CN101798518A - 常减压蒸馏塔顶瓦斯气汇流的方法及装置 - Google Patents

Abstract

常减压蒸馏塔顶瓦斯气汇流的方法，利用正压流体经高速喷射后产生流速较高而压力最低的缩脉流股，流股缩脉处对周围微正压气体介质产生卷吸作用的原理，来实现炼油厂初馏塔、常压塔顶的正压力、大流量瓦斯气与减压塔顶的微正压、小流量瓦斯气的汇流。装置包括引射介质入口管、喷嘴、吸入室、待引射介质吸入管、扩散段吸入口、锥形渐扩段和混合管。能使初馏塔、常压塔顶正压气体与减压塔顶微正压气体实现有效汇流扩压，避免了初馏塔、常压塔顶的正压气体返串到减压塔顶瓦斯气管线而造成减压塔顶部的压力波动问题；使混合气体能够顺利通过压缩机增压输送至炼油厂的瓦斯管网系统。

Description

常减压蒸馏塔顶瓦斯气汇流的方法及装置

技术领域

本发明涉及化工及石油化工技术领域，具体地讲是一种利用正压气体喷射卷吸微正压气体的原理，来实现初馏塔、常压塔顶的正压力、大流量瓦斯气体与减压塔顶的微正压、小流量瓦斯气体的汇流方法及装置。

背景技术

初馏塔、常压塔和减压塔是炼油厂生产工艺的“龙头”-常减压工艺过程的主要装置，这些装置在将原油分离成大量一次半成品，如重整料、加氢料等及催化裂化二次深加工料的同时，还产生大量的瓦斯气体或干气(主要成分为CH4等高附加值气体)。这些瓦斯气体分别从初馏塔、常压塔和减压塔顶的瓦斯罐分离出来后，并入炼油厂的瓦斯管网系统，为炼油厂的加热炉提供燃料。但这些气体在并入瓦斯管网系统之前，需要用压缩机进行增压输送。

从减压塔顶瓦斯罐分离出的瓦斯气的压力相对较低，一般绝对压力为106kPa以下，略高于一个大气压，其压力不能达到压缩机的入口气体压力的基本要求，此外，减压塔顶瓦斯气的流量相对较小，不便单独进入压缩机入口进行输送，这成为减压塔顶瓦斯气体并入瓦斯管网系统的工程困难。如果把减压塔顶的瓦斯气以火炬形式燃烧排放掉，这势必会造成能源的浪费。

而对于初馏塔、常压塔顶瓦斯混合罐分离出的瓦斯气，其压力相对较高，绝对压力值能达120kPa以上，能满足压缩机的入口压力要求，另外，其流量较大，也完全能满足压缩机的入口流量条件。

因此，为了同时充分利用好减压塔顶的这部分气体资源，也需要将其输送至炼油厂的瓦斯管网系统，目前我国各炼油厂的现有技术是将初馏塔、常压塔顶的瓦斯气体管线与减压塔顶的瓦斯气体管线直接相汇合，然后将汇合后的气体接入下游的压缩机入口，进行增压输送至炼油厂的瓦斯管网系统。但是多数炼油厂的运行情况表明，现有技术的采用会产生如下问题：减压塔顶的真空度常常达不到要求，减压塔内的压力波动较大，操作不稳定，造成减压塔的拔出率低，产品质量不合格。分析其原因，主要是由于初馏塔、常压塔顶的正压气体和减压塔顶的微正压气体直接汇合时，部分初馏塔、常压塔顶的正压气体返串至减压塔顶瓦斯气管线内，造成减压塔顶瓦斯气体不能按照预定的方向流动，使得减压塔顶部油气的流动阻力增大，严重降低了减压塔顶的真空度，同时也增大了减压塔顶抽真空系统的负荷，从而造成减压塔内的压力波动较大，使得操作不稳定，最终导致减压塔的拔出率和产品质量不达标。

因此，为了改进炼油厂常减压车间的正压、微正压两种压力等级的瓦斯气体的汇流和输送，本发明提出利用正压流体介质经过高速喷射后，流股收缩，形成缩脉，在缩脉处流股速度最高而压力最低，因此对周围微正压流体介质产生卷吸作用，使得周围微正压流体介质与喷射流股不断汇流并沿喷射流股的主流方向流动的方法，即这种方法的原理为流体射流引射原理。这种方法一方面实现了正压、微正压两种流体介质的汇流，另一方面可以防止正压、微正压两种流体介质直接汇合时由于压力差存在而使正压流体返串到微正压流体的来流管线内，从而保证微正压流体介质的上游级装置的正常运行。

