1、精馏塔压力热旁路控制主要用于塔顶气相全冷凝的工况。其主要优点有:回流罐置于冷凝器之上可提供给回流泵较高的净正吸入压头;冷凝器可安装在地面,不需要设置支撑构架,降低了投资费用,且使冷凝器检修和清洗更加方便;调节阀安装在热旁路管线上,尺寸可大幅度降低。由于具有以上优点,热旁路控制塔压已被广泛用于石油化工装置中。1 热旁路控制的原理及特点图1为热旁路控制系统的流程简图。当塔顶压力小于设定值时, 热旁路调节阀开度增大, 进入回流罐的热旁路气体流量增大, 回流罐中气、液两相界面间的液体温度升高, 回流罐压力 PB随之升高, 由于回流罐中液位高度 HB 受回流罐液位调节阀的控制, 可以认为保持不变, 且冷
2、凝器压力 PC 在调节过程中也基本保持不变。在忽略摩擦损失的情况下, 根据贝努利方程可列出下式:PB / g +HB = PC / g +HC (1)式中:冷凝液密度, kg/m3 ;PB 回流罐压力, Pa;PC 冷凝器压力, Pa;g重力加速度,m2 / s;HB 回流罐中液位高度,m;HC 冷凝器中液位高度,m。由式(1)可知,在HB 、PC 保持不变的情况下,HC 随PB 升高而上升,说明了随着热旁路调节阀开度增大,回流罐内液体将倒流至冷凝器中,冷凝器内液位升高,被液体浸没的传热面积增加,使气相冷凝速率降低,塔内气相储量增加导致压力升高。图1 热旁路控制系统流程当塔顶压力高于设定值时,
3、热旁路调节阀开度降低,回流罐压力降低,冷凝器和回流罐间的压差增加,更多的冷凝液被压送至回流罐中,冷凝器内液位就会下降,气体冷凝速率加大,使塔压逐渐下降直至恢复到设定值。热旁路控制系统主要有如下特点:(1)冷凝器出口的冷凝液处于过冷状态。否则,压力为 PC 的饱和冷凝液从冷凝器流至压力为 PB 的回流罐时会闪蒸、汽化。(2)回流罐中的热旁路气体除和“气垫控制系统”中充当“气垫”的惰性气体所起作用近似外,还可与冷凝液一起在气、液两相界面间形成一层极薄的“液膜” 。该“液膜”温度高于回流罐冷凝液主体温度并与回流罐上部的气体呈平衡状态。(3)由于空冷器管束内冷凝液液位变化远不如管壳式换热器液位变化灵敏
4、,故当塔顶冷凝器为空冷器时不宜采用图1 所示的热旁路控制流程。如采用时须将空冷器倾斜一定角度,以增加液位调节的灵敏度。(4)热旁路控制塔压是通过改变冷凝器内液位进而改变塔顶气体的冷凝面积来实现的,故在冷凝器选型时,其传热面积要有一定的富裕量。2 热旁路控制系统的工艺流程设计211 工艺管道设置和配管在热旁路控制系统中,由于回流罐的液位波动会引起冷凝器液位的变化,使回流罐和塔顶压力控制不稳定,故回流罐液位应尽量保持稳定。为减少对回流罐液位的扰动,冷凝液应从罐底部进入回流罐,即便从罐顶部进料,进料管线也应伸入到回流罐底部。热旁路管线则应从回流罐顶部进入,且配管时不应出现任何形式的袋形以防止积液,对
5、于水平管段也要有23的坡度并坡向回流罐,以便使可能存在的凝液能自流至回流罐中。图2为两种不合理的热旁路控制工艺流程设置。图2 ( a)和图2 ( b)都先将热旁路管线接至冷凝液管线上,然后再分别从罐底、罐顶进入回流罐。这样设置的目的被认为是可消除回流罐内气、液两相的温差,能更加灵活地调节回流罐内冷凝液的温度,有利于塔压的控制。但实践证明,如此设置不但破坏了回流罐液位的稳定,且饱和的热旁路气体与过冷的冷凝液在管线中混合,热旁路气体很容易被冷凝,冷凝程度与冷凝液的过冷度、冷凝液与热旁路气体的流量之比等有关。由于热旁路气体在管线中不断被冷凝且冷凝量不断变化,采用图2 所示流程很难将塔压控制平稳。当热旁路调节阀关闭时,也可导致阀下游的热旁路气体快速冷凝而引起“水锤”现象发生 5 。另外,为防止气温骤变如下雨等对控制的干扰,热旁路气体管线及回流罐应保温。特别是当操作压力较高且馏出液为窄馏分时更需保温,因为在这种情况下,温度微小的变化就会引起热旁路气体与冷凝液流量之比的较大变化,造成系统压力波动。
