一种热旁路精馏塔顶压力控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种热旁路精馏塔顶压力控制系统。该热旁路精馏塔顶压力控制系统，其特征在于，至少包括：热旁路管线、截止阀、冷凝器、冷凝液控制阀、回流罐和回流泵，冷凝器出口管线连接于回流罐顶部冷凝液入口并在该管线上设有冷凝液控制阀，热旁路管线的一端通过三通连接于冷凝器与精馏塔连接的管线，另一端连接于回流罐顶部热旁路气体入口，并在该热旁路管线上设有截止阀，回流罐底部出口通过管线经回流泵连接于精馏塔塔顶，回流罐顶部设置有回流罐压力控制管线。该塔顶压力控制系统将控制阀安装在泠凝器出口管线上，热旁路管线上不再设控制阀仅设手动截止阀，具有控制阀尺寸小、配管相对较短、塔操作压力低及布置顺畅等优点。
【专利说明】一种热旁路精馏塔顶压力控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型是关于一种精馏塔顶压力控制系统，具体是关于一种热旁路精馏塔顶压力控制系统，属于石油和化工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]精馏塔是石油化工装置中的常见设备，是用来实现混合物分离的一种传质过程的设备。通过精馏塔操作可得到不同规格的石油或化工产品。精馏塔的压力是精馏操作的重要参数之一，压力波动会破坏塔内的气液平衡，进而影响塔内的物料平衡，从而影响塔的分离精度，因此，选择一个好的精馏塔压力控制方案至关重要。
[0003]精馏塔的压力控制方案有多种，需根据其物料性质、产品及操作条件等做综合考虑。其中热旁路压力控制方案主要用于正常操作条件下塔顶气相全冷凝的工况。所谓热旁路就是塔顶气相不全部通过塔顶冷凝器，而是有一小部分由塔顶不经过冷凝进入塔顶回流罐，输送这一小部分气相进入回流罐的管线称为热旁路管线。
[0004]下面举例说明两种传统热旁路控制精馏塔顶压力的方案。如图1所示，在其中一种传统热旁路控制精馏塔顶压力的方案中，当精馏塔5的塔顶压力小于设定值时，热旁路控制阀2开度增大，通过热旁路管线I进入回流罐3的热旁路气体流量增加，气、液两相界面间的温度升高，使回流罐3压力Pd升高。由于回流罐3液位HD受液位控制阀的控制，可以认为保持不变，且冷凝器4压力Pe在调节过程中也基本保持不变。根据伯努利方程可知，在忽略摩擦损失且在Hd、Pe保持不变的情况下，冷凝器4液位H ￡随P D升高而上升，说明了随着热旁路控制阀2开度增大，回流罐3内液体将倒流至冷凝器4中，使冷凝器4内液位升高，这意味着冷凝器4被冷凝液浸没的传热面积增加，气相冷凝速率降低，使精馏塔5内气相储量增加，进而精馏塔5的塔顶压力逐渐升高直至达到设定值。当塔顶压力高于设定值时，热旁路控制阀2开度关小，Pd降低，冷凝器4和回流罐3间的压差增加，更多的冷凝液被压送至回流罐3中，冷凝器4内液位下降，气体冷凝速率加大，使塔顶压力降低至设定值。
[0005]如图2所示，在另一种较常用的传统热旁路控制精馏塔顶压力的系统中，采用在冷凝液管线上增设控制阀的方案。在该方案中，当塔顶产品纯度很高时，在冷凝器出口管线上增设一冷凝液控制阀6以改善调节效果。当塔压降低时，冷凝器出口管线上的冷凝液控制阀6开度关小，热旁路管线I上的热旁路控制阀2开度增大，使冷凝器内液位快速上升，气体冷凝速率下降，使塔压增大。反之，当塔压增加时，使冷凝液控制阀6开度开大、热旁路控制阀2开度关小，冷凝器内液位下降，冷凝速率随之增加，使塔压下降。由于采用两台控制阀共同调节，其调节灵敏度大幅度提高。
