半水煤气脱硫塔内部结构的设计改进

1、第36卷第4期2008年8月Vo. l 36No . 4Jiangsu Ch e m ical Indu stry Aug . 2008江苏化工工艺与装备半水煤气脱硫塔内部结构的设计改进谢宙月(江苏省化工设计院有限公司, 江苏南京210024摘要:介绍了为提高半水煤气脱硫塔的工作效率而进行的多项改造设计, 阐述了脱硫塔中填料及气液分布器的正确选择对脱硫效率的提高所起的作用, 重新设计的脱硫塔可提高工作效率近15%, 完全达标。关键词:脱硫; 填料塔; 分布器; 传质; 环保; 达标*中图分类号:TQ053. 5 文献标识码:B 文章编号:1002-1116(2008 04-0039-03合成氨

2、生产装置中的脱硫塔是合成氨生产过程中一台重要的设备, 其主要作用是将半水煤气中的硫化物予以脱除。塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响, 脱硫不力给化肥企业带来的直接影响是导致设备腐蚀, 生产不稳定等, 而更大的困扰在于对环境造成的影响。随着我国对环保要求越来越高, 国家对于脱硫治污越来越重视, 脱硫设备的设计改进也变得越来越重要。过去脱硫塔曾采用旋流板式塔结构, 但脱硫效率低, 之后也有将脱硫塔设计成填料塔, 但在填料选择和填料分段以及气液分布各方面设计还有欠缺, 虽相对旋流板式塔能提高脱硫效率, 但还有待完善。现根据本公司实

3、际工程实施经验, 介绍脱硫塔结构设计改进方案, 新设计的脱硫塔在内部结构上作了多项调整, 使塔脱硫效率得到进一步的提高。1 裙座; 2 塔体; 3 气体分布器; 4 阶梯环填料;5 液体再分布器; 6 栅板; 7 规整填料;8 填料压盖; 9 液体分布器图1 脱硫塔结构图1 塔结构及特点脱硫塔主体结构为填料塔, 工作压力小于0. 1M Pa , 属于常压塔, 设计温度55 , 直径D =4800mm, 高H 30000mm, 主体材质采用Q 235-B (内防腐 。脱硫液从塔上部进料通过液体分布器洒落, 含硫气体(硫质量浓度约为2g m-32 填料选择1填料塔结构简单, 压力降小, 在设计过程

4、中应充分考虑填料的正确选择, 其对塔的工作、经济效果有着重要的影响。过去脱硫塔填料分两段, 采用的是颗粒环形填料(鲍尔环, 现采用的是颗粒环形填料与规整波纹板填料相结合的型式, 分三段布置(其中两段为规整波纹板填料, 一段为颗粒环形填料 。填料结构型式分别为规整波纹板填料和阶梯环填料, 材质为聚丙烯, 阶梯环是在鲍尔环的基础上发展起来的新型填料, 是目前环形填料中性能较优的一种; 其特点在于其一端具有锥形扩口, 扩口的主要作用在于改善填料在塔内的从塔下部通过气体分布器进料向上升腾, 在塔中通过填料进行充分的接触传质, 达到脱硫的目的, 脱硫后的气体(硫质量浓度小于0. 07g m 由塔顶溢出。

5、脱硫塔中的主要脱硫反应为:N a 2CO 3+H 2SNa H S +Na H CO 3-3脱硫塔结构见图1。*收稿日期:2008-07-10:(, , :40江苏化工 2008年8月堆砌情况, 由于其形状不对称, 使填料之间基本上成为点接触, 增大了相邻填料间的空隙, 消除了产生积液池的根源。脱硫塔在进行脱硫吸收反应时, 伴随发生氧化再生析硫吸收反应, 若析出的硫(特别是入口H 2S 含量较高时 不能及时随脱硫液带出脱硫塔, 就很容易覆在填料表面, 导致出现局部堵塞、偏流, 严重时形成堵塔; 而采用波纹板填料可有效防止堵塞现象, 且该填料价格较低, 刚度较大。4 气体分布器的设计脱硫塔的气体

