1、纏繞管式換熱器在連續(xù)重整裝置的應(yīng)用金曉晨 黃武生 王建偉 吳峰(遼寧華錦集團(tuán)煉化分公司 盤錦 124021摘要:介紹了纏繞管式換熱器在華錦煉化分公司重整進(jìn)料換熱器的成功應(yīng)用情況,應(yīng)用結(jié)果表明,采用新型換熱器后,裝置運(yùn)行穩(wěn)定,與國(guó)內(nèi)外同類裝置采用的板式換熱器換熱效果相當(dāng)。通過與板式換熱器和常規(guī)列管式換熱器的應(yīng)用對(duì)比,闡述了纏繞管式換熱器作為重整進(jìn)料換熱器的優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞:纏繞管式換熱器 連續(xù)重整 對(duì)比1 前言華錦煉化分公司連續(xù)重整裝置是聯(lián)合裝置的重要組成部分,采用美國(guó)UOP公司的工藝技術(shù),由洛陽石化工程公司進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。裝置與聯(lián)合裝置一同于2007年7月開始開工建設(shè), 2009年12月一次投料開車

2、成功。在華錦連續(xù)重整裝置中首次采用國(guó)產(chǎn)的纏繞管式換熱器作為裝置進(jìn)料換熱器。連續(xù)重整裝置的進(jìn)料換熱器是裝置中關(guān)鍵設(shè)備,正確選擇進(jìn)料換熱器的形式,不僅可以降低重整反應(yīng)系統(tǒng)的壓降,而且還可以降低加熱爐的負(fù)荷,節(jié)約燃料消耗。由于目前的重整裝置都在較低的壓力下操作,為了降低重整循環(huán)氫壓縮機(jī)的負(fù)荷,還要求重 整反應(yīng)系統(tǒng)的壓降要小。在國(guó)外,林德公司在合成氨甲醇洗系統(tǒng)中推出了纏繞管換熱器系列。目前該種換熱器在我國(guó)主要應(yīng)用于大化肥合成氨裝置。經(jīng)過引進(jìn)的消化吸收,鎮(zhèn)海煉化檢修安裝公司開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的纏繞管式換熱器,已在大化肥、空分、煉油、化工裝置等方面得到了廣泛的應(yīng)用。2005年鎮(zhèn)海煉化150萬噸/年加氫

3、裂化裝置上的高壓換熱器部分首次采用2臺(tái)纏繞管式換熱器,經(jīng)過幾年運(yùn)行,該換熱器運(yùn)轉(zhuǎn)正常,與傳統(tǒng)的螺紋鎖緊式換熱器相比具有占地面積省,換熱器熱端溫差小,換效率高等特點(diǎn)。纏繞管式換熱器的廣泛應(yīng)用和其占地省、效率高的特點(diǎn)非常適合連續(xù)重整進(jìn)料換熱器對(duì)換熱器的技術(shù)要求,考慮鎮(zhèn)海建安公司在化肥及煉油等裝置的豐富應(yīng)用業(yè)績(jī),經(jīng)過與洛陽石化工程公司組成專家組慎重研究,決定在華錦煉化分公司連續(xù)重整裝置采用纏繞管式換熱器型式,由鎮(zhèn)海石化建安工程公司制作。2 華錦重整纏繞管式進(jìn)料換熱器結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)介紹纏繞管式換熱器主要由殼體和芯體及其接管組成,如圖一所示。其中芯體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,由中心筒、換熱管、墊條及管

4、卡等組成。是在與管板相連的中心筒上, 以螺旋狀交替纏繞數(shù)層小直徑換熱管形成管束,再將管束放入殼體內(nèi)的一種換熱器。其具有結(jié)構(gòu)緊湊、可同時(shí)進(jìn)行多種介質(zhì)換熱、管內(nèi)操作壓力高、傳熱管的熱膨脹可自行補(bǔ)償、換熱器易實(shí)現(xiàn)大型化等特點(diǎn)。氫氣由循環(huán)氫入口進(jìn)入換熱器,原料重石腦油自油入口進(jìn)入換熱器后與氫氣混合 ,通過分配盤使油氣得到充分的混合后進(jìn)入換熱管。2.2 本裝置纏繞管式換熱器的主要參數(shù)表一 華錦纏繞管式換熱器主要參數(shù)參數(shù) 殼程 管程設(shè)計(jì)壓力 MPa 0.5 0.73設(shè)計(jì)溫度 518 497污垢熱阻 m2K/W 0.0003 0.0003換熱量 kW 26994 26994傳熱系數(shù) W/(m2K 345.0

