热虹吸式再沸器的优化操作

2015-06-27刘铁柱中沙天津石化有限公司天津300270

化工管理 2015年26期

刘铁柱（中沙（天津）石化有限公司，天津 300270）

1 生产概述

我厂丁二烯装置是以ACN法抽提丁二烯，乙腈作为溶剂，原料为乙烯装置副产品的裂解碳四，通过萃取精馏和普通精馏等物理分离过程，最后得到聚合级丁二烯产品。为第一萃取系统提供热量的E-104、E-105热虹吸换热器，其管程为碳四及溶剂混合物，壳程为热溶剂。

2012年10月2日，装置检修后开车的过程中，出现了E-104、E-105换热器堵塞的情况，导致一萃系统的T-101B塔压差升高至0.171MPa，远远高于稳定运行时的塔压差，且塔釜液位持续降低。经过分析判断，确认为E-104、E-105换热器出现堵塞现象，破坏了热虹吸式换热器的工作状况，导致换热器内物料无法正常流动，塔板上物料积累过高但又没有淹没升气孔。从而形成了塔压差升高且塔釜液位持续下降的现象。通过对堵塞换热器的处理，也印证了该分析原因。

2 换热原理

热虹吸式换热器，其工作原理依靠塔釜内液体静压头和塔釜再沸器内两相流的密度差产生推动力形成热虹吸式运动，换句话说，就是利用再沸器中气-液混合物和塔底液体的密度差为推动力，增加了流体在管内的流动速度，减少了污垢的沉积，提高了传热系数。热虹吸作用的产生主要是由于塔釜内的静压头与再沸器内的两相流的摩擦压降及其静压头总和的差产生推动力的结果。

垂直管内的蒸发：立式热虹吸式再沸器的传热管是垂直的加热管，液体由底部进入，经加热沸腾由管的上部返回塔内。在垂直管内被解热液体沸腾的过程参见图1。

图1 被加热液体在垂直管内沸腾状态图

由图1看出被加热液体在管内经历了一下几个阶段：

2.1 单相对流显热段

因为静压头的存在，该区域的压力大于流体饱和状态的压力。为使该区域的液体气化沸腾，必须将液体加热到对应压力下的饱和温度以上。显热段的长度取决于液体的液相传热系数、管壁两侧总的温差、再沸器进口管的压降等。

2.2 过冷沸腾段

压力随着流体经换热管向上流动而逐渐降低，直到接近液体在换热管壁温所对应的饱和蒸汽压时，在换热管壁上液体开始形成气泡，气泡不断长大，破裂。此时没有气体产生，但是由于所形成的气泡作用，该段流体的膜传热系数迅速增大。

2.3 泡状流动和活塞流段

当液体持续加热达到饱和温度时，在管壁形成大量气泡后离开换热管内壁，气泡在流体内变大聚集而形成气体活塞。

2.4 搅动流段

随着气体体积的增加，气体活塞聚集在一起形成一连串的气核。但在这个区域气体流速还不足以带动液体向上流动，同时由于气液相间的相互作用，管内液体出现搅动现象。

2.5 环状流段

当气体的垂直应力足够大时，气体带动液体沿换热管向上运动，此时流体在立式热虹吸再沸器内完成了主要的相变和传热过程。气液两相经过再沸器上封头进入精馏塔。

3 原因分析

分析E-104、E-105换热器的堵塞的原因，主要有以下两种情况存在：一、停车过程中，萃取系统内存在的胶状物全部脱落到塔釜中，通过塔釜与再沸器相连管线进入换热器下封头内。通过上述原理可知，物料是在热虹吸再沸器内流动方向是自下而上，这就造成了在开车时胶状物堵塞在换热器下部管板处或者换热管内。而无论胶状物存在什么地方，都会使得物料流动不畅，破坏热虹吸的工作状况。二、装置运行过程中，高浓度的乙腈在换热管内壁形成胶状物，这类胶状物在形成初期为直筒形状，如果装置运行中出现稍微波动，就可能导致这类胶状物随物料进行移动，当大量该类胶状物聚集在某一处时，就会发生堵塞换热管的情况。

4 改进操作思路

选择热虹吸式再沸器，是因为大流量循环时，物料停留时间短，对再沸器管程有强烈的冲刷作用，不至于结垢。另外，换热器能产生热虹吸，是因为在蒸发段，由于汽化、汽液两相流密度降低，使得液位差形成的推动力足以推动汽液两相流在高于塔内液面的换热器上口流出，这就是虹吸现象在工业中的典型应用，所以液位越高，循环量越大，如果再沸器的热负荷还可提高，那么该操作对循环而言，是大有好处的。但是，过高的液位会使液面出现浪涌，因为有了鼓泡区，使汽液分离空间减少，雾沫夹带严重，最严重时会使上层塔板效率下降，产品不合格，因此这是非正常情况下才使用的一种手段。