6、进口, 须考虑压力降要小和气体分布要均匀, 气体经进气管进入塔内, 若突然扩大, 必会损失一部分压头, 为了减少压头损失, 必须采用合理的气体分布器。脱硫塔由于塔径大, 进气管直径大(DN1000 , 过去采用的管状气体分布器效果不理想, 故改用塔内环状分布进气装置(见图2, 即在离筒壁距离为进气管二分之一处做一与筒体同心的DN 3800内套筒, 内套筒高度为1100mm, 在筒壁和内套筒之间的上部设一环形盖板, 并在内套筒上均匀开12个尺寸为150mm 1100mm 竖向缺口, 并设置折流板, 使进入的气体经环形气室缓冲后从气室的下部和内侧均匀的向上升起, 达到气体分布均匀的目的, 这种气体

7、分布 器结构很适用直径大的塔。3 液体分布器的设计脱硫塔操作时, 应保证气液的均匀分布, 气速的分布是否均匀, 主要取决于液体分布的均匀程度, 液体在塔顶的初始均匀喷淋, 是保证脱硫塔达到预期效果的先决条件, 特别对于DN 4800大直径塔更为重要。脱硫塔采用排管式喷淋器, 将液体由水平DN 600主管的一侧引人, 在垂直主管方向上均匀分布若干水平的DN150支管, 在主管和支管的下部均布开孔设置DN 65喷淋管, 设计上考虑使喷淋管流出的液体到达下面的溢流盘式布液器作进一步液体分布。溢流盘式布液器是在分布板上开孔设置降液管和升气管, 在分布盘上尽可能的均布DN 150升气管, 升气管的总截面

8、积须大于物料气体的入口截面积。同样, 应在分布盘上尽可能均匀分布DN 50降液管, 使液体得到进一步的均匀分布, 降液管的总截面积须大于物料液体的进口截面积, 设计中采用了约350个降液管喷淋点, 因为不能将喷淋点数设计的过多, 喷淋点数过多, 每一股液流的流量过小, 亦难以保证均匀分配。分布盘中的液体通过降液管均匀落到填料层上, 在填料层中与上升的气体充分接触, 获得很好的传质。而当喷淋液体沿填料向下流动时, 不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态, 液体尽管在填料内部分散较好, 但重新分布性能较差, 液体有向塔壁流动的趋势, 导致壁流增加, 填料主体的流量减小, 影响了流体沿塔横截面分布

9、的均匀性, 降低传质效率, 因此, 为了提高塔的传质效果, 重新设计时在填料段之间新增设液体再分布器, 其作用是收集上一段填料层落下的液体, 并为下一填料层建立均匀的液体分布。设计的再分布器采用带升气管的溢流孔式的结构型式, 使落在分布盘上的液体上升到一定高度后从均匀分布的溢流孔落下, 达到液体再分布的目的。分块的分布盘与支撑圈之间采用卡子连接, 接缝处加密封垫片, 由于塔径较大, 分布盘须用双梁支撑, 计算方法同栅板支撑梁。1 盖板; 2 顶筋板; 3 挡板; 4 支撑筋;5 折流板; 6 侧筋板; 7 内套筒图2 塔内环状气体分布器5 塔顶除雾器的设计1当上升的气体与脱硫液经充分传质上升到

10、塔顶的时候, 气体中不可避免的会夹带一部分液体, 为了除去这部分液体, 在塔顶接近气体出口处设置旋流板除雾器, 以去除气体中的液雾; 旋流塔盘可强制通过的气流作螺旋形上升运动, 液流从盲板分配到各叶片上, 形成液膜并被气流喷散成液滴, 液滴随气流旋转, 被离心力甩至塔壁, 形成液膜流下, 大大减少了出口处气体中的液雾量。作为除雾器的旋流板采用外向板结构, 旋流板参数如下:盲板直径D m =800mm, 叶片外径D x =2000mm, 叶片数m =18, 叶片厚度=4mm, 仰角 =25 , 径向角 =-23. 58 。6 填料支撑计算2脱硫塔采用的是栅板支承, 栅板系用扁钢条和扁第36卷第4