5、49換熱面積 m2 3890壓力降 kPa 33.86 13.95(不含氣液分布器換熱管規(guī)格 mm 181.2 DN=2300換熱管材料 0Cr18Ni10Ti中心筒規(guī)格 mm 7203 纏繞管式換熱器與板式換熱器和列管式換熱器特點(diǎn)對(duì)比目前重整進(jìn)料換熱器都采用立式換熱器,主要有兩種型式,一種是列管式立式換熱器,另一種是板殼式換熱器。板殼式換熱器較管殼式換熱器具有更高的傳熱系數(shù),能夠回收更多的熱量。但由于制造難度大,近十年來,多采用進(jìn)口板殼式換熱器( Packinox。雖然該設(shè)備在技術(shù)上完全滿足要求,但設(shè)備價(jià)格昂貴,一次投資費(fèi)用高且制造周期長(zhǎng)。3.1 換熱器運(yùn)行對(duì)比衡量換熱器的好壞主要有兩個(gè)方面

6、 ,一是熱端溫差 (熱流入口溫度與冷流出口溫度的差值 ,另一方面是管殼程壓降總和 (P。熱端溫差越小 (即冷流被熱流加熱的溫度越高 說明換熱效果越好。對(duì)于超低壓的重整來說,重整進(jìn)料 /產(chǎn)物換熱器的壓降在整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)壓降中占有很大的比例。換熱器的壓降小可以降低循環(huán)氫壓縮機(jī)的負(fù)荷,這些對(duì)于大型的連續(xù)重整裝置是非常重要的。下面就本50萬噸/年連續(xù)重整裝置進(jìn)料換熱器標(biāo)定數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及列管換熱器及進(jìn)口板式換熱器進(jìn)行工藝操作參數(shù)對(duì)比,具體見表二。表二 三種換熱器工藝參數(shù)對(duì)比表纏繞管式換熱器 項(xiàng)目 管殼換熱器 板殼式換熱器設(shè)計(jì) 標(biāo)定熱端溫差, 48 30 30.69 26.2管程壓降,KPa 15 15

7、24 17.3殼程壓降,KPa 27 24 33.86 48.0換熱器負(fù)荷,MW 26.7 28.08 28.08 28.07加熱爐負(fù)荷減少,MW 0 1.23 1.23 1.24設(shè)備重量,t 96.5 68 85從以上對(duì)比結(jié)果來看,纏繞管式換熱器換熱效果較好,換熱深度與板式換熱器基本相當(dāng)。殼程壓降較大,在標(biāo)定過程中滿負(fù)荷情況下殼程壓降達(dá)到48KPa。設(shè)備重量較列管式換熱器輕很多,比板殼式換熱器略重。換熱器的輕量化可一方面可以節(jié)約鋼材,另一方面可以節(jié)約安裝空間,降低安裝費(fèi)用。3.2 操作費(fèi)用及投資對(duì)比三種重整進(jìn)料換熱器投投、操作費(fèi)用及抽余周期等情況對(duì)比見表三。表三 三種進(jìn)料換熱器投資及操作費(fèi)用

