|
500万t/a常减压装置常压塔顶换热器、常压炉局部改造
姜树华,王耀全,罗建军
(中国石油兰州石化分公司,甘肃兰州730060)
摘 要:随着加工原油的轻质化,兰州石化公司500万t/a常减压装置常压塔顶负荷达到上限,常压塔的操作压力高达0. 150MPa,常压塔顶常顶油气-热媒水换热器E-504出口温度上升,部分油气相变直接后移至空冷器,对空冷器的腐蚀加剧;换热终温下降,常压炉负荷上升,对流室取热不足,常压炉热效率长期较低。为此,对常压塔顶热媒水换热器以及常压炉对流室炉管进行了技术改造,降低了常压塔的操作压力,空冷器的腐蚀明显改善,常压加热炉效率上升。
关键词:常压塔;换热器;常压炉;腐蚀;热效率;改造
中图分类号:TE988
兰州石化公司5. 0Mt·a-1常减压蒸馏装置于2002年9月开工建设, 2003年8月建成投产,设计加工原油为长庆、青海和吐哈三种原油的混合原油,其混合质量分数比为3∶2∶1,密度为843kg/m3(20℃)。近年来由于加工原油中轻质油含量增大,于2006年6月,对初馏塔进行了技术改造,消除了制约装置加工量的瓶颈。2008年兰州石化公司原油配置500万t/a常减压装置所加工原油中牙哈油比例将进一步上升,达到150万t/a,吐哈油比例达到50万t/a。轻质油比例将达到40%。常压塔顶负荷进一步上升,塔顶压力可以上升到0. 160MPa超过0. 150MPa工艺上限。换热终温降低,常压加热炉热负荷上升,对流室取热不足,加热炉热效率实际计算值在85% ~88%,远低于设计值91. 8%。为此于2008年8月装置大检修期间对常压塔顶热媒水换热器以及常压加热炉对流室炉管进行了技术改造,改造后常压塔顶压力下降到0. 080MPa,常压炉排烟温度下降,热效率上升,效果显著。
1 常压塔、常压炉局部改造内容
1.1 常压塔
1. 1. 1 原常压塔情况
500万t/a常减压装置常压塔顶常顶油气—热媒水换热器E-504选用的钛板壳式换热器,近年来由于加工原油不断轻质化E-504出口油气温度由设计的75℃上升至90℃以上,常压塔顶负荷上升,塔顶操作压力高达0. 15MPa,到达工艺卡上限。常压塔顶水质分析中铁离子含量严重超标,常压空冷器A102/1~8在2007年前全部出现腐蚀泄漏,严重影响装置安全生产。2005年3月由于冲蚀导致E-504出口DN500弯头减薄泄漏,E-504油气侧出口原管线为碳钢材质,当时将出口阀后3个DN50弯头全部更换为316L材质, 2006年4月由于冲蚀E-504出口阀后DN500弯头严重泄漏导致装置停工。
1. 1. 2 常压塔问题成因
原有的常顶油气-热媒水换热器E-504型号为LBQ1200x3-500-1. 0-9-1000LT2有效换热面积为500m2,由于加工原油轻质化,常顶负荷增大,换热器流通面积不足;热媒水设计进装置的温度为40℃,实际生产中热媒水进装置温度在52℃以上,热媒水取热不足,这两个原因导致塔顶负荷增大,E-504出口温度上升,部分油气相变后移至空冷器A-102/1~8。由于原油中的氯化物水解产生的HCl在塔顶冷凝冷却系统最初出现冷凝水时吸收HCl生成较浓的盐酸,因此导致空冷器的严重腐蚀泄漏。塔顶气相负荷增大E-504油气侧油品线速度增加,导致E-504出口管线由于冲刷减薄严重。
1. 1. 3 改造内容
1)原E-504直径为1. 2m,经核算本次改造在常压塔顶新增1台E-504,同时将原来E-504更新,直径由原来的1. 2m增大至1. 5m,增大换热器流通面积,换热面积与原型号相同,两台E-504
1·2并联使用,见表1。
2)规整工艺管线。将现在E-504西边的E-102下移至四层平台空挡位置,将新增E-504/2与现有E-504平行放置在原E-102的位置。E-504/1. 2入口两路分配管,保证油气能均匀进两台换热器,原E-504出口5个DN500急转90°弯头油气冲蚀减薄速度较快,此次改造对E-504/1. 2出口管线规整, E-504/1出口用1个DN500弯头与DN700管线变径连接,E-504/2出口用直管段插入DN700管线,减少急转弯头个数,降低油气线速度,减小油气对管线的冲蚀。
