陈宏福
【摘 要】针对塔釜再沸器换热效果差、 换热管易腐蚀穿孔的问题进行系统分析,得出再沸器出口管线上限流孔板设计不合理是问题的主要原因,针对该问题对限流孔板进行重新设计并采取了一些措施,改进后装置运行状况良好. 【期刊名称】《化工设计》
杨忠洲
【年(卷),期】2017(027)001
【总页数】3页(P13-15)
科学社会主义理论与实践论文【关键词】限流孔板;塔釜;再沸器;腐蚀穿孔;改进
【作 者】陈宏福
现代主义音乐【作者单位】中石化石油工程设计有限公司 东营 257000
大峡谷组曲
【正文语种】中 文
甲苯二异氰酸酯(TDI)是重要的化工基础原料，在汽车、电子、涂料、建筑等领域有广泛的应用[1]。在生产TDI的过程中，通常采用邻二氯苯(ODCB)作为溶剂，ODCB精馏塔是TDI精制过程重要的分离设备之一，该塔为填料塔，其主要作用是将上游工序送来的TDI+ODCB溶液进行分离，并保证得到高纯度的ODCB溶剂。在分离提纯TDI的过程中，因TDI属于热敏性物料，高温下易发生副反应生成脲类、亚胺等[2]。为减少副反应的发生，ODCB精馏塔在分离提纯ODCB和TDI的过程中采用负压操作，即塔顶25 kPa(A)，塔釜再沸器采用强制循环再沸器，通过增大再沸器物料循环量、降低再沸器出口温度等方式减少TDI副反应的发生。但在实际生产过程中，ODCB精馏塔的再沸器换热效果较差，时常听见再沸器内部传出类似水击的异响，再沸器在运行不到半年的时间便出现了换热管破裂和腐蚀穿孔的现象。操作人员针对该问题进行了认真的梳理、分析及改进，但效果不明显。经对塔釜再沸器及整个循环管路进行分析，最终到了症结所在并有效解决问题。 上游工序来的TDI+ODCB物料经泵加压、计量后送至ODCB精馏塔，塔釜物料经塔釜循环泵加压后分为两股物流，一股送至再沸器，用中压蒸汽加热至155℃后再循环至ODCB精馏
塔内；另一股送入下游工序，进一步分离提纯TDI产品。因物料中含HCL、CCL4等低沸点物质，为得到纯净的ODCB，该塔采用侧线采出的方式得到纯度较高的ODCB，塔顶物料经塔顶冷凝器冷凝后一部分回流至ODCB精馏塔内，另一部分送至下游工序。具体流程见图1。
针对塔釜再沸器换热效果差、使用寿命短的问题，首先利用EDR模拟软件对再沸器的结构尺寸、换热管壁厚、换热管材质等参数进行模拟，再沸器设计参数见表1。通过模拟分析结果及查阅相关标准、文献[3]，再沸器设计合理，符合设计规定。根据塔釜物料的组分含量，当再沸器管程出口操作温度169℃时，利用Aspen软件计算得出再沸器管程物料对应汽化压力为46 kPa(A)，通过与现场操作人员进行探讨，怀疑因ODCB精馏塔为负压操作(操作压力28 kPa(A))，再沸器出口管线靠近ODCB精馏塔处的限流孔板孔径设计偏大，使再沸器内物料的压力降低，达到了物料在操作温度下的饱和蒸汽压46 kPa(A)，导致物料在再沸器换热管内部分汽化，出现气蚀现象，从而使换热器传热效果变差，严重时导致换热器振动产生异响甚至损坏。
针对以下限流孔板设计不合理的问题根源，进行详细论述。
3.1 限流孔板前后压差的确定
首先根据实际管道布置及设备布置情况，确定孔板之前的压力，通过分析计算得出管道压力损
失、塔釜再沸器的压力损失、泵出口至限流孔板的高差等参数，见表2。由此可得出限流孔板之前的压力为：
经模拟计算，限流孔板至ODCB精馏塔的管道阻力降为2 kPa，ODCB精馏塔内的塔釜操作压力为28 kPa(A)，所以限流孔板之后的压力P2为30 kPa(A)，小于物料在169℃下的饱和蒸汽压46 kPa(A)。
限流孔板前后压差为：
因孔板前后压差不高于2500 kPa，根据HG/T20570.15-95可知选用单板限流孔板。
3.2 限流孔板孔径的计算
根据HG/T 20570.15-95标准，当限流孔板流经的是液相时，孔板孔径的计算式：
式中，Q为工作状态下流经孔板的体积流量，m3/h；C为孔板流量系数，由雷诺数Re和孔板孔径d0查图2求取；d0为孔板孔径，m；△P为孔板前后的压降，Pa；γ为物料介质的相对密度(与4℃下液态水的密度相比)。
限流孔板所在管道规格及体积流量等具体操作参数见表3，代入式(1)得：
因雷诺数：
因此限流孔板C-Re-d0/D关系可查图2求取。
设，
则，
查图2得：
与假设的C值0.602相等，这说明d0=0.2214m=221.4mm有效(单孔、单板)。
考虑到限流孔板只起到粗略限压的作用，在工程计算中也有误差的存在，为了更好的保证
塔釜再沸器内压力和流量稳定，在靠近限流孔板之前再沸器出口管线上添加手阀，并在手阀之前加装就地压力表，具体流程见图3。
当限流孔板的孔径因长期运行而冲刷增大时，可通过适当调节手阀开度来维持塔釜再沸器的正常操作压力和流量，并可通过设置的压力表来检测限流孔板之前的压力，保证塔釜再沸器内的压力不至于太低而使物料发生部分汽化，引起塔釜再沸器换热效果差并发生气蚀现象，从而保证了装置能够连续生产，减少故障停车检修的次数和时间。
将重新设计计算的孔径为221.4mm的限流孔板安装于再沸器出口管线后，塔釜再沸器运行状况良好，能够满足工艺要求。限流孔板压力表指数为194 kPa(A)，与理论计算的194.9 kPa(A)相当吻合，远大于管程对应操作温度下的汽化压力46 kPa(A)，从而消除了物料在再沸器管程内部分汽化的弊端。在运行的一年多时间内，塔釜再沸器未出现腐蚀穿孔和物料泄漏的现象。
本文针对塔釜再沸器换热效果差、换热管易腐蚀穿孔的问题进行了系统分析，得出塔釜再沸器出口管线上限流孔板设计不合理是造成该问题的主要原因。针对该问题对限流孔板的选型、孔径计算进行了详细的论述，从而确定最佳的限流孔板形式为单板，孔径为221.4m
m，将设计的改限流孔板安装于装置上，装置运行良好，能够满足工艺要求。
再沸器出现换热管破裂、振动的原因有很多，有再沸器设计自身的原因，如折流板间距、防冲板、折流板切口等设计不合理，也有再沸器所在管路系统设计不合理的原因。在遇到此类问题时，要具体问题具体分析，切不可生搬硬套。
【相关文献】
1 王 康等.TDI分离工艺控制方案优化设计[J].天津化工，2009，23(1)：24-26.
索拉非尼2 詹建锋.TDI回收技术探讨[J].化学工程与装备，2013，(2)：27-28.
3 李保红等.基于过程模拟软件的管壳式换热器优化设计[J].大连民族学院学报，2010，1(1)：1-5.
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