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板壳式换热器在歧化装置中的选用情况
1.汪光胜 2.周建新
(1.中石化金陵分公司机动处,江苏南京 210033; 2.兰州石油机械研究所,甘肃兰州 730050)
摘要：介绍了歧化装置进料换热器的特点和国内首台应用于歧化装置的国产板壳式歧化反应进出料换热器,并将其与采用管壳式换热器的情况进行了对比。
关键词：歧化装置;板壳式换热器;对比
中图分类号：TQ 051.501 文献标志码：B
歧化(甲苯歧化及烷基转移)装置是大型芳烃联合装置中的核心单元,而进料换热器则是该单元中承担回收装置热量的核心换热设备。歧化进料换热器通过回收反应产物热量加热混氢反应进料,可有效降低加热炉的热负荷和反应产物后续冷却所需公用工程消耗,进而降低装置能耗。装置规模越越大,节能效果越显著。
歧化装置中的进料换热器冷、热流进出口温差大、流量大、热负荷高、阻力降要求高,传统的管壳式换热器很难同时满足这些要求。板壳式换热器由于具有换热效率高、端部温差小、压降低、重量轻、占地面积小等优点,因此,在国外多采用板壳式换热器作为歧化装置进料换热器。
1 歧化装置进料换热器
歧化装置中进料换热器的工况(包括操作压力、操作温度)明显区别于重整与异构化装置进料换热器,某炼油厂60×104t/a芳烃联合装置中歧化装置、重整装置、异构化装置的进料换热器操作工况对比见表1。
从表1可以看出,歧化装置进料换热器的操作压力远高于重整与异构化装置进料换热器,其操作温度与重整进料换热器接近。因此,歧化装置进料换热器是3种进料换热器中操作工况最为苛刻的换热器。
以往歧化装置中的进料换热器多采用立置管壳式换热器。但管壳式换热器传热效率低,所需传热面积大。当单元装置规模较大时,要采用2台或多台并联的方式并采取必要的保持并联物流分配均匀的措施。由于系统总压降较小,物料易偏流,多台设备并联运行难以实现热负荷及物流的均衡分配,且设备占用空间大,金属耗量多,因此,在现有的大型芳烃联合装置中首选板壳式换热器作为歧化装置的进料换热器。金陵石化歧化装置中,选用国产板壳式换热器作为进料换热器。
2 板壳式进料换热器简介
2.1 换热器基本参数
金陵歧化装置进料换热器基本参数见表2。
2.2 换热器选材
歧化装置进料换热器管、壳程操作介质均为氢气与碳氢化合物的混合物,为临氢高温工况。通常可供选择的受压元件材料有Cr-Mo钢、奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢造价较高,而Cr-Mo钢的造价相对较低,但应按照纳尔逊曲线确定使用范围。根据换热器的设计条件,Cr-Mo钢中可供选择的材料牌号有1.25Cr-0.5Mo型材料和2.25Cr-1Mo型材料。由于2.25Cr-1Mo型材料有高温脆化倾向且需要进行步冷试验评定,而1.25Cr-0.5Mo无此限制,2种材料的其它性能(加工、焊接等)基本相当,经过对比,最终确定使用1.25Cr0.5MoSi作为壳体主材。
2.3 换热器结构设计
按歧化装置的工艺设计参数,对板壳式进料换热器进行工艺选型与结构设计,确定歧化反应进、出料换热器采用板壳式结构,见图1。
该换热器由壳体、板束、支座等部件组成,板束安装在壳体中,壳体间设有设备法兰,板束与壳体间设有膨胀节,换热器整体可拆。冷态循环气体与进料混合后自板束下端向上流动(管程),和向下流动的热态反应出料(壳程)均匀在板束流道内逆流换热。
3 性能对比
3.1 技术参数对比
在设计参数相同时,金陵歧化装置进料板壳式换热器与管壳式进料换热器技术参数对比见表3。由表3可见,与管壳式设备相比较,板壳式换热器换热面积减小50%,传热系数提高206.7%,热端温差减小11.9℃,冷端温差减小10℃,多回收热量3.05%。
3.2 经济效益比较
按照年操作时间8 000 h、燃料油的热值41 870 kJ/kg、燃料油价格2 500元/t、管壳式换热器10 a更新一次计算,在相同的工况下,采用板壳式换热器设备质量178 t,设备造价1 450万元;管壳式进料换热器的设备质量420 t,设备造价3 450万元。与管壳式进料换热器相比,采用板壳式换热器可节约占地面积30 m2,多回收热量2.69 MW,节约燃料1 847.6 t/a,节约燃料费461.9万元/a,节约框架和安装费45万元,节省总投资(20 a)14 778万元。
4 结语
国产板壳式换热器已在国内20多家炼油化工企业的重整装置中成功应用。工业应用表明,其运行平稳,安全可靠,总体技术达到国际先进水平。其优点为体积小,换热效果好,进、出口压降低,操作及维护方便。国产板壳式换热器在板片成型、压力及温度操作、设备可维修性方面具有自己的特点,其优良的性能更加符合国内炼油化工厂的现状。
目前,用于金陵歧化装置的板壳式歧化反应进出料换热器已完成安装,即将投入运行。它是首台应用于歧化装置的国产板壳式换热器,该换热器的应用必将使我国歧化装置的整体装备水平得到提升,也将为国产板壳式换热器在大型芳烃装置中的推广应用提供范例。
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