关于精馏塔热虹吸式再沸器安装高度的讨论与思考

1、 热虹吸式再沸器原理（知识储备）

以精馏塔的立式热虹吸再沸器为例，如下图1.1：立式热虹吸再沸器原理示意图。加热介质走壳程，工艺流体走管程，在管程内汽化。因换热器管程上部有部分气相且温度较高，再沸器管程内部自下至上形成密度差（底部密度高，顶部密度低）。其动力即来自再沸器内密度差的推动力。

立式热虹吸再沸器循环速率较高，传热系数比较大。但是设计时需要留有较大的面积余量。

图1.1：立式热虹吸再沸器原理示意图

2、 热虹吸式再沸器安装高度能否动态模拟（江湖行同学的提问）

“看你们前几天讨论动态模拟软件的功能，我想请教个问题，就是精馏塔的液位工况有高液位、正常液位和低液位。不同液位对再沸器的影响应该比较大吧。

对于热虹吸再沸器，这就是推动力，动态模拟能模拟出不同影响吗。

再沸器的安装位置其实应该是比较关键的，这里都是热虹吸的，但是大部分都不会去计算，选个封头位置，其实那样气相出口有顶面出来和侧面出来的，所以问下你们动态模拟可以处理这个事情吗？”

3、 问题讨论与思考（江湖行同学的提问）

江湖行同学的问题其实可以一分为二地看待：
第一， 对热虹吸式再沸器，安装高度对换热效果的影响。
第二， 动态模拟软件能否处理安装高度影响。

大多数同学认为，对热虹吸式再沸器，安装高度问题是设计阶段就需要考虑的问题，那么，如何考虑。

江同学分享了下图2.1：典型的热虹吸式再沸器流程示意图。

图中有几个信息是需要我们注意的：精馏塔的塔釜液位通常控制在再沸器管板的顶部（in Column Top of Tube Sheet）；精馏塔塔釜液体停留时间（Liquid Inventory）为5~15分钟；再沸器设计允许在侧面或顶部开管口（Allow Rodding of Tubes in Place）输送气液夹带（Liquid – Vapor Mixture）物料。

图2.1：典型的热虹吸式再沸器流程示意图

也就是说，对热虹吸式再沸器，精馏塔的液位通常以控制在再沸器管板顶部为宜（为什么？）。这是在设计阶段就需要明确的。而不同液位对再沸器的影响，也是设计阶段就需要考虑的。

从定性角度分析，热虹吸再沸器顶部出口是气液两相出去的（因换热时液相相较于气相有更大的传热系数）。当精馏塔塔釜液位过低时，较多列管未浸泡在液相中，导致传热系数降低，再沸器的效果会受到影响。那么，在设计阶段，通常考虑按低限报警液位时，核算再沸器的气液相传热系数，进而核算换热面积的。所以除非塔釜液位低到非常低的程度，否则液位对再沸器的影响应该是可以接受的。

对理想情况，再沸器的液相循环量是固定不变的（国外的设计，再沸器循环管线通常有流量计用于参考）。但当塔釜液位低于低限报警时，因再沸器传热系数变小，热量减少，气相量和底部液相循环量会变少。当循环量不能保证时，就会触发报警，若不能及时恢复，系统会降负荷直至停车。

对问题二，动态模拟软件能否处理安装高度的影响。大家认为动态模拟软件无法处理安装高度影响。因为这本质应该是换热设备内部气液相变化对设备运行影响的问题，属于换热器设备设计范畴。可通过换热器设计专业软件计算得到。当然，也有同学提到用CFD研究，但因气液相不好模拟，可能效果也不佳。

以上内容部分来自于群友讨论经验总结。

2022.5.21