3)E-504/1. 2增上循环水,在热媒水取热不足影响安全生产或无法投用的情况下,投用循环水,提高装置的操作灵活性,如图1所示。
1.2 常压炉
1. 2. 1 常压炉改造前情况
由于加工原油轻质化,换热终温降低,常压加热炉热负荷增大,常压炉对流室取热不足,排烟温度较高、炉体散热损失大,导致常压加热炉热效率长期较低,见表2。
表2中蒸汽进对流室温度为现场热偶指示值,压力1. 0MPa。(过热蒸汽设计用0. 3MPa蒸汽,11·375t/h)。
1. 2. 2 常压炉成因分析
1)装置各塔底气提蒸汽在常压炉对流室取热,设计使用过热蒸汽为系统0. 30MPa的乏汽,实际生产中由于乏汽压力不足,并且带水严重,装置开工2个月后就改用1. 0MPa主汽。过热蒸汽取热焓值下降14. 3×103kcal/kg,并且设计过热蒸汽用量11·375t/h,生产中为节约蒸汽用量,实际用量在3. 4~8. 3t/h,导致蒸汽出对流室的温度高达450℃以上。
2)常压炉炉墙外表面温度一直较高,在60℃左右,散热损失较大。对流室取热负荷不足,高温烟气出对流室时的温度由设计温度367℃上升至440℃以上。常压炉设计排烟温度为180℃,实际运行中排烟温度在250℃以上,大量的热量无法回收,常压炉热效率长期较低。加热炉热效率实际计算值在85% ~88%远远低于设计值91. 8%。
1. 2. 3 改造内容
1)在对流室增加2排油品炉管、2排蒸汽炉管通过加热油品和蒸汽,使油品和蒸汽多取走烟气的热量,降低烟气的排烟温度。2排蒸汽炉管的加在对流室的上部,蒸汽进出口位置及大小都没有变化2排油品炉管加在对流室中部,油品进出口的大小未变,只是4个进口位置比改造前抬高了2排管位。新增加油品炉管16根,钢管材质Cr5Mo,翅片材质0Cr13, 16根蒸汽炉管钢管材质20#钢,翅片材料1Cr13。改造后管位对照图,红色管位为新增蒸汽炉管,蓝色管位为新增油品炉管,如图2所示。
2)炉墙内壁做喷涂,降低炉墙外表面温度,减小散热损失。
2 改造效果
2.1 常压塔工况分析常压塔顶增上一台热媒水换热器后,流通面积由原来的500m2提高到1000m2,增大了一倍,提高流通面积后,常顶油气线速度降低,换热器板层压降降低,常压塔顶压力降至0. 80MPa左右。E-504油气出口温度从80℃以上降低至65℃左右,由于E-504出口温度降低,大部分油气相变发生在换热器内,因而减少了对常压塔顶空冷器的腐蚀,改造后常压塔顶水质分析铁离子含量明显下降,达到要求小于6mg/L,见表3~5。
2.2 常压炉工况分析
常压炉对流室增加两排油品炉管和两排蒸汽炉管后,油品出对流室的温度较改造前上升2℃左右,大大降低了辐射室的负荷。过热蒸汽出对流室的温度较改造前降低了50℃左右,高温烟气出对流室的温度下降至390℃左右,较改造前下降50℃。在常压炉墙内壁做喷涂,降低炉墙外表面温度,减小了散热损失,炉墙表面温度下降了10℃,加热炉热效率上升,改造后装置满负荷生产时,常压炉排烟温度在190℃以下,当装置在13000t/d低负荷生产时排烟温度可以达到160℃以下, 2008年11月常压炉标定热效率为89. 93%,较改造前上升,见表6~7。
3 结论
1)改造后装置满负荷生产时常压塔顶压力由改造前的0. 15MPa下降至0. 08MPa,改善了常压操作条件。
2)油气出E-504/1. 2的温度在67℃左右,油气相变基本在E-504/1. 2进行,大大降低了油气对空冷器的腐蚀,同时检修后汽油冷后温度可以保证在45℃以下,常顶空冷器停止喷淋,节约大量软化水。
3)改造后油气线速度下降,规整管线减少了E-504/1. 2出口急转弯头,减少油气对E-504/1. 2出口管线的冲蚀。
4)改造后高温烟气出常压炉对流室的温度在390℃左右,下降50℃左右,拔头油出对流室进辐射室的温度上升2℃,降低了辐射室的负荷。
5)改造后常压炉排烟温度190℃以下,热效率达到89%以上。
参考文献:
[1]李阳初,王耀斌.石油化学工程基础[M].山东:中国石油大学出版社, 2004: 33-34.
[2]林玉珍,杨德钧.腐蚀和腐蚀控制原理[M].北京:中国石化出版社, 2007: 307-308.
|
