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《中国井矿盐》期刊论文选登——甘浩

处理氨氮废水脱氨塔塔盘结构设计

 

(自贡市轻工业设计研究院有限责任公司,四川自贡643000

 :本文介绍了用于处理石化废水的脱氨塔结构,重点论述了塔盘部件的结构型式,对石化领域的脱氨塔设计具有借鉴价值。

关键词:氨氮;脱氨塔装置工艺;塔盘结构

中图分类号TS32     文献标识码A      文章编号1001-0335(2019)02-0033-04

1    

随着中国经济的持续快速发展,城镇化和工业化不断深入,国家对环境保护要求越来越严格。2007年颁布执行了Q/SH0104-2007《炼化企业节水减排考核指标与回用水质控制指标》标准,如何将工业废水达标排放,最大限度减少对环境的污染,已经成为一个挑战。

由于石化工业废水含有较高的氨氮成分,超标氨氮废水直接排入水体中能引起水体养化,致使水体黑臭。水生物在该环境中生长缓慢,机体组织损伤,产生抽搐甚至死亡;由于水中的氨氮在一定条件下会转化成亚硝酸盐,人体长期饮用会诱发高铁血红蛋白症和产生致癌的亚硝胺。

原蒸发浓缩工艺不能有效地去除废水中氨氮成分,这就限制了蒸发浓缩工艺在环保方向的发展。通过在蒸发浓缩工艺中引入脱氨塔装置,能使废水中氨氮含量大大降低,开拓了蒸发浓缩工艺在石化领域的运用

2  脱氨塔装置工艺

脱氨塔装置(图1)是一种新型石化工业废水脱除氨氮的工艺,利用精馏原理,通过汽液两相介质在塔盘上的接触,进行相际传质。由加热室对废水进行加热升温,废水进入再沸器而部分汽化,蒸汽随塔体上升,原水沿塔体下降。在脱氨塔塔盘上,逆流接触的汽液两相进行相际传质。液相中的氨氮组分进入汽相,汽相中的难挥发组分转入液相。通过合理的设计和操作,馏出液将是高纯度的氨氮组分,塔底排出氨氮含量达到和低于国家一级排放标准(15mg/L)的处理液。

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1   脱氨塔结构简图

1、 加热室;2、上循环管;3、再沸器;4、脱氨塔;5、原水进口;6、下循环管

3  脱氨塔结构

因为筛板塔具有生产能力大,塔板效率高,压力降低,并且结构简单,塔盘造价少,安装、维修较容易,所以脱氨塔结构采用筛板塔型式。但是工业塔常用的筛孔孔径较小,而石化废水粘度大并带有固体粒子,容易出现堵塞现象,所以在澄清预处理阶段,需要添加液体碳酸钠与液体氢氧化钠去除料液中的钙、镁离子(Ca2++Mg2+15mg/L)。

脱氨塔由塔体和塔内件(塔盘等)构成,见图2。塔体除了参照NB/T47041《塔式容器》进行强度和稳定性计算外,还应根据具体情况进行一些在特殊工况下的强度计算,如局部应力计算等,以及一些有强度要求的零部件的计算,如塔盘板及其支撑梁的强度、挠度计算等。

3.1脱氨塔塔盘结构

3.1.1塔盘间距

塔盘间距与污水处理能力、操作弹性、处理效率和塔直径有关。增大塔盘间距可提高空塔气速,这样塔径可减小,但是塔高需增加;减小塔盘间距可减少塔高 ,但是塔径需增加。合理的塔盘间距应通过流体力学计算和经济核算,由工艺过程综合以下因素计算确定。

1)雾沫夹带  增加塔盘间距,可减少雾沫夹带。但是在允许空塔速度下,每一物系对应一个最大塔盘间距,超过此值,雾沫夹带量不再减少,所以过大的塔盘间距是不必要的。

2)物料气泡性  起泡性大的物料,塔盘间距应大;反之,塔盘间距应小。

3)操作弹性  要求操作弹性较大时,可增大塔盘间距,提高操作负荷上限。

4)液泛  塔盘间距越大,越不易发生液泛,一般塔盘间距应大于或等于塔盘降液管中清液层高度的1.72.5倍。

5)安装、维修的要求  需要考虑安装检修塔盘所需的操作空间。

在处理石化领域废水过程中,由于经过前期预处理工艺,物料的雾沫夹带量大大降低,物料的起泡性小,重点需要考虑液泛和安装、维修的空间要求。所以脱氨塔塔盘间距一般情况下,各层间距可取同一值。

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2    脱氨塔

1、连接法兰;2、液封盘;3、塔盘;4、降液板;5、塔体;6、原水进口;7、温度测口;8、吊耳;9、挡液板;10、二次蒸汽出口;11、塔顶吊柱;12、压力测口

3.1.2塔盘结构

脱氨塔塔盘液流型式为液体自受液盘流出,横流整个塔盘,最后进入降液管到下一层塔盘。塔盘结构在满足工艺要求的情况下,应结构简单,装拆方便,有足够刚性,便于制造和检修,塔盘由塔盘板、降液管、受液盘和溢流堰等零件组成(见图3)。