流体射流引射是化学工程领域中常遇到的一种流体流动现象。根据应用场合的不同，这种流体射流引射的原理可以用于不同的化工生产过程，如流体引射形成真空冷冻干燥(ZL91111833.0)、蒸馏(CN1074836A，CN1072200A，CN101219286A)和聚酯装置尾气处理(CN101576097A)等过程。

实现这种正压、微正压两种压力等级的流体介质的汇流方法的设备可以借鉴真空喷射泵的操作原理。真空喷射泵的原理是利用一种流体经过喷嘴高速喷射后，其静压能转变为动压能，从而形成对另一种流体的抽吸作用。当前对真空喷射泵的研究和应用较多，在报道的专利(ZL91111833.0，CN85102383A，CN1074836A，ZL200820078145.3，ZL200820217150.8，ZL200520107751.X，ZL03205881.0，ZL99251222.0，ZL200820210382.0)中，采用的喷嘴结构都基本为拉瓦尔喷嘴结构，即喷嘴为带有一喉管的结构；另外，喷嘴后的混合段都采用渐缩结构。对这些喷射泵，喷嘴上的喉管段会造成流体流动的阻力损失，而喷嘴后采用的渐缩结构，使喷射后的流股在扩张之后会直接撞击在渐缩混合段的内壁，造成流股在壁面产生回流，形成涡流，增加了流股流动的阻力损失，也不利于对周围微正压流体介质的抽吸作用。因此，本发明在常规真空喷射泵的原理和结构基础上，针对常规喷射泵结构上存在的缺陷，提出了一种实现上述正压、微正压两种压力等级的气体介质汇流的汇流器。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用正压流体介质高速喷射后产生流速较高而压力最低的缩脉流股，流股缩脉处对周围微正压流体介质产生卷吸作用的原理，来实现初馏塔、常压塔和减压塔顶瓦斯气体汇流的方法和装置，克服当前炼油厂常减压生产工艺中，由于初馏塔、常压塔顶瓦斯气体(正压力气体)与减压塔顶瓦斯气体(微正压气体)在进入压缩机之前的管线内直接汇合时，导致初馏塔、常压塔顶的正压瓦斯气体返混进入减压塔顶气体管线内，造成减压塔内的压力波动和操作不稳定性问题。

本发明的上述技术问题可采用如下技术方案来解决。本发明设计的一种实现初馏塔、常压塔和减压塔顶瓦斯气体汇流的方法包括如下步骤：

①由初馏塔顶和常压塔顶混合瓦斯罐分离出的正压瓦斯气体(充当引射介质)经初、常顶气管线，进入汇流器的引射介质入口管，再经汇流器喷嘴喷出后产生流速较高且形成缩脉的流股，缩脉处成为压力最低而具有高抽吸能力的位置；

②由减压塔顶瓦斯罐分离出的微正压瓦斯气体(充当待引射介质)，在引射介质的抽吸作用下，沿减顶气管线先进入汇流器的待引射介质吸入管，再进入吸入室；

③进入汇流器吸入室的待引射气体从引射气体的缩脉处被卷吸进入引射气流，两股气体经喷嘴后的锥形渐扩段、混合段充分混合、扩压后进入汇流器下游的汇流出口气管线，然后进入压缩机增压，再并入瓦斯管网，从而实现初馏塔、常压塔顶正压瓦斯气体和减压塔顶微正压瓦斯气体的汇流。

本发明的上述方法中，所述的从初、常顶气管线进入汇流器的引射介质入口管的引射气体的绝对压力为120～200kPa。从减顶气管线进入待引射介质吸入管的待引射气体的绝对压力为101～110kPa。经汇流器混合后离开汇流器的气体压力为95～140kPa，温度为30～60℃。

