，所以锥壳和锥壳大、小端筒体加强段厚度正确表示方法应为(26+3)mm

3.2 开孔接管的型式

壳体接管补强可采用两种结构型式，一种是补强圈补强，本次设计中 DN≥80 mm 接管采用补强圈补强；另一种是整体补强，整体补强又分为厚壁管插入式补强结构和凸缘整体补强结构，具体结构见图2。由于厚壁管插入式补强结构角焊缝底部清根困难，又不能进行射线、超声等方法的内部检测[7]，容易产生未焊透等缺陷，所以本次设计中DN＜80 mm的开孔接管设计全都采用锻制凸缘整体补强结构，可进行射线、超声等方法的内部检测，保证焊接质量，并且设计中将接管设计成整体法兰型式，减少一道焊缝，降低制造中出现缺陷的概率。

图 2 接管补强结构Fig.2 Pipe reinforcement structure

3.3 开孔接管的方位

接管方位常规是由安装专业提出，表面上看与设备专业不大，其实不然，由于醚化蒸馏塔内装有塔盘，液位计口、液位变送口、温度指示口和温度变送器口的位置应能保证落在相应层塔板上，才能准确测出液位和温度，而且由于温度指示口和温度变送器口测温时温度计需要伸入塔内，所以需格外注意还不能与上一层塔盘的降液板相碰，这就要求安装、仪表和设备三个专业配合确定好方位，既满足仪表和安装专业的要求，又保证其开口不与设备内件相碰。

另外人孔的方位也需要注意，应保证施工人员进入塔内不能踏空，需要落在相应层塔板上，保证人员施工安全，正常情况下安装专业会考虑，但最好是两个专业配合，设备专业也需要注意一下，细节决定成败，多一份考虑，就会少一份隐患。

3.4 裙座出入口型式

SH/T3098-2011 和 JB/T4710-2005 标准中规定裙座出入口有两种型式：长圆孔和圆形孔[8,9]，标准中提出为避免过大的截面削弱，可设长圆孔，本次设计中考虑方便施工，长圆孔更容易出入，而且也方便携带维修工具进出，所以裙座出入口设为长圆孔。

还有考虑裙座内部检修方便，在其内部设置直梯，方便检查塔底液相出口、再沸器进口和排污口在裙座内的焊接接头和其它情况；同时在裙座上开观察口，平时可经常检查塔底开口的焊接接头情况，及时发现问题及时处理。

3.5 支撑栅板焊接型式

图 3 支撑栅板与筒体焊接详图Fig.3 Welding detail drawing of support grid tray and tank

醚化蒸馏塔精馏段设三层醚化催化剂床层，每层高 4.6 m，直径 3.6 m，支撑重量近 40 t，所以支撑栅板的支撑重量很大，考虑不锈钢复合钢板中复层厚度仅为 3 mm，如果栅板直接焊接在复层上，容易撕裂复层，后果不堪设想，所以本次设计中要求支撑栅板中与筒体连接的各件焊接在筒体基层上，保证焊接牢固性，同时也保护筒体复层。在图纸中还给出具体焊接接点（详见图 3），特别说明与筒体连接的各件（筋板、支承板、支座板和支持圈）焊接在筒体基层上，且焊接前应将与筒体焊接的复层部分清除。

4 技术条件的编制要点

为了更好地保证醚化蒸馏塔的制造安装质量，在常规设计的基础上技术要求方面格外提出一些要求。

4.1 壳体酸洗钝化

由于塔体选用复合钢板 Q345R+S30408，所以设备制造完毕内表面应进行酸化、钝化处理。

4.2 无损检测

（1）接管与设备筒体角焊缝进行 100%超声检测，I级合格。

（2）塔底液相出口、再沸器进口和排污口在裙座内的焊接接头（接管与弯头、接管与厚壁接管间对接焊缝）应进行 100%射线检测，II级合格。

（3）接管与法兰对接焊缝、整体法兰与筒体之间对接焊缝应进行 100%射线检测，II级合格。

5 结束语

大连石化公司汽油质量升级100 万 t/a轻汽油醚化装置醚化蒸馏塔（C-9202）现在已经投入生产，业主非常满意，充分说明选材及结构设计的合理性、可操作性和安全可靠性，也验证了设计参数选取和制造安装技术要点编制的正确性，上述总结是我在大连石化公司汽油质量升级100 万 t/a轻汽油醚化装置醚化蒸馏塔中的一点设计体会，希望能给塔器设计者提供参考。

［1］ TSG R0004-2009 《固定式压力容器安全技术监察规程》[S].

［2］ GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》[S].

［3］ NB/T 47002.1-2009《压力容器用爆炸焊接复合板》第 1 部分:不锈钢-钢复合板[S].

［4］ NB/T47010 -2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》[S]．

［5］ NB/T47008-2010《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》[S].

［6］ GB150.1～4-2011《压力容器》[S].

［7］ JB/T4730.1-JB/T4730.6-2005《承压设备无损检测》[S].

［8］ SH/T 3098-2011《石油化工塔器设计规范》[S].

［9］ JB/T 4710-2005 《钢制塔式容器》[S].

Summary on Design of Etherification Distillation Column

FAN Li，XIE Kun
（China Petroleum Engineering Construction Corporation Dalian Design Branch, Liaoning Dalian 116011，China）

The distillation column in 1 Mt/a light gasoline etherification unit for gasoline quality upgrade in Dalian Petrochemical Corporation has the characteristics, such as large shape size, reducing diameter and strong caustic reaction medium. The correct design has important significance for the long period safe using of the column. In this paper, design key points of the etherification distillation column were introduced, such as selection of host materials, structural type, manufacturing and installation technique requirements, and so on.

Etherification distillation column; Structural type; Reducer; Design key points

TQ 028

： A文献标识码： 1671-0460（2014）07-1297-03

2014-05-10

范丽（1969-），女，辽宁大连人，工程师，1992 年毕业于大连理工大学化工机械专业，现从事石油化工设计工作。E-mail：fanli-dl@cnpc.com.cn。