纏繞管式換熱器在連續(xù)重整裝置的應用-遼寧華錦金曉晨-

1、纏繞管式換熱器在連續(xù)重整裝置的應用金曉晨 黃武生 王建偉 吳峰(遼寧華錦集團煉化分公司 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料換熱器的成功應用情況,應用結(jié)果表明,采用新型換熱器后,裝置運行穩(wěn)定,與國內(nèi)外同類裝置采用的板式換熱器換熱效果相當。通過與板式換熱器和常規(guī)列管式換熱器的應用對比,闡述了纏繞管式換熱器作為重整進料換熱器的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞:纏繞管式換熱器 連續(xù)重整 對比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UOP公司的工藝技術(shù),由洛陽石化工程公司進行工程設計。裝置與聯(lián)合裝置一同于2007年7月開始開工建設, 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產(chǎn)的纏繞管式換熱器作為裝置進料換熱器。連續(xù)重整裝置的進料換熱器是裝置中關(guān)鍵設備,正確選擇進料換熱器的形式,不僅可以降低重整反應系統(tǒng)的壓降,而且還可以降低加熱爐的負荷,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)氫壓縮機的負荷,還要求重 整反應系統(tǒng)的壓降要小。在國外,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主要應用于大化肥合成氨裝置。經(jīng)過引進的消化吸收,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臺纏繞管式換熱器,經(jīng)過幾年運行,該換熱器運轉(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。纏繞管式換熱器的廣泛應用和其占地省、效率高的特點非常適合連續(xù)重整進料換熱器對換熱器的技術(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用業(yè)績,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料換熱器結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)2.1 設備結(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、可同時進行多種介質(zhì)換熱、管內(nèi)操作壓力高、傳熱管的熱膨脹可自行補償、換熱器易實現(xiàn)大型化等特點。氫氣由循環(huán)氫入口進入換熱器,原料重石腦油自油入口進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 管程設計壓力 MPa 0.5 0.73設計溫度 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對比目前重整進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,多采用進口板殼式換熱器( Packinox。雖然該設備在技術(shù)上完全滿足要求,但設備價格昂貴,一次投資費用高且制造周期長。3.1 換熱器運行對比衡量換熱器的好壞主要有兩個方面

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。對于超低壓的重整來說,重整進料 /產(chǎn)物換熱器的壓降在整個反應系統(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)氫壓縮機的負荷,這些對于大型的連續(xù)重整裝置是非常重要的。下面就本50萬噸/年連續(xù)重整裝置進料換熱器標定數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)及列管換熱器及進口板式換熱器進行工藝操作參數(shù)對比,具體見表二。表二 三種換熱器工藝參數(shù)對比表纏繞管式換熱器 項目 管殼換熱器 板殼式換熱器設計 標定熱端溫差, 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換熱器負荷,MW 26.7 28.08 28.08 28.07加熱爐負荷減少,MW 0 1.23 1.23 1.24設備重量,t 96.5 68 85從以上對比結(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。殼程壓降較大,在標定過程中滿負荷情況下殼程壓降達到48KPa。設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,降低安裝費用。3.2 操作費用及投資對比三種重整進料換熱器投投、操作費用及抽余周期等情況對比見表三。表三 三種進料換熱器投資及操作費用

8、對比表項目 列管換熱器 進口板殼式換熱器纏繞管式換熱器進料換熱器投資,萬元 基準 基準+1200 基準+250四合一加熱爐投資,萬元 基準 基準-165 基準-165總投資變化,萬元 基準 基準+1035 基準+85進料加熱爐燃料費用,萬元/年 基準 基準-250 基準-245投資回收期,月 0 49.7 4.16訂貨周期,月 基準 基準+6 基準從以上結(jié)果可以看出,進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。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,為了避免熱膨脹應力對設備的損害,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,換熱器泄漏的風險非常小。華錦重整裝置在運行過程中也證明了以上兩點。從運行考察和標定結(jié)果來看,纏繞管式換熱器能夠適應各種工況,投用以來一直運行平穩(wěn),對比板式換熱器升降溫嚴格的速率控制(10-15/h,沒有嚴格的限制。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、不受設備運行過程中溫度、壓力波動變化影響溫度升降無嚴格要求的特點,達到了預期設計目的,為裝置長周期安穩(wěn)長滿優(yōu)運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、設備維修及清洗困難通過表二的對比發(fā)現(xiàn),在標定滿負荷工況進料換熱器殼程出入口差壓達到48KPa,高于設計值。在以后的正常裝置操作過程中,非滿負荷工況下殼程壓降下降很多?？紤]以上情況,可以通過進一步優(yōu)化設計降低殼程壓降。壓降大是纏繞管式換熱器在加氫裂化等裝置應用的突出問題,這也是由于其管束結(jié)構(gòu)復雜造成的。它的結(jié)構(gòu)特點也同樣給換熱器結(jié)垢后的清洗帶來了不便,無法用常規(guī)的機械清洗法對設備進行清洗除垢,只能采取化學清洗的方法。在裝置大修時可對換熱器進行解體,對設備進行全面的檢查和維修過程殼體內(nèi)部檢查與檢驗將十分困難。4.2 無應用經(jīng)驗,須逐步摸索在連續(xù)重整裝置進料換熱器的應用中采用纏繞管式換熱器尚屬首次,裝置運行時間還不足兩年,還須要幾個周期的檢驗才能確認其在連續(xù)重整裝置長周期運轉(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)重整裝置進料換熱器一年多的工業(yè)應用表明:1該換熱器的換熱強度優(yōu)于設計值,熱端溫差達到26.2。大大降低了四合一加熱爐的負荷,降低了裝置消耗,經(jīng)濟效益顯著。2雖然其殼程差高較高,但在操作過程中除壓縮機能耗略高外未發(fā)現(xiàn)其它不利影響。3該換熱器對工藝操作無苛刻要求,一方面降低了裝置操作難度,減少了誤操作對設備的損害,另一方面減少了開停工所用的時間,降低于開停工的經(jīng)濟成本。參考文獻:1、