[0006]传统的热旁路控制是通过控制冷凝器的冷凝表面积来控制塔压，其优点是: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；冷凝器需要频繁清洗时可置于地面；控制阀安装在热旁路管线上，其尺寸可大幅度减少。传统的热旁路控制塔压系统具有较经济、实用的优点，但其对工艺流程设计有着较苛刻的要求，如果设计不当，也会造成控制失败。
[0007]传统的热旁路控制塔顶压力的系统是将控制阀安装在热旁路管线上，操作温度为塔顶出口温度，这样使得控制阀的操作和设计温度都相对比较高。对于一些炼油和化工装置塔系较多，大部分塔顶气相非全凝或接近常压，采用了其它控制方案，而只有一至两个塔采用传统热旁路控制系统的情况，塔顶冷凝器布置在地面层，尤其是采用空冷器且数量较多时，会对装置布置的统一性和操作造成一定影响。
实用新型内容
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种热旁路精馏塔顶压力控制系统。该塔顶压力控制系统将控制阀安装在泠凝器出口管线上，而热旁路管线上不再设置控制阀仅设置截止阀，该系统具有控制阀尺寸小、配管相对较短、塔操作压力低以及布置顺畅等优点。
[0009]为达到上述目的，本实用新型提供一种热旁路精馏塔顶压力控制系统，其特征在于，该系统至少包括:热旁路管线、截止阀、冷凝器、冷凝液控制阀、回流罐和回流泵；其中，冷凝器的入口通过管线连接于精馏塔塔顶出料口，冷凝器的出口通过管线连接于回流罐顶部冷凝液入口并在该管线上设置有冷凝液控制阀；
[0010]热旁路管线的一端通过三通连接于冷凝器与精馏塔连接的管线，热旁路管线的另一端连接于回流罐顶部热旁路气体入口，并在该热旁路管线上设置有截止阀；
[0011]回流罐底部出口通过管线连接于精馏塔塔顶物料回流入口，并在该管线上设置有回流泵；
[0012]回流罐的顶部设置回流罐压力控制管线。
[0013]在上述的热旁路精馏塔顶压力控制系统中，塔顶产品管线可以通过三通连接于回流罐底部与精馏塔塔顶连接的管线。
[0014]在上述的热旁路精馏塔顶压力控制系统中，优选地，所述冷凝器的出口液柱高度H 彡(Δ P1+ Δ Pfl+ Δ P2- Δ P3- Δ Pf2) / P g ;其中Λ P1S冷凝器压降，Pa，Λ P η;Λ P {2分别为塔顶冷凝管线和热旁路管线的管道阻力降，Pa ;Δ己为冷凝液控制阀压降，PaiAP3为截止阀压降，Pa ; P为冷凝液密度，kg/m3;g为重力加速度，m/s 2;H为冷凝器的出口液柱高度，mo冷凝液控制阀尽量靠近回流罐布置，冷凝器的出口管线最好通过回流罐顶部冷凝液入口插至回流罐底部，最好插入液面以下，此时H为冷凝器出口至回流罐高液位间高差。若回流罐顶部冷凝液入口未插入液面以下，H为冷凝器出口至回流罐顶高差或可粗略视为是冷凝器出口至冷凝液控制阀高差。根据伯努利方程，对塔顶热旁路管线压力计算，有Pt- Δ P3- Δ Pf2= PD，其中Pt为塔顶压力，P D为回流罐压力。对塔顶冷凝管线压力计算，则有Pt- Δ Pl- Δ Pfl- Δ P2+PgH0= P D，其中Htl为计算的液柱高度，m?塔顶热旁路和冷凝管线均有物料流动时，塔顶到回流罐并联的两路管线阻力降相同，即Λ P3+ Δ Pf2 =Δ P1+ Δ Pfl+ Δ P2- P gH0，整理得，PgH0 = AP^A Pfl+ Δ P2- Δ P3- Δ Pf2，即冷凝管线液位压差能克服两路管线的阻力差，最终设计要求的液柱高度H要比计算值Htl略大，有一定富裕量，以防计算与实际有偏差，对塔顶压力控制造成影响。配管时，还应注意冷凝液控制阀尽量靠近回流罐布置，保证塔顶冷凝器出口到冷凝液控制阀之间有一定的液位高度，形成的液位差压至少能克服冷凝液控制阀的压降，这样液体能顺利流入回流罐中，调节性更好。
[0015]在上述的热旁路精馏塔顶压力控制系统中，优选地，所述冷凝器为空冷器、水冷器或其它类型冷凝器。