11、期 谢宙月:半水煤气脱硫塔内部结构的设计改进41较大, 故采用分块式栅板, 栅条间距应区别选择, 规整填料可选择较大栅条间距, 而颗粒填料的栅条间距须小于填料的最小截面尺寸。栅板下部安置足以支撑栅板、填料及持液量总重的支撑梁。支撑梁的正确计算是确保填料正常使用的重要方面。脱硫塔直径大, 故采用双梁支撑, 由填料、填料持液量及栅板自重产生的载荷均匀分布在支撑梁上, 由此在支撑梁中产生了弯矩, 可按下式计算梁中的弯矩及由此产生的应力及挠度。ql 51600 4. 38 弯矩 W m ax =123740N m88 应力 max = 挠度 f m ax =W m ax 123470=104M Pa

12、W 11885 51600 4. 38 105ql=384EJ 384 192 103-844-63224380/720=6. 08mm 。通过计算可知 m ax 不大于许用应力 ,f m ax 不大于挠度许用控制值, 符合强度、刚度要求。7 结论一台塔设备的设计, 若想达到预期的工艺要求, 其内部结构设计的合理性是极其重要的, 气、液之间的充分接触传质是保证塔工作效果的前提, 这必须通过填料的正确选择, 液体、气体分布装置结构的合理设计等来实现。通过改造设计的脱硫塔投产后, 增加了半水煤气的脱硫处理量, 其脱硫效率提高近15%, 脱硫处理后的半水煤气中的硫化物含量大大降低, 在达标的基础上,

13、 环保指标有了进一步的提高。参考文献:1 路秀林, 王者相. 化工设备设计全书 塔设备M.北京:化学工业出版社, 2004.2 中国化工勘察设计协会. HG 20652-1998塔器设计技术规定S.北京:国家石油和化学工业局, 1998.=0. 006m =6mm已知式中:q =51600N , l =4. 38m, E =192 10M Pa ; 选用H 型钢(H 400 200 8 130 做支撑梁, 其J x =21380c m , W x =1188c m 。取许用应力 =157M Pa , 挠度许用控制值=43Design and Am elioration toward Decok

14、e of To werX I E Zhou -yue(J iang su Province Che m ical Eng ineering D esi gn Ins titute , N anjing 210024, Chi naAbst ract :The to w er desi g n o f i m pr ov i n g the effic iency o f desu lfurization tow er and the desulf u rizati o n of the i n terna lstructure of the tow er w as i n troduced i

15、 n t h is short paper . Through the several desi g ns and m odifications of t h e ori g -i nal to w er , it is descri b ed the i m portant ro le -played by t h e ri g ht cho ice o f padd i n g and distribution of gas -li q u i d for enhanci n g the efficiency o f desu lfurization . The redesi g ned

16、to w er desulf u rization can enhance effic iency nearly 15%, and it is fully ach ieved standar d . K ey w ords :desulf u rizati o n; padd i n g ; d istri b uti n g u tensi; l passesm atter ; hntir onm ent pro tec; t attai n standard(上接第38页Analysis of Crack Fail ure i n Gear -axel Fract ureD I A NG

17、Jian , Z HENG Y -i xiang(JSSET, Pressure Vessels Inspection C enter, N anj i ng 210003, ChinaAbst ract :Analysis w as perfor m ed on the crack zone of gear -axel by m eans of e lectron scann i n g m icroscopy , m acro -scopic exa m ination, m eta ll o graph ic m icrostr ucture exa m i n ation, m ec han ica l pr operties test and che m ical co m position analysi s . The results show ed t h at t h e gear -ax le fa il u re w as resu lted fro m fati g ue fracture due to the ex istence o f se -vere carburizi n g m icrostr ucture defects(N et w o