为了实现上述汇流方法，本发明设计的汇流器包括：引射介质入口管、喷嘴、吸入室、待引射介质吸入管、扩散段吸入口、锥形渐扩段、混合管。在两端封闭的圆筒状吸入室的一端中心位置固定一个待引射介质吸入管。在吸入室在壁上焊接固定锥形喷嘴，喷嘴的小直径端在吸入室内，在喷嘴的外端(大直径端)连接有引射介质入口管。在吸入室在壁上焊接固定有锥形渐扩段。锥形渐扩段的小直径端在吸入室内，在锥形渐扩段的小直径端焊接固定有扩散段吸入口，在锥形渐扩段的外端(大直径端)连接有混合管。引射介质入口管、喷嘴、扩散段吸入口、锥形渐扩段和混合管的中心线在同一条直线上。

本发明的上述汇流器中，所述的引射介质入口管内径与喷嘴最小内径之比为2.0～5.0比1，锥形渐扩段入口端最小内径与喷嘴最小内径之比为2.2～3.4比1，喷嘴锥段长度与喷嘴最小内径之比为1.3～5.7比1，锥形渐扩段长度与锥形渐扩段入口端最小内径之比为5.6～7.9比1。扩散段吸入口为圆弧型翻边结构，喷嘴喷出口位于该扩散段吸入口内。待引射介质吸入管中心线在扩散段吸入口外端面组成的平面内，待引射介质吸入管中心线垂直引射介质入口管、喷嘴、扩散段吸入口、锥形渐扩段和混合管的中心线。

利用本发明的上述方法和装置，能使初馏塔、常压塔顶正压瓦斯气体与减压塔顶微正压瓦斯气体实现有效汇流扩压，避免了初馏塔、常压塔顶的正压瓦斯气体返串到减压塔顶气体管线而造成减压塔的操作压力不稳定的问题；汇流扩压后气体的压力满足压缩机的入口压力，使混合气体能够顺利通过压缩机增压输送至炼油厂的瓦斯管网系统。

本发明的优点在于：

(1)本发明的上述汇流方法利用了正压流体介质经喷嘴喷射后产生流速较高而压力最低的缩脉流股，流股缩脉处具有对周围气体产生卷吸作用的原理，因此使得周围的微正压流体介质能连续不断地被卷吸进入正压流体介质流股中而一同汇流向前流动，克服了正压、微正压两种流体直接汇流时产生正压流体返串进入微正压流体管线的问题。

(2)本发明的上述汇流方法工艺流程简单，只需在现有初馏塔、常压塔顶瓦斯气和减压塔顶瓦斯气直接汇流的管线上增加该汇流器，就能解决初馏塔、常压塔顶瓦斯气体返串进入减压塔顶气体管线的问题，因此，现有装置工艺流程的改造实施容易，而且操作简单。

(3)本发明的上述汇流器与常规喷射泵虽然其作用原理相似，但本发明所述的汇流器在结构上较常规喷射泵有较大的改进，大大改善了流体的流动，体现在以下几方面：a.本发明所述的汇流器的喷嘴取消了常规喷射泵的喉管段，而直接让气体从锥形喷口喷出，降低了由于喉管段对气体的流动限制所引起的压降；b.本发明所述的汇流器结构考虑了引射介质经喷嘴喷出后的缩脉流股要发生扩张的现象，因此在喷嘴后采用了锥形渐扩段结构(见图2中的锥形渐扩段)，锥形渐扩段的锥角与缩脉流股的扩张角相同，这样使锥形渐扩段与发生扩张的流股相适应，防止流股直接撞击到渐扩段内壁而产生返混的涡流，使进入汇流器吸入室的微正压流体介质顺畅地被卷吸汇流入正压力流体介质而一同进入其后的混合管充分混合流动；在常规喷射泵中，由于喷嘴段后边为一锥形减缩段结构，因此当流股从喷嘴喷出进入锥形渐缩段时，流股扩张后直接撞击在锥形渐缩段内壁，造成流体介质在壁面处形成强烈的回流涡流，增加了微正压流体被卷吸汇流入正压力流体的流动阻力，不利于微正压流体与正压流体的汇流。

在本发明提出之前，本研究工作采用计算流体力学软件Fluent对本发明提出的汇流器结构和常规喷射泵内的流场进行了大量的数值模拟对比研究，通过流场的速度矢量图对比显示，本发明的汇流器结构由于在喷嘴段后面采用了锥形渐扩结构，克服了常规喷射泵的喷嘴段后的锥形减缩结构造成的流动不畅和阻力损失大的缺点，从而证明本发明所述的汇流器在结构上比常规喷射泵更为合理。

