46- 反应器汽包、热力除氧器羽叶分离器及分离头用于EO/EG项目选型设计问题

       在国内外EO/EG项目工艺包中，关于乙烯氧化制环氧乙烷装置反应器高温高压汽包，要求对汽包内侧蒸汽出口管前端设置高效蒸汽除沫分离器。并且，在中高压蒸汽锅炉给水项目涉及的高温高压汽包，也要求在汽包内侧蒸汽出口管前端设置高效蒸汽除沫分离器。
       请从事该类项目设计和运行管理的朋友们一起讨论该类高温高压汽包内高效蒸汽除沫分离器设计问题。

       国内炼化企业配套系列装置，在乙烯装置后面的深加工装置设置上，基本上都有EO/EG装置。通常，千万吨级炼油企业，基本配置百万吨级烯烃装置和三十万吨级EO/EG装置。

     关于EO/EG装置项目，通常采用美国SD公司和Dow公司两大公司提供的工艺包。

      在乙烯氧化环节，其氧化反应器温度由相连的高温高压汽包来实现控制和平衡。

     汽包中的高温水循环进入反应器换热管，产生高压饱和蒸汽。部分蒸汽与分离头回注水直接接触充分换热形成凝液回落汽包。

      另一部分未变成凝液的高温高压蒸汽，则需要高效脱除液滴液沫后，通过管线送至下游用热设备。这股蒸汽需要采用SD或DOW工艺包中指定的羽叶分离内件。

      由于汽包分离头回注凝液及部分蒸汽与回注凝液换热变成更多凝液回落蒸汽气流，工艺包要求对出口蒸汽采用羽叶分离内件。其主要原因，一方面是蒸汽挟带液滴液沫进入下游透平设备，会造成动平衡问题进而影响透平机稳定运行甚至产生损坏；另一方面，蒸汽挟带的液滴液沫会在排汽管线中积聚形成“液阻”，造成排汽不畅，汽包压力产生脉冲波动，影响氧化反应器温度稳定性和传热稳定性，进而影响乙烯氧化反应。

     某石化企业采用的SD工艺包所要求的该氧化反应器高温高压汽包的主要参数如下：
1、操作温度：275℃；
2、操作压力：5.85MPaG;
3、设计温度：288℃；
4、设计压力：6.45MPaG。

      由于汽包操作压力高、温度高，导致蒸汽粘度大，蒸汽密度大幅增大，液滴液沫密度大幅减小，液滴液沫表面张力大幅减小，进而导致液滴液沫与蒸汽密度差大幅减小，除沫分离难度大幅提升。

      下图是某石化企业EO/EG装置采用的SD工艺包关于氧化反应器高温高压汽包简图：

     本图是这类高温高压蒸汽汽包除沫器羽叶分离内件照片。

      在中高压锅炉给水装置热力除氧器，其结构与上述蒸汽汽包相似度达到95%以上，可以说是一张图纸上标注的尺寸数据不同而已。热力除氧器蒸汽除沫器和分离头，也与上述蒸汽汽包技术要求相似。

      由于传统丝网类除沫器，难以满足工艺包要求的高温高压汽包除沫器对高分离效率和高操作弹性要求，设计中不宜选用传统简易丝网除沫器，以免影响乙烯氧化反应。

luoli519 发表于 2016-11-6 21:46
由于传统丝网类除沫器，难以满足工艺包要求的高温高压汽包除沫器对高分离效率和高操作弹性要求，设计 ...

