什么是液泛、淹塔、冲塔？

在化工装置生产中，精馏塔是最常见的、典型的分离设备，任何从事化工生产的人对精馏塔都不会陌生，但对精馏塔操作中常见的突出问题，比如：液泛、淹塔、冲塔现象，原因都不是很清楚，出现问题时对于塔的参数变化反应也不敏感，这样往往延迟了问题的解决时间，影响装置生产。

今天，就上面提出的几个问题原因做个详细分析，另外举出实例来展示生产中出现问题时的参数变化和错误操作！



首先来看我们最熟悉的液泛现象



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► 什么是液泛呢？



在精馏塔中，由于各种原因造成液相堆积超过其所处空间范围，称为液泛。液泛可分为降液管液泛、雾沫夹带液泛等。



降液管液泛是指降液管内的液相堆积至上一层塔板。雾沫夹带液泛是指塔板上开孔空间的气相流速达到一定速度，使得塔板上的液相伴随着上升的气相进入上一层塔板。



产生液泛时的操作状态称为液泛点。在设计精馏塔时，必须控制维持液泛率在一定的范围内以保证精馏塔的稳定运行。液泛开始时，塔的压降急剧上升，效率急剧下降。随后塔的操作遭到破坏。



► 是什么原因导致液泛现象的产生？



1、降液管内液体倒流回上层板



由于塔板对上升的气流有阻力，下层板上方的压力比上层板上方的压力大，降液管内泡沫液高度所相当的静压头能够克服这一压力差时，液体才能往下流。



当液体流量不变而气体流量加大，下层板与上层板间的压力差亦随着增加，降液管内的液面随之升高。



若气体流量加大到使得降液管内的液体升高到堰顶，管内的液体便不仅不能往下流，反而开始倒流回上层板，板上便开始积液；加以操作时不断有液体从塔外送入，最后会使全塔充满液体。就形成了液泛。



若气体流量一定而液体流量加大，液体通过降液管的阻力增加，以及板上液层加厚，使板上下的压力差加大，都会使降液管内液面升高，从而导致液泛。


2、过量液沫夹带到上层板



气流夹带到上一层板的液沫，可使板上液层加厚，正常增加到一定程度，液层的加厚便显着起来(板上液体量增多，气泡加多、加大)。气流通过加厚的液层所带出的液沫又进一步加多。这种过量液沫夹带使泡沫层顶与上一层板底的距离缩小，液沫夹带持续地有增无减，大液滴易直接喷射到上一层板，泡沫也可冒到上一层板，终至全塔被液体充满。


►  液泛现象分几种？



1、塔底与塔顶的压差增加；



2、塔底与塔顶的温差减小；



3、塔顶回流罐的液位降低；



4、塔底的产品产量减少；



5、塔顶和塔底的产品质量均不合格。



►  用什么方法进行处理？



1、整改降液板底隙；



2、降低上升蒸汽量；



3、减少进料量；



4、降低蒸汽量、回流量。



注意：以上两种促成液泛的原因中，比较常见的是过量液沫夹带。



图片第二种常见的突出问题是淹塔



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在精馏过程中，自某块塔板往上液体逐渐积累，以至充满部分塔段，使上升气体受阻，气、液两相的传质传热过程不能正常进行，这就叫淹塔。



►  淹塔的现象是：塔顶温度下降；回流罐液面下降；塔底液面和压力增高。



►  导致淹塔发生的原因有以下几种：



1、沉降管堵死，回流液无法下流。



开工时铁屑、焊渣等杂物，正常生产中设备腐蚀物的沉积，或者液体中的固体析出，溶液的自聚物，都易引起降液管堵塞。



2、液体量太大，使降液管超负荷。



►  处理方法有这两项：1、适当降低进料量和回流量。2、如设备故障，则停工处理。



图片最后一种常见问题是冲塔



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精馏塔正常操作中，气液相负荷相对稳定。当气液相负荷都过大时，气体通过塔板压降增大，会使降液管中液面高度增加；液相负荷增加时，出口堰上液面高度增加。当液体充满整个降液管时，上下塔板连成一片，分馏完全被破坏，就会出现冲塔。