附图说明

图1为本发明的初馏塔、常压塔顶正压瓦斯气体与减压塔顶微正压瓦斯气体的汇流方法流程示意图；

图2为本发明的汇流器3的结构示意图。

图中：1.初、常顶气管线，2.减顶气管线，3.汇流器，4.汇流出口气管线，5.引射介质入口管，6.喷嘴，7.吸入室，8.待引射介质吸入管，9.扩散段吸入口，10.锥形渐扩段，11.混合管。

具体实施方式

本发明利用一种正压气体高速喷射后对微正压气体产生卷吸作用的原理，来实现两种不同压力等级的气体介质的汇流。本发明以原油处理量为800万吨/年的某炼油厂常减压车间塔顶瓦斯气体的汇流问题作为实施例加以阐述如下。

实施例1。参阅图1和图2。由初馏塔顶和常压塔顶混合瓦斯罐分离出的正压瓦斯气体(充当引射介质)经初、常顶气管线1，进入汇流器3的引射介质入口管5，再经汇流器喷嘴6喷出后产生流速较高且形成缩脉的流股，缩脉处成为压力最低而具有最高抽吸能力的位置。由减压塔顶瓦斯罐分离出的微正压瓦斯气体(充当待引射介质)，在引射介质的抽吸作用下，沿减顶气管线2先进入汇流器的待引射介质吸入管8，再进入吸入室7。进入汇流器吸入室7的待引射气体从引射气体的缩脉处被卷吸进入引射气流，两股气体经喷嘴6后的锥形渐扩段10、混合管11充分混合、扩压后进入汇流器下游的汇流出口气管线4，然后进入压缩机增压并入瓦斯管网，从而实现初馏塔、常压塔顶正压瓦斯气体和减压塔顶微正压瓦斯气体的汇流。

本发明的上述方法中，从初、常顶瓦斯罐出来并通过初、常顶气管线1进入汇流器3的引射介质入口管5的引射气体的绝对压力为150kPa，质量流量为1200kg/h。从减顶瓦斯罐出来并通过减顶气管线2进入待引射介质吸入管8的待引射气体的绝对压力为105kPa，质量流量为45kg/h。经汇流器混合后离开汇流器3的气体压力为110kPa，温度为55℃。

参阅图2。为了实现上述汇流方法，本发明设计的汇流器3由以下几部分构成：引射介质入口管5、喷嘴6、吸入室7、待引射介质吸入管8、扩散段吸入口9、锥形渐扩段10、混合管11。

在两端封闭的圆筒状吸入室7长度为1500mm，内径为600mm。吸入室7的一端中心位置固定一个待引射介质吸入管8，待引射介质吸入管8的内径为79mm。在吸入室7在壁上焊接固定锥形喷嘴6。喷嘴6的长度为297mm，最小端内径为69mm，喷嘴6的小直径端在吸入室7内，在喷嘴6的外端(大直径端)，其内径为207mm，连接有引射介质入口管5。引射介质入口管5内径为207mm。在吸入室7在壁上焊接固定有锥形渐扩段10。锥形渐扩段10的长度为1274mm，入口端最小内径为193mm。锥形渐扩段10的小直径端在吸入室7内，在锥形渐扩段10的小直径端焊接固定有扩散段吸入口9，扩散段吸入口9的大端内径为260mm，小端内径为193mm，在锥形渐扩段10的外端(大直径端)连接有混合管11，混合管11内径为247mm。引射介质入口管5、喷嘴6、扩散段吸入口9、锥形渐扩段10和混合管11的中心线在同一条直线上。

扩散段吸入口9为圆弧型翻边结构，喷嘴6喷出口位于该扩散段吸入口9内。待引射介质吸入管8中心线在扩散段吸入口9外端面组成的平面内，待引射介质吸入管8中心线垂直引射介质入口管5、喷嘴6、扩散段吸入口9、锥形渐扩段10和混合管11的中心线。

