1、收稿日期:2005204228;修改稿收到日期:2005207229。作者簡(jiǎn)介:樓劍常,高級(jí)工程師,1983年畢業(yè)于華東石油大學(xué),現(xiàn)任北京燕山分公司副經(jīng)理,一直從事煉油生產(chǎn)和管理工作。中壓加氫裂化裝置原料油換熱器傳熱系數(shù)下降的原因及對(duì)策樓劍常,張映旭(中國(guó)石化燕山分公司,北京102503摘要介紹了1.30Mt/a 中壓加氫裂化裝置原料油換熱器在運(yùn)行過程中的結(jié)垢問題。通過對(duì)結(jié)垢原因的分析和處理措施的探討,指出預(yù)防加氫裂化裝置原料油換熱器結(jié)垢要采取以下措施:(1在原料罐頂加氮封;(2做好原料油過濾;(3控制原料和新氫中的氯含量。對(duì)結(jié)垢后的換熱器,可以采取如下處理辦法:(1用催化裂化柴油沖洗;(2向

2、原料油中注入防垢劑。關(guān)鍵詞:加氫裂化換熱器傳熱系數(shù)1前言原料油換熱器是燕山分公司煉油廠1.30Mt/a中壓加氫裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備,承擔(dān)著為加氫反應(yīng)物流提供主要熱量來源的任務(wù)。設(shè)計(jì)工況下,循環(huán)氫加熱爐F 2501的熱負(fù)荷為8423kW ,而高壓換熱器E 2501,E 2502,E 2503的熱負(fù)荷之和為41391kW ,整個(gè)反應(yīng)物流所需熱量的絕大部分來自原料油與反應(yīng)產(chǎn)物換熱的熱量回收。因此,換熱器傳熱效果的好壞直接關(guān)系到加氫裂化的反應(yīng)溫度能否達(dá)到要求。受原料油結(jié)垢和反應(yīng)生成物中氨鹽結(jié)晶等因素的影響,加氫裂化原料油換熱器在運(yùn)行過程中傳熱效果往往會(huì)有不同程度的下降。因此,針對(duì)裝置實(shí)際找出原料油換熱器

3、傳熱效果下降的原因并采取相應(yīng)處理措施,對(duì)保證加氫裂化裝置的正常生產(chǎn)具有重要意義。2工藝流程簡(jiǎn)介燕山分公司煉油廠中壓加氫裂化裝置采用單段雙劑串聯(lián)一次通過流程,流程特點(diǎn)是采用冷高分和爐后混氫,反應(yīng)產(chǎn)物的熱量通過高壓換熱器與原料油和循環(huán)氫換熱進(jìn)行熱量回收,通過的換熱設(shè)備依次是原料油換熱器E 2501、循環(huán)氫換熱器E 2502、原料油換熱器E 2503,低分油換熱器E 2504,最后進(jìn)入高壓分離器。3存在的問題燕山分公司煉油廠中壓加氫裂化裝置進(jìn)行了3次停工檢修或改造,運(yùn)行了3個(gè)周期,目前進(jìn)入第4個(gè)周期。第1周期加工減二線與重油催化裂化柴油混合原料,工藝路線為加氫改質(zhì);第2周期加工重油催化裂化柴油,工藝

4、路線為加氫精制;第3周期加工減二線與重油催化裂化柴油混合原料,工藝路線為加氫改質(zhì);第4周期加工常三、減一、減二、減三線混合原料,工藝路線為加氫裂化。經(jīng)考查,四個(gè)周期中都出現(xiàn)了高壓換熱器傳熱系數(shù)下降的問題,特別是第4個(gè)生產(chǎn)周期原料為全蠟油時(shí),這一問題更加突出。對(duì)第3和第4周期高壓換熱器傳熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn),循環(huán)氫加熱器E 2502的傳熱系數(shù)基本不變,而原料油換熱器E 2501、E 2503的傳熱系數(shù)存在不同程度的下降,并且在投用初期(前3個(gè)月的傳熱系數(shù)下降速率明顯快于后期,結(jié)果見表1。表1E 2501、E 2503傳熱系數(shù)下降速率變化對(duì)比項(xiàng)目第3周期E 2501E 2503第4周期E 2501