[0016]在热旁路塔顶压力控制系统中，热旁路管径的确定是塔压控制稳定的一个重要因素。不少情况是因为热旁路管线口径选取不合理而导致塔压系统不正常。热旁路管线中物料的流量可通过以下热焓平衡方程式求得，根据该流量再确定合适的管径:X = (H3-H2)/(H1-H2)，式中:H1为进入冷凝器的塔顶气体的焓，kj/kg ;H2为冷凝器出口过冷液体的焓，kj/kg ；H3为与回流罐设计压力相应的饱和温度下的液体焓，kj/kg ;X为热旁路流率，占塔顶气体的比例。
[0017]在实施本实用新型的热旁路压力控制系统时，当塔顶压力升高时，冷凝液控制阀开大，冷凝量增加，冷凝速度增加，塔压降低；当塔顶压力降低时，冷凝液控制阀关小，冷凝量减少，冷凝速度降低，从而塔压升高。通过在压力波动时，改变冷凝液控制阀开度，来调节冷凝量，以达到稳定塔压的效果。冷凝液离开冷凝器时是过冷的，冷凝液进入回流罐的底部，热旁路气体从回流罐的顶部进入，这样一部分热旁路气体在回流罐内冷凝，就在气液界面上建立一层薄薄的液膜，该液膜的温度高于回流罐液体的主体温度。该液膜与回流罐中的气体达到一个相平衡，从而实现对塔顶的压力控制。
[0018]在本实用新型的热旁路压力控制系统中，塔顶冷凝器的出口管线上设有控制阀以控制压力，热旁路管线上设有截止阀。热旁路管线上截止阀的作用，一是开工时关小此阀有助于建立回流罐液位；二是当塔顶冷凝器的入口管线阻力降较大时，可通过关小该截止阀，增大气相管路压降，使两路管线阻力降能更好地匹配，增加了操作灵活性。
[0019]本实用新型的热旁路塔顶压力控制系统在精馏塔顶设一条热旁路管线连接到塔顶回流罐，塔顶少部分气相经热旁路管线进入回流罐顶部，大部分气相经过塔顶冷凝器冷凝后进入回流罐底部，冷凝器的出口管线上设置冷凝液控制阀，由塔顶压力来调节其开度，从而控制冷凝速度，热旁路管线上只设有一个截止阀而不设置控制阀，使两路管线阻力降能更好地匹配，最终达到稳定塔压的效果。
[0020]石油和化工精馏塔设计中，经常会有塔顶产品全冷凝，塔需要加压操作的情况，此情况可采用本实用新型的塔顶压力控制系统。与氮封或其它气封等控制方式相比，本实用新型的塔顶压力控制系统没有密封气体的消耗。如果产品纯度要求比较高，采用氮气或其它气体控制塔顶压力会对产品纯度造成一定影响的情况，采用本实用新型的热旁路塔顶压力控制系统的优势则更加突出。
[0021]本实用新型的热旁路精馏塔顶压力控制系统将控制阀安装在泠凝器出口管线上，而热旁路管线上不再设置控制阀仅设置截止阀，其优点主要包括:控制阀移至冷凝器出口管线上，尺寸较小，温度较低，且省掉了热旁路管线上的控制阀，节约投资；配管距离更短，降低了管线阻力降，若塔顶冷凝器出口液相高差足够，热旁路管线上的截止阀可全开，塔顶压力可粗略认为与回流罐压力一致，这样能够降低塔的操作压力，从而降低塔的操作能耗；设备可以按流程由高到底布置，更加顺畅，能与装置内采用其它压力控制系统的塔系风格统一。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为一种传统热旁路精馏塔顶压力控制系统的结构示意图。
[0023]图2为另一种传统热旁路精馏塔顶压力控制系统的结构示意图。
[0024]图3为本实用新型的热旁路精馏塔顶压力控制系统的结构示意图。
[0025]主要组件符号说明:
[0026]热旁路管线I热旁路控制阀2回流罐3冷凝器4精馏塔5冷凝液控制阀6截止阀7回流泵8
【具体实施方式】
[0027]为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本实用新型的可实施范围的限定。
[0028]在一【具体实施方式】中，本实用新型的热旁路精馏塔顶压力控制系统应用于某项目的分馏塔顶压力控制，此塔用来分离得到汽油、柴油、蜡油等产品，塔进料中没有轻组分，塔顶全冷凝。