丝网可分离的最小液滴直径不如翅片式的小。但两者的操作弹性有区别么？

sureteng 发表于 2016-11-7 09:40
丝网可分离的最小液滴直径不如翅片式的小。但两者的操作弹性有区别么？

     您说的翅片（Fin Style Internals）是国外上世纪40年代前后出现的最原始最初级的第一代雪弗龙光板型，而羽叶分离元件（Feather Vane Style Internals）则是近年来开发应用的第五代气液高效除沫除雾分离内件。丝网式操作弹性一般在50%-110%，而羽叶分离器操作弹性在一般在15%~130%甚至更宽。关于二者的的主要区别，请见附件资料：

      关于动力学分离技术及其内件设计计算，需要提醒大家如下：
      国内外有的厂家也开始模仿采用NOVEL公司的羽叶分离内件。但是，羽叶分离技术，是基于其精准动力学分离系统平台设计技术获得的设计结果和组态形式。必须根据不同温度和压力工况下的气相组成和平均分子量、基于空气为参照系统的气相比较压缩因子、气相粘度、气相密度、气相流量，以及液相密度、液相粘度、液相表面张力和上限液相流量等流体动力学参数，在其精准动力学分离系统平台设计技术获得的设计结果和组态形式。

      同样的工况和工艺数据，非专业公司计算设计得到的结果，与专业的动力学分离技术公司在其动力学分离精准计算设计平台上获得的设计结果，相差很大。其中最主要的设计计算差异之一，在于其工况下的气相压缩因子差别。   

      须知，精准可靠的动力学分离技术及其内件，必须通过事先模型平台实验验证。事前模型平台试验，最安全最易得的气相介质就是空气。因此，国际上的动力学分离事前模型，都是以空气为介质的系统。用动力学分离系统平台模型去无限逼近真实工况，就必须将真实工况下的气相以接近大气压下的空气为参照体系，来获得相对于大气压下空气的压缩因子。这个压缩因子，与手册上查的以理想气体为参照体系的压缩因子值是大不相同的！！
      非专业的动力学分离技术公司所采用的压缩因子，就是从手册上查到的理想状态下的压缩因子值。以此理想压缩因子来计算获得的工况下体积过流速度，与实际工况下通过动力学分离技术内件的体积过流速度有很大差别。工况下不同过流体积流速得到的分离效率，自然差距很大！企业都抱怨说他们的 分离器，分离效果比设计值差得多。 把理想气体压缩因子误以为拟大气压下空气相对压缩因子进行设计计算，是造成国内外公司设计制造出来的 分离器，在运行中的实际分离效率与计算分离效率相差很大的原因所在。即，直接照搬了手册上的理想状态的压缩因子，而动力学分离设计模型中与流速相关的参数转换中的压缩因子是指拟大气压力下的空气为参照体系的压缩因子！

       除了事前动力学分离设计模型中与流速相关的压缩因子出现大错误导致设计结果出现错误外，再谈内件组态问题。
      专业动力学分离技术公司的事前动力学分离计算设计系统平台，准确地讲，只对应一种动力学分离内件基本组态，即内件流道内部几何参数，如流道长度、流道包含的重复分离单元数量、每个分离单元的流道间距、分离单元长度、动量变换角度、动量变换次数、液相反射收集角度、次级流道液相存储空间尺寸、次级流道抗堵塞尺寸、次级流道抗二次旋流几何尺寸等等，均已经一一对应。相反，国内外非专业分离技术公司，只顾模仿内件组态外形如百叶窗，而对于流道宽度、流道长度、流道内部参数全然不顾，反正不少设计院和业主都与他们自己一样不懂动力学分离技术，只要外观模仿得相像百叶窗，又为了节省材料降成本，低价中标，其布置的内件间距数倍于标准数据而流道长度只有标准的几分之一，这样仿制的所谓动力学气液除沫分离器，能高效分离运行才怪？！设计院和业主朋友们请甄别。

       由于一些内地企业技术力量薄弱、技术人员知识结构老化，对国内外同行新技术进步没有了解，在氯化氢气体的除沫上还在使用传统低效的浓硫酸洗涤气体方式。不仅需要配套设置浓硫酸储存洗涤系统设备，还可能产生废酸腐蚀跑冒滴漏。气流还会挟带浓硫酸液滴液沫进入下游管线和核心压缩机和换热设备，造成管道和核心设备腐蚀损坏，维修维护成本居高不下。这需要年轻的懂技术的领导下决心技术升级改造，一年节省下来的运行维护费用足以添置一套羽叶气液高效除沫除雾分离器。

     如下是G50型羽叶分离专利技术内件单元结构图片，供大家参考讨论：