張虎
摘 要:本文介紹了某連續重整裝置,擴能改造后,進料板式換熱器出現壓降增大,換熱效率降低的情況。通過技改更換為纏繞式換熱器后,與板式換熱器運行參數進行對比分析發現,換熱器壓降降低,使系統壓差明顯減小,循環機蒸汽消耗降低,四合一加熱爐消耗瓦斯量大幅減少,節能降耗效果顯著。
關鍵詞:連續重整裝置;板殼式換熱器;纏繞管式換熱器;能耗
0 引言
某連續重整裝置設計規模為1.2Mt/a,其混合進料換熱器選用進口板殼式換熱器。2013年大檢修期間將裝置擴能至1.44Mt/a后,重整進料板殼式換熱器壓降增大至120kPa,換熱效率降低,造成四合一加熱爐瓦斯能耗增加,影響了裝置的生產穩定性和經濟性。
2017年大檢修期間,將原板殼式換熱器更換為纏繞管換熱器,熱端溫差降至29℃左右,換熱器管殼程壓降穩定在80-90kPa,效果顯著。
1 兩種換熱器介紹
1.1 板殼式換熱器
20世紀末,國內首次在催化重整裝置上引進了法國Alfa laval公司的板殼式換熱器。國產換熱板片采用分步模壓成形,進口板片采用水下爆破成形,板束均采用全焊接結構。板殼式換熱器在傳熱效率、壓降、占地等方面優勢明顯,但全焊接式板殼式換熱器的制造要求嚴格、加工難度大[1]。
1.2 纏繞管式換熱器
纏繞管式換熱器由管束、下管箱、上管箱和殼體組成。下管箱有循環氫入口、進料口、氣體分布板和液體分布管,管束包括上、下管板及換熱管芯體,熱流走殼程,冷流走管程。
纏繞管式換熱器換熱管反向螺旋纏繞,改善了流體流動狀態,形成強烈的湍流;換熱管內流體螺旋流動強化了管程傳熱,殼程折流部件的擾動也起到了強化傳熱的作用,殼程折流部件的擾動也起到了強化傳熱的作用。
換熱管內流體呈螺旋流動,流道截面形成二次流,殼程流體在各管程之間形成湍流,降低了流體對殼壁的附著。換熱管和墊條、管卡的合理設置,纏繞管式換熱器基本沒有死區,殼程流體逆流橫向交叉通過繞管,在相鄰管之間、層與層之間不斷分離和匯合,使殼程流體形成了劇烈湍流,確保了殼程流體的均勻分布,且減少了結垢的幾率。下管箱中設置盤式氣體分布器和管式液體分布器,分布器上優化開孔設計,有效保證了氣液兩相在管程內的均勻分布。進入管內的流體則以螺旋方式流動,增強流體的剪切力,湍流流動狀態穩定,而且降低了管壁附著的可能性及結垢傾向。但因換熱管管徑較小,且為螺旋纏繞式,一旦管內堵塞,不易清洗;而換熱管外為墊條和管卡支撐結構,且纏繞管管束與殼體間為焊接結構,使得殼程無法打開檢修和清洗,通常只能采用化學清洗。
為了充分發揮纏繞管換熱器的性能優勢,不宜將其應用在易結垢或有機械雜質的場合,且換熱器管程入口宜設置過濾器。
2 更換前及更換后相關數據采集
2.1 采集范圍及采集內容
2016年與2019年裝置運行平穩,處理量、反應溫度無大幅調整,工況相近,因此采集這兩年的數據進行分析。
取兩種換熱器運行時循環機出口壓力、換熱器熱端出口溫度、燃料氣消耗量、除鹽水消耗量、循環機蒸汽消耗量、電能損耗以及進料控制閥運行情況,進行數據采集統計。
2.2 數據統計表
3 數據對比分析
3.1 循環機出口壓力
由表1和表2的數據可以得到:
使用板殼式換熱器時,循環機出口壓力在滿負荷下平均壓力為0.5210MPa;使用纏繞管式換熱器時,循環機出口壓力在滿負荷下平均壓力為0.4898MPa。進料換熱器更換后,重整反應系統壓降較之前使用板式換熱器下降0.028MPa。
3.2 換熱器熱端冷端出口溫度
在工作中使用板殼式換熱器時,混合進料換熱器熱端出口平均值為439.67℃,冷端出口平均值為108.81℃;進料換熱器使用纏繞管式換熱器時,混合進料換熱器熱端出口平均值為460.71℃,冷端出口平均值為97.71℃。
進料換熱器更換后較之前使用板式換熱器熱端出口溫度提高21.04℃,冷端出口溫度降低11.1℃。
3.3 四合一爐一號加熱爐瓦斯
使用板殼式換熱器時,四合一爐一號爐所需瓦斯量平均值為2471.11Nm3/h;使用纏繞管式換熱器時,四合一爐一號爐所需瓦斯量平均值為1637.58Nm3/h。
在進料量與反應苛刻度一致的情況下,四合一爐一號爐瓦斯平均消耗量較之前使用板式換熱器降低833.58Nm3/h。
3.4除鹽水消耗量
由于技改后換熱效率提高,冷端溫度降低,反應空冷器負荷降低。本裝置所采用的表面蒸發式反應空冷器,使用除鹽水作為噴淋水??绽淦髫摵山档?,除鹽水蒸發消耗量降低。使用板殼式換熱器時,除鹽水消耗量平均值為50.44t/h;使用纏繞管式換熱器時,除鹽水消耗量平均值為47.925t/h。進料換熱器更換后,裝置除鹽水消耗量平均值較之前使用板式換熱器降低2.25t/h。
3.5 循環機蒸汽消耗量
使用板殼式換熱器時,循環機的蒸汽消耗量平均值為17.299t/h;使用纏繞管式換熱器時,循環機的蒸汽消耗量平均值為15.81t/h。
進料換熱器更換后,循環機的蒸汽消耗量平均值較之前使用板式換熱器降低1.5t/h。
3.6 進料控制閥運行情況
進料換熱器更換前,重整進料控制閥副線閥開度為30%,勉強達到生產所需的負荷。副線操作,裝置的安穩運行會受到影響,如遇到緊急情況需大幅度降量時,進料控制閥調節滯后,需外操人員現場關閉控制閥副線。
進料換熱器更換后,重整進料控制閥閥位一直保持70%左右,控制閥副線未開。
3.7 電能損耗
進料換熱器更換前,重整反應空冷及噴淋水泵處于全開狀態,反應空冷冷后溫度仍會出現>42℃情況。使用纏繞管式換熱器時,換熱效率提高,反應空冷器負荷得到降低,噴淋水泵不需要全開,在停運2臺噴淋水泵及2臺空冷風機的情況下,也可使反應空冷冷后溫度滿足生產設計要求。
由電流表及電壓表知:噴淋水泵電機電流為28A、電壓為380V;空冷風機電機電流為17A、電壓為380V。
由功率計算公式P=UI得:
噴淋水泵電機實際功率:P1=U1I1=28×380=14.44kW;
空冷風機電機實際功率:P2=U2I2=6.46kW。
則每個小時節省電:2×(14.4+6.4)=41.6度。
4 結語
某公司1.44Mt/a連續重整裝置混合進料換熱器更換為纏繞管式換熱器,投用已有3年,整體運行良好,能夠滿足裝置生產需求,且節能效果顯著。
參考文獻:
[1]秦永強.國產大型板殼式換熱器在芳烴聯合裝置的應用[J].石油化工設備技術,2017,38(3):1-4.