8、對(duì)比表項(xiàng)目 列管換熱器 進(jìn)口板殼式換熱器纏繞管式換熱器進(jìn)料換熱器投資,萬元 基準(zhǔn) 基準(zhǔn)+1200 基準(zhǔn)+250四合一加熱爐投資,萬元 基準(zhǔn) 基準(zhǔn)-165 基準(zhǔn)-165總投資變化,萬元 基準(zhǔn) 基準(zhǔn)+1035 基準(zhǔn)+85進(jìn)料加熱爐燃料費(fèi)用,萬元/年 基準(zhǔn) 基準(zhǔn)-250 基準(zhǔn)-245投資回收期,月 0 49.7 4.16訂貨周期,月 基準(zhǔn) 基準(zhǔn)+6 基準(zhǔn)從以上結(jié)果可以看出,進(jìn)口板殼式換熱器雖然重量輕換熱效果好,但其一次投資較高,投資回收期長(zhǎng)。采用纏繞管式換熱器考慮四合一加熱爐投資的減少總投資僅比常規(guī)管殼式換熱器略高。3.3 操作方面對(duì)比由于板殼式換熱器結(jié)構(gòu)方面原因,為了避免熱膨脹應(yīng)力對(duì)設(shè)備的損害,要

9、求工藝操作方面在開停工升降溫過程必須嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定的升降溫速度。但纏繞管式換熱器由于 管束兩端均有自由段,因此不存在熱膨脹應(yīng)力。另一方面由于纏繞管式換熱器只有法蘭,換熱器泄漏的風(fēng)險(xiǎn)非常小。華錦重整裝置在運(yùn)行過程中也證明了以上兩點(diǎn)。從運(yùn)行考察和標(biāo)定結(jié)果來看,纏繞管式換熱器能夠適應(yīng)各種工況,投用以來一直運(yùn)行平穩(wěn),對(duì)比板式換熱器升降溫嚴(yán)格的速率控制(10-15/h,沒有嚴(yán)格的限制。在裝置烘爐及開停車期間,完全按照工藝要求操作未發(fā)現(xiàn)異常,表現(xiàn)出了不受系統(tǒng)開、停車影響、不受設(shè)備運(yùn)行過程中溫度、壓力波動(dòng)變化影響溫度升降無嚴(yán)格要求的特點(diǎn),達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目的,為裝置長(zhǎng)周期安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)。4 存在

10、問題討論4.1 管殼程差壓較大、設(shè)備維修及清洗困難通過表二的對(duì)比發(fā)現(xiàn),在標(biāo)定滿負(fù)荷工況進(jìn)料換熱器殼程出入口差壓達(dá)到48KPa,高于設(shè)計(jì)值。在以后的正常裝置操作過程中,非滿負(fù)荷工況下殼程壓降下降很多。考慮以上情況,可以通過進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)降低殼程壓降。壓降大是纏繞管式換熱器在加氫裂化等裝置應(yīng)用的突出問題,這也是由于其管束結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成的。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也同樣給換熱器結(jié)垢后的清洗帶來了不便,無法用常規(guī)的機(jī)械清洗法對(duì)設(shè)備進(jìn)行清洗除垢,只能采取化學(xué)清洗的方法。在裝置大修時(shí)可對(duì)換熱器進(jìn)行解體,對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的檢查和維修過程殼體內(nèi)部檢查與檢驗(yàn)將十分困難。4.2 無應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),須逐步摸索在連續(xù)重整裝置進(jìn)料換熱器的應(yīng)用中采用纏繞管式換熱器尚屬首次,裝置運(yùn)行時(shí)間還不足兩年,還須要幾個(gè)周期的檢驗(yàn)才能確認(rèn)其在連續(xù)重整裝置長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。5 結(jié)論通過纏繞管式換熱器在遼寧華錦煉化分公司連續(xù)重整裝置進(jìn)料換熱器一年多的工業(yè)應(yīng)用表明:1該換熱器的換熱強(qiáng)度優(yōu)于設(shè)計(jì)值,熱端溫差達(dá)到26.2。大大降低了四合一加熱爐的負(fù)荷,降低了裝置消耗,經(jīng)濟(jì)效益顯著。2雖然其殼程差高較高,但在操作過程中除壓縮機(jī)能耗略高外未發(fā)現(xiàn)其它不利影響。3該換熱器對(duì)工藝操作無苛刻要求,一方面降低了裝置操作難度,減少了誤操作對(duì)設(shè)備的損害,另一方面減少了開停工所用的時(shí)間,降低于開停工的經(jīng)濟(jì)成本。參考文獻(xiàn):1、