[0029]如图3所示，该热旁路精馏塔顶压力控制系统包括:热旁路管线1、截止阀7、冷凝器4、冷凝液控制阀6、回流罐3和回流泵8 ;其中，冷凝器4的入口通过管线连接于精馏塔5塔顶出料口，冷凝器4的出口通过管线连接于回流罐3顶部冷凝液入口并在该管线上设置有冷凝液控制阀6，所述冷凝液控制阀6靠近所述回流罐3 ;热旁路管线I的一端通过三通连接于冷凝器4与精馏塔5连接的管线，热旁路管线I的另一端连接于回流罐3顶部热旁路气体入口，并在该热旁路管线I上设置有截止阀7 ;回流罐3底部出口通过管线连接于精馏塔5塔顶物料回流入口，并在该管线上设置有回流泵8 ;回流罐3的顶部设置有回流罐压力控制管线。塔顶产品管线可以通过三通连接于回流罐3底部与精馏塔5塔顶连接的管线。
[0030]在本实施方式中，出于防火安全考虑，塔顶如果有不凝气不允许直接排放大气，需要排入火炬系统，回流罐的操作压力定为0.05MPa，塔顶冷凝采用空冷器。因塔顶热旁路管线阻力降和冷凝液管线长度相当，百米阻力降相差不大，为简化计算，塔顶冷凝线和热旁路线阻力降相互抵消不计，热旁路管线上截止阀全开时阻力较小，也忽略不计。计算后，热旁路量约占塔顶气相量的12%，空冷器压降21.lkPa，冷凝液控制阀压降15kPa，冷凝液密度709kg/m3，冷凝器出口液柱高度最少为5.19m，此项目回流罐入口管未插入液面下，最终确定管道布置时，冷凝液控制阀尽量靠近回流罐布置，空冷器出口至冷凝液控制阀高差不小于6m。
[0031]在实施时，当塔顶压力升高时，冷凝液控制阀开大，冷凝量增加，冷凝速度增加，塔压降低；当塔顶压力降低时，冷凝液控制阀关小，冷凝量减少，冷凝速度降低，从而塔压升高。通过在压力波动时，改变冷凝液控制阀开度，来调节冷凝量，以达到稳定塔压的效果。热旁路管线上截止阀的作用，一是开工时关小此阀有助于建立回流罐液位；二是当塔顶冷凝器的入口管线阻力降较大时，可通过关小该截止阀，增大气相管路压降，使两路管线阻力降能更好地匹配。
【权利要求】
1.一种热旁路精馏塔顶压力控制系统，其特征在于，该系统至少包括:热旁路管线、截止阀、冷凝器、冷凝液控制阀、回流罐和回流泵；其中，冷凝器的入口通过管线连接于精馏塔塔顶出料口，冷凝器的出口通过管线连接于回流罐顶部冷凝液入口并在该管线上设置有冷凝液控制阀； 热旁路管线的一端通过三通连接于冷凝器与精馏塔连接的管线，热旁路管线的另一端连接于回流罐顶部热旁路气体入口，并在该热旁路管线上设置有截止阀； 回流罐底部出口通过管线连接于精馏塔塔顶物料回流入口，并在该管线上设置有回流栗; 回流罐的顶部设置有回流罐压力控制管线。
2.根据权利要求1所述的热旁路精馏塔顶压力控制系统，其特征在于，所述冷凝器的出口液柱高度H》(Λ P1+ Λ Pfl+ Δ P2- Δ P3- Δ Pf2)/Pg ;其中Λ 冷凝器压降，Pa ；Δ Pfl,Δ Pf2分别为塔顶冷凝管线和热旁路管线的管道阻力降，Pa ;Δ P 2为冷凝液控制阀压降，Pa ；Δ P3S截止阀压降，Pa ； P为冷凝液密度，kg/m 3；g为重力加速度，m/s 2。
3.根据权利要求1所述的热旁路精馏塔顶压力控制系统，其特征在于，所述冷凝液控制阀靠近所述回流罐。
4.根据权利要求1所述的热旁路精馏塔顶压力控制系统，其特征在于，所述冷凝器的出口管线通过回流罐顶部冷凝液入口插至回流罐底部。
5.根据权利要求1所述的热旁路精馏塔顶压力控制系统，其特征在于，所述冷凝器为空冷器或水冷器。
【文档编号】B01D3/42GK204233807SQ201420715326
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】仇艳华, 刘戈, 曹坚 申请人:北京石油化工工程有限公司