►  冲塔的原因是：凡是形成塔内气液相负荷过大的因素都可引起冲塔，如原油的处理量、原料性质过轻、原油进塔含水量、塔底吹汽量、进料温度过高、回流中断或分布不均等。



►  现象：发生冲塔时，因塔内分馏效果变坏，破坏正常的传质传热，致使塔顶温度、压力、侧线馏出口温度、回流温度均上升，塔低液位突然下降，馏出油颜色变黑。



►  处理的原则是降低汽液负荷，即降低回流量和塔底加热蒸汽量，如果因为处理量过大，可降低进料量。必要时可中断进料、关闭塔底加热蒸汽，待各层塔盘温度回落到正常值以下后，再重新加热、进料。



►  数据分析



由稳定塔参数变化情况可见：



a）塔的分离效果已经变差，塔底产品纯度降低，导致加大蒸汽量的情况下灵敏板温度依然低于正常生产时的指标；



b）塔顶压力不变的情况下，加大回流量，回流下塔盘温度依然高于正常指标值，说明塔顶产品纯度降低，分离效果变差；



c）灵敏板（第3层塔盘）与第21层塔盘温差明显变小，说明下层塔盘轻组分增加，上层塔盘重组分增加，而塔底液位尚可正常控制，可判断塔出现了严重的液泛现象。若为冲塔则塔底液位将会迅速降低，这是冲塔与液泛的明显区别。



►  什么原因造成的呢？



对于已经设计好并正常运行后的精馏塔来说，在原料组成变化不大的情况下，在产生冲塔或液泛现象时，应主要从操作上进行分析。



从上图稳定塔液泛时的对比数据可以看出，稳定塔回流量与塔底加热蒸汽量均高于正常值，这是导致出现液泛的最常见操作。



操作人员经验不丰富，对精馏塔操作理解不深，当灵敏板温度低时，加大塔底加热蒸汽量，当塔顶温度高时又加大回流量，如此反复，导致加热蒸汽量及回流量均过大，气液相负荷均大幅超过塔的设计负荷，导致出现液泛，塔内气液平衡受到破坏。



这个稳定塔出现液泛现象后，重新调整回流量及塔底蒸汽量，但经过16个小时稳定塔依然未达到正常的平衡状态。最后采取关闭加热蒸汽、停止进料、降低温度的措施，重新投入运行方调整正常。

液泛是指精馏塔内液相堆积超过容量限制，导致液体随气相进入上层塔板，发生时压降急剧上升，效率急剧下降。原因包括降液管内液体倒流和过量液沫夹带。液泛表现为塔顶与塔底压差增加，塔顶温差减小，回流罐液位降低，塔底产品减少，产品质量不合格。处理方法包括调整降液管底隙、降低蒸汽量、减少进料量等。

淹塔是精馏过程中液体逐渐积累充满部分塔段，阻止气液交换，表现为塔顶温度下降，回流罐液面下降，塔底液面和压力增高。原因可能是降液管堵塞或液体量太大。处理方法为降低进料量和回流量，或停工处理。

冲塔是指气液相负荷过大，降液管内液面高度增加，最终液体充满降液管，上下塔板连成一片，分馏破坏。原因为塔内气液相负荷过大，如处理量大、原料性质变轻等。表现为塔顶温度、压力上升，塔底液位降低。处理原则是降低汽液负荷，如降低回流量和塔底加热蒸汽量。

出现这些问题的原因可能是操作失误，如加热蒸汽量和回流量不当，导致气液相负荷超过设计负荷。应通过调整回流量和蒸汽量恢复平衡，必要时暂停进料和加热。
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