5、E 2503初期下降速率/W (m 2d -11.691.061.111.33末期下降速率/W (m 2d 4原因分析由換熱器總傳熱系數(shù)的公式:1k 0=1i +R i +R o +10(1石油煉制與化工2005年12月PETROL EUM PROCESSIN G AND PETROCH EMICAL S 第36卷第12期式中:k0總傳熱系數(shù);i管程對(duì)流傳熱系數(shù);0殼程對(duì)流傳熱系數(shù);R i管程污垢熱阻;R o殼程污垢熱阻。i=0.023d id i u i0.8c p0.3(20=0.36d ed e u00.55c p1/3w0.14(3式中:u流速;導(dǎo)熱系數(shù);粘度;密度;c p比熱;d i

6、管內(nèi)徑;d e當(dāng)量直徑,由管子排列情況決定;流體在壁溫下的粘度。由公式(1,(2,(3可以看出,管程和殼程對(duì)流傳熱系數(shù)主要受流體物性、處理量及換熱器污垢熱阻的影響:當(dāng)流體的物性和處理量不變,污垢熱阻增大,k0減小;當(dāng)流體的物性改變,其它條件不變時(shí),比熱減小,粘度增大,導(dǎo)熱系數(shù)減小,k0都會(huì)減小。對(duì)第4個(gè)運(yùn)行周期中原料由全蠟油變?yōu)楹胁糠执呋鸦裼汀⒋呋鸦裼陀秩壳谐陂g的流體物性進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表2。表2原料改變后流體主要物性變化對(duì)比比熱/kJ(kg-1E2501 5.27 5.60 5.31E2503 3.18 3.09 3.22由表2數(shù)據(jù)和公式(2、(3分析得出:流體物性變化對(duì)換熱器

7、管程、殼程傳熱系數(shù)的影響均很小。但從現(xiàn)象看,原料變化期間,原料油換后終溫由305達(dá)到330,變化非常明顯。由于在此期間加工量沒有明顯變化,流體物性對(duì)換熱器的傳熱系數(shù)也不起主導(dǎo)作用。因此,由公式(1可以看出,影響傳熱系數(shù)的關(guān)鍵因素應(yīng)該是污垢熱阻。根據(jù)相關(guān)資料,導(dǎo)致原料油換熱器產(chǎn)生污垢熱阻的原因主要有以下兩種理論。(1管程結(jié)垢理論隨原料或重整氫帶入的氯在加氫反應(yīng)過程中生成HCl,HCl與氫氣中的N H3化合生成N H4Cl,這種化合物在低于350的部位即會(huì)結(jié)晶析出堵塞物流通道。(2殼程結(jié)垢理論加氫裂化原料油換熱器原料側(cè)的污垢主要由無機(jī)微粒的沉積和瀝青質(zhì)等有機(jī)微粒的粘附和沉積形成。無機(jī)污垢主要是原料

8、在煉制及儲(chǔ)運(yùn)過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的鹽類。有機(jī)污垢則主要由以下原因引起:由O,S,N引發(fā)的自由基聚合反應(yīng);由Fe,Ni,Cu等金屬作催化劑引發(fā)的催化聚合反應(yīng);由多環(huán)芳烴和膠質(zhì)引發(fā)的非自由基聚合反應(yīng)。其中,由于原料油保護(hù)措施不好,致使氧氣進(jìn)入并引發(fā)自由基聚合反應(yīng),是國(guó)內(nèi)加氫裂化裝置所遇到的導(dǎo)致原料油換熱器傳熱系數(shù)下降的主要原因。5實(shí)施對(duì)策結(jié)合管殼程結(jié)垢理論,為防止換熱器結(jié)垢,一般采取以下措施:在原料罐頂加氮封;做好原料的過濾工作;嚴(yán)格控制原料和新氫中的氯含量,防止銨鹽結(jié)晶。燕山分公司煉油廠中壓加氫裂化裝置采取了如下措施:降低進(jìn)料量和循環(huán)氫壓縮機(jī)(K2502轉(zhuǎn)速;提高原料油換熱后的終溫,主要目的是

9、通過提高溫度使結(jié)晶的氨鹽升華,并通過后續(xù)注水將氨鹽帶入高分除去。處理的具體條件見表3。對(duì)處理前后原料油換熱器E2501、E2503的傳熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表4。表3原料油換熱器處理?xiàng)l件項(xiàng)目進(jìn)料量/kgh-1K2502轉(zhuǎn)速/rmin-1E2501殼程處理中902138000358.3表4原料油換熱器傳熱系數(shù)對(duì)比項(xiàng)目原油加工量/kgh-1E2501傳熱系數(shù)/W(m2-1E2503傳熱系數(shù)/W(m2-122石油煉制與化工2005年第36卷對(duì)高分水的分析發(fā)現(xiàn),處理前后水中S 、N 含量都沒有明顯改變,這也證實(shí)了以上的分析結(jié)論。結(jié)合殼程結(jié)垢理論和國(guó)內(nèi)加氫裂化裝置在類似問題上采取的措施,燕山分公司煉油廠