1)塔盘板结构

根据目前工业废水处理量,脱氨塔直径一般超过DN1000mm,为了便于安装、检修、清洗,需将塔盘板分块,通过人孔送入塔内,装在塔内壁支持圈上。分块式塔盘上可拆卸的部件一般包括:塔盘板、降液板、溢流堰等。塔盘在保证工艺条件下,应结构简单,装卸方便,有足够刚性,便于制造和检修。塔盘板由标准塔盘板(塔盘板宽度均为415mm的相互搭接的塔盘板)或者塔盘通道板(位于塔盘通道口处的塔盘板,通道板宽度为420mm)和塔盘边板(靠近塔内壁,支撑在塔盘支撑圈上,宽度为非标准尺寸的塔盘板),具体结构尺寸可以借鉴《压力容器与化工设备实用手册、下册》第55.6节内容。

塔盘板按形状分为矩形板和弧形板两种,两者配合使用组成一层塔盘。标准塔盘板和塔盘通道板属于矩形板,塔盘边板属于弧形板。矩形板用于塔盘中间部分,弧形板用于塔壁附近。确定塔盘板的宽度,需考虑结构强度、塔盘上开孔的对称性、互换性和塔盘能顺利通过人孔。

因塔盘通道板属于经常拆卸的部分,应注意通道板重量最好不超过300N。当塔盘板长度1200mm时,每层塔盘上需设置一个通道板;塔盘板长度>1200mm时,每层塔盘上设置二个通道板。为方便搬运,通道板上需设置一对扶手。

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3   脱氨塔塔盘组装结构

1、 支撑圈;2、受液盘;3、支撑梁;4、连接板;5、溢流堰;6、降液板;7、降液板连接板;8、塔盘边板;9、塔盘板;10、卡子(JB/T1119-1999);11、双面可拆连接件(JB/T1120-1999);12、扁端螺栓;13、六角螺栓;14、卡子(JB/T1119-1999

2)孔径

在开孔率、空塔气速和液流量相同时,增大孔径,漏液量增大,操作弹性降低。泡沫工况时,孔径小、分离效果高;孔径过大,不利于泡沫形成,导致处理能力及塔板效率下降。在石化领域中,含氨氮废水的处理量较大,塔径较大,并且小孔径塔盘容易堵塞,所以脱氨塔筛孔孔径为810mm

3)开孔率和孔中心距

在相同空塔气速下,开孔率大,动能因数就小。动能因数过小,塔盘上呈现鼓泡状态,泄露量大,塔盘效率低。动能因数过高,呈现部分喷雾状态,雾沫夹带量增加,效率降低。处理含氨氮废水的工况要求是泡沫操作,脱氨塔开孔率为78%

塔盘上筛孔一般采用正三角形排列,以便气液接触良好和充分利用塔盘面积。孔中心距过小,塔盘板上液面会出现晃动和倾流;孔中心距过大,泡沫不均匀,这两种情况都影响传质效能。推荐孔中心距与筛孔直径的比值为2.55,以34最合适。

4)塔盘板厚度

     塔盘板在满足强度、刚度条件下,应尽可能采用较薄的板材制造。这不仅可以降低干板压力降,而且还能改善气液接触状态。筛孔制造采用冲压工艺时,对于碳钢材质,筛孔直径do≥板厚;对于不锈钢材质,筛孔直径应≥1.5倍的板厚。因此,塔盘板厚度选取范围是s=0.40.8do

5)塔盘板外直径

    塔盘板安装在支撑圈上,塔盘板与塔内壁之间的间隙值应考虑支持圈与塔壁的角焊缝,塔体的椭圆度,塔盘的安装误差,以及所选用卡子标准所规定的尺寸。一般取1535mm,随塔径的增大所取值也增大,塔盘与支撑圈搭接宽度为2342mm

6)紧固件

塔内部空间狭窄,操作环境恶劣,塔盘需要维修时,人员要进入塔内拆卸塔盘。为了方便快捷地拆卸紧固件,塔盘连接紧固件一般采用单面拆卸的JB/T1119《卡子》和双面拆卸的JB/T1120《双面可拆连接件》。JB/T1119《卡子》用于塔盘板与支持圈的连接,受液盘与支持圈的连接;JB/T1120《双面可拆连接件》用于塔盘板与通道板的连接。

分块式塔盘通过紧固件连接成一块塔盘,并固定在支持圈上。紧固件之间的间距过小,紧固件数量多,材料耗用多,检修不方便;如果间距过大,压紧力不够,密封效果不好。塔盘板与支持圈连接处的紧固件间距,一般为120160mm,最大为175mm。塔盘板之间(或与通道板之间)连接的紧固件间距,一般为150200mm。应使各块塔盘板的紧固件间距尽量相同。

通道板最好设计成上下均可拆的连接结构,其紧固件采用双面可拆连接件。塔盘板、降液板、受液盘可设计成单面可拆的连接结构,其紧固件采用单面可拆连接件。

4  结束语

本文通过蒸发浓缩工艺在石化领域的实际工程设计案例,对脱氨塔中塔盘部件做了较为详细的介绍。对于这种新的应用,为创建综合性能更好的塔型打开了思路,供同行借鉴。

 

 

作者简介:甘浩(1972-),男,四川自贡人,本科学历,工程师,主要从事盐化工程设计和设备研究。

论文发表时间2019年第二期


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