本发明的汇流器3中，各部件的尺寸也可以采用比例关系设计。如引射介质入口管5内径与喷嘴6最小内径之比为3.0比1，锥形渐扩段10入口端最小内径与喷嘴6最小内径之比为2.8比1，喷嘴6锥段长度与喷嘴6最小内径之比为4.3比1，锥形渐扩段10长度与锥形渐扩段10入口端最小内径之比为6.6比1。

Claims (7)

1.一种将气体射流引射原理用于炼油厂初馏塔和常压塔顶正压力瓦斯气与减压塔顶微正压、小流量瓦斯气的汇流方法，其特征在于：

①由初馏塔和常压塔混合瓦斯罐分离出的正压瓦斯气体充当引射介质，经初、常顶气管线(1)进入汇流器(3)的引射介质入口管(5)，再经汇流器喷嘴(6)喷出后产生流速较高且形成缩脉的流股，缩脉处成为具有高抽吸能力的位置；

②由减压塔顶瓦斯罐分离出的微正压瓦斯气体为待引射介质，在引射介质的抽吸作用下，经减顶气管线(2)，从汇流器(3)的待引射介质吸入管(8)进入吸入室(7)；

③进入汇流器吸入室(7)的待引射气体在引射气体的缩脉处被卷吸进入引射气流，两股气体经喷嘴后的锥形渐扩段(10)、混合管(11)充分混合、扩压后进入汇流器下游的汇流出口气管线(4)，然后进入压缩机增压后并入瓦斯管网。

2.如权利要求1所述的一种用于常减压蒸馏塔顶瓦斯气体汇流的方法，其特征在于，在步骤①中，从初、常顶气管线(1)进入汇流器的引射介质入口管(5)的引射气体的绝对压力为120～200kPa。

3.如权利要求1所述的一种用于常减压蒸馏塔顶瓦斯气体汇流的方法，其特征在于，在步骤②中，从减顶气管线(2)进入待引射介质吸入管(8)的待引射气体的绝对压力为101～110kPa。

4.如权利要求1所述的一种用于常减压蒸馏塔顶瓦斯气体汇流的方法，其特征在于，在步骤③中，经汇流器汇合后离开汇流器的气体压力为95～140kPa，温度为30～60℃。

5.如权利要求1、2、3或4所述的用于常减压蒸馏塔顶瓦斯气体汇流的方法，其特征在于，采用的初馏塔、常压塔顶瓦斯气体与减压塔顶瓦斯气体汇流的汇流器(3)，由引射介质入口管(5)、喷嘴(6)、吸入室(7)、待引射介质吸入管(8)、扩散段吸入口(9)、锥形渐扩段(10)和混合管(11)组成，在两端封闭的圆筒状吸入室(7)的一端中心位置固定一个待引射介质吸入管(8)；在吸入室(7)在壁上焊接固定锥形喷嘴(6)，喷嘴(6)的小直径端在吸入室(7)内，在喷嘴(6)的外端连接有引射介质入口管(5)；在吸入室(7)在壁上焊接固定有锥形渐扩段(10)；锥形渐扩段(10)的小直径端在吸入室(7)内，在锥形渐扩段(10)的小直径端焊接固定有扩散段吸入口(9)，在锥形渐扩段(10)的外端连接有混合管(11)；引射介质入口管(5)、喷嘴(6)、扩散段吸入口(9)、锥形渐扩段(10)和混合管(11)的中心线在同一条直线上；其中：

引射介质入口管(5)内径与喷嘴(6)最小内径之比为2.0～5.0比1，锥形渐扩段(10)入口端最小内径与喷嘴(6)最小内径之比为2.2～3.4比1，喷嘴(6)锥段长度与喷嘴(6)最小内径之比为1.3～5.7比1，锥形渐扩段(10)长度与锥形渐扩段(10)入口端最小内径之比为5.6～7.9比1。

6.如权利要求5所述的汇流器(3)，其特征在于，扩散段吸入口(9)为圆弧型翻边结构，喷嘴(6)喷出口位于该扩散段吸入口(9)内。

7.如权利要求5所述的汇流器(3)，其特征在于，待引射介质吸入管(8)中心线在扩散段吸入口(9)外端面组成的平面内，待引射介质吸入管(8)中心线垂直引射介质入口管(5)、喷嘴(6)、扩散段吸入口(9)、锥形渐扩段(10)和混合管(11)的中心线。

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