10、中壓加氫裂化裝置恢復(fù)了原料罐氮封,對(duì)恢復(fù)氮封前后分別用催化裂化柴油沖洗換熱器的傳熱系數(shù)下降速率進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果見表5。由表5可見,原料油換熱器傳熱系數(shù)下降的主要原因是由于原料罐沒有氮封,空氣中氧氣的進(jìn)入引發(fā)自由基聚合反應(yīng)生成了污垢。表5氮封對(duì)原料油換熱器傳熱系數(shù)下降速率的影響項(xiàng)目E 2501傳熱系數(shù)下降速率/W (m 2d -1E 2503傳熱系數(shù)下降速率/W (m 2d -10.880.08另外,據(jù)相關(guān)資料顯示,解決原料油換熱器殼程結(jié)垢比較有效的措施是向原料油中注入一種不含金屬離子、高含有機(jī)氮化合物的防垢劑。防垢劑的主要防垢機(jī)理是通過自身吸附于金屬和非油溶性的固體離子表面形成覆蓋膜,阻止沉積

11、物粘附在金屬表面及固體粒子之間,并通過少量表面活性劑,使膠質(zhì)和非油溶性物質(zhì)產(chǎn)生親油基因,增溶于油中來達(dá)到防止結(jié)垢的目的。為此,燕山分公司煉油廠中壓加氫裂化裝置增設(shè)了注入防垢劑系統(tǒng)。對(duì)注入防垢劑前后的換熱器傳熱系數(shù)下降速率進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表6。由表6可見,注入防垢劑后,E 2501傳熱系數(shù)下降速率降低了78%,E 2503傳熱系數(shù)下降速率降低了76%。表6注入防垢劑前后E 2501、E 2503傳熱系數(shù)下降速率對(duì)比項(xiàng)目E 2501傳熱系數(shù)下降速率/W (m 2d -1E 2503傳熱系數(shù)下降速率/W (m 2d -10.540.216結(jié)束語目前加氫裂化裝置原料油換熱器結(jié)垢的問題還比較普遍,為了防

12、止換熱器結(jié)垢,保證裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行,一般要采取以下措施:做好原料油儲(chǔ)存過程中的保護(hù)問題,一般需在原料罐頂加氮封,防止氧氣在原料油換熱器殼程引發(fā)自由基聚合反應(yīng)生成高分子聚合物堵塞物流通道;做好原料油的過濾工作,防止大量無機(jī)雜質(zhì)在原料油換熱器殼程析出結(jié)垢;嚴(yán)格控制原料和新氫中的氯含量,防止銨鹽結(jié)晶堵塞換熱器。對(duì)原料側(cè)已經(jīng)結(jié)垢的原料油換熱器,一般可以采取以下方法:向原料中加入催化裂化柴油,由于催化裂化柴油對(duì)換熱器上的污垢有一定的沖刷溶解作用,因此加入催化裂化柴油能夠緩解換熱器的結(jié)垢。但這種方法對(duì)原料來源有限制或?qū)ιa(chǎn)有特殊要求的裝置并不適用;解決原料油換熱器原料側(cè)結(jié)垢比較有效的措施是向原料油中注

13、入防垢劑。TR OUB LESH OOTING ON THE DESCEN DING OF THE HEAT 2TRANSFER COEFFICIENT OF THE FEED HEATEXCHANGERS IN THE H YD R OCRACKING UNITLou Jianchang ,Zhang Y ingxu(Yanshan Pet rochemical Com pany ,B ei j ing 102503Abstract The p ro blems of fouling in t he feedheat exchangers of a 1.3Mt/a medium pressu

14、rehydrocracking unit was discussed.By analyzing t he formation of fouling depo sit s some countermeasures were propo sed and p racticed.The following measures were adopted to prevent t he formation of fouling in t he feed heat exchangers :(1adding nit rogen seal in t he feed tank ;(2filtering t he feed oil ;(3cont rolling t he chlorine content in t he feed and t he fresh hydrogen.If fouling deposit s were formed in t he heat exchanger ,t he following t reat