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国产超大型板壳式换热器在石化装置中的应用点击：2432 日期：[ 2014-04-26 21:53:40 ] |
| 国产超大型板壳式换热器在石化装置中的应用 余良俭1,张延丰2,周建新2 (1.中国石油化工股份有限公司物资装备部,北京 100728; 2.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,甘肃兰州 730070) 摘要:介绍了国产超大型板壳式换热器的结构、特点以及在重整、歧化、异构化装置中的应用情况, 并将其与国外同类产品进行了比较,比较结果表明,国产超大型板壳式换热器的主要技术参数与国 外同类产品相当,在拆卸及维修方面优于国外产品。 关键词:超大型板壳式换热器;国产化;应用 中图分类号: TQ 051·501 文献标志码: B 随着石油化工企业生产装置规模的不断增大, 为提高炼油化工企业的经济效益和装置运行效能, 20世纪80年代起,欧美等国开始在重整装置中采 用单壳单板束的大型板壳式换热器替代多台管壳式 换热器。板壳式换热器板束装在压力壳内,提高了 板壳式换热器的安全可靠性,使板壳式换热器既具 有板式换热器传热效率高、结构紧凑、端部温差小、 压降低及质量轻的优点,同时又继承了管壳式换热 器可承受高压、耐高温、密封性能好以及安全可靠等 优点。从使用效果看,板壳式换热器在节省占地面 积、减少设备质量、降低设备造价、节约设备操作费 用等方面,都有着传统管壳式换热器所无法替代的 优点,经济效益十分可观。 在国外技术封锁和国内市场迫切需要的情况 下,20世纪80年代末,甘肃蓝科石化高新装备股份 有限公司(时为兰州石油机械研究所)开始研制国产 板壳式换热器,并在较短的时间内取得多项技术突 破,到目前为止,已经从单台换热面积55.5 m2的小 型板壳式换热器发展到单台换热面积10 500 m2的 超大型板壳式换热器,并先后在重整、歧化、异构化 等装置上成功应用[1~8]。文中对国内外板壳式换热 器产品进行了比较,并介绍了国产板壳式换热器在 石化装置中的应用情况。 1 国内外产品比较 1.1 国产超大型板壳式换热器整体结构 国产超大型板壳式换热器由不锈钢波纹板组成 全焊式矩形板叠,矩形板叠上部和下部分别与板束管箱相连构成全焊式板束,在板束下管箱内设置气 体分布板与液体分布器,板束通过管板支撑悬挂在 壳体中,板束上部及下部均通过膨胀节与壳体相连。 外壳由上部壳体与下部壳体两部分组成,上、下部壳 体通过设备法兰连接,设备法兰采用焊接式密封结 构。国产超大型板壳式换热器的整体结构示意见图1。 在换热器内,冷端进料经液体分布器分布后与冷态的循环气体在板束下管箱内进行混合,混合后 的油气混合物均匀进入板程流道,被加热后汇集到 板束上管箱并流出换热器。热态的反应出料由板束 上端壳程侧向开口均匀进入壳程的每个流道,经冷 却后由板束下端壳程侧向开口流出壳程。 板程介质与壳程介质的流动呈纯逆流。 1.2 国外同类产品结构 由于大型板壳式换热器的设计和制造难度很 大,目前国外仅有法国Packinox公司可生产类似大 型产品,并已成功用于重整、歧化及异构化等装置 其进口价格十分昂贵,且供货周期长,可维修性差。 在Packinox公司的板壳式换热器产品中,由不 锈钢波纹板组成的全焊式板束通过板束支座悬挂在 壳体内,壳体上不设置设备法兰。在板束上端采用 内外双层管箱结构,板束下端采用单层管箱结构 冷、热介质通过板束端部进出板束,板束与壳体之间 设有3个主膨胀节,在板束下端设有喷雾棒结构的 液体分布器。 在换热器内,冷端进料经液体喷雾棒分布后与 冷态的循环气体在壳体下部混合并进入板束壳程 在换热器壳程自下而上流动,被加热后经由板束上 部双层管箱的外管箱流出换热器,热介质经由板束 上部双层管箱的内管箱进入板束板程,自上而下流 动,被冷却后经由板束下部管箱流出换热器。 板程介质与壳程介质的流动呈纯逆流。 1.3 国内外产品比较 国内外超大型板壳式换热器相关参数对比见 表1。 从表1可以看出,国产超大型板壳式换热器与 国外同类产品相比,结构有所不同,主要技术参数相 当且部分优于国外产品,产品可靠性相当,而拆卸及 可维修性方面优于国外产品。 2 应用情况 2.1 应用简介 2000年,国内首台350 m2板壳式二段混氢换 热器在中石油克拉玛依石化分公司30万t/a催化 重整装置中投入使用;2002年,国内首台3 000 m2 板壳式进料换热器在中石油乌石化分公司40万t/a 连续重整装置中投用;2006年,国内首台4 000 m2 板壳式重整进料换热器在中石油抚顺石油三厂 60万t/a连续重整装置中投用;2007年,国内首台 5 000 m2板壳式重整进料换热器在中石化上海高桥 石化80万t/a连续重整装置中成功投用;2008年, 国内首台6 000 m2板壳式歧化反应进出料换热器 在中石化金陵石化60万t/a PX装置甲苯歧化单元 成功投用;2009年,国内首台9 500 m2板壳式重整 进料换热器在福建炼化140万t/a连续重整装置中 成功投用;2009年,国内首套全部采用国产超大型 板壳式换热器的中石化上海金山石化分公司60万t/a PX装置(包括重整、歧化、异构化操作单 元)顺利运行,其性能已完全满足PX装置关键设 备———进料换热器的设计要求。 以上各大型板壳式换热器的成功应用,不仅填 补了国内该类产品的空白,而且替代了进口产品。 2.2 在重整装置中的应用 2.2.1 在高桥石化的应用 2008-05,中石化高桥石化60万t/a连续重整 装置板壳式重整进料换热器投入运行。2008-09-10 至2008-09-12,中国石化工程建设公司、高桥石化以 及甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司三方联合对 板壳式重整进料换热器进行了联合标定测试,标定数据与设计参数对比见表2。 根据标定数据,由于进料温度较低,使得热流出 口温度92.9℃低于设计值105℃,热端温差设计值 为42.7℃,实际标定为42.3℃,在实际进料温度 较低的情况下,热端温差优于设计值,因此换热器传 热性能标定值优于设计值。换热器设计总压降与标 定值基本相当。 综合表2中数据,在100%设计工况下换热器回 收热负荷38.19 MW,按照年操作时间8 000 h、燃料油的低热值41 870 kJ/kg、1 kg燃料油产生3.1 kg CO2、燃料油中碳质量分数85%基准进行计算,每年 可节省燃料油26 272 t,减少CO2燃排放量81 443 t。 在装置100%负荷运行情况下,换热器比相应 的设计负荷工况多回收热能0.38 MW,仅此一项, 相应于设计工况,每年可多节省燃料油260.6 t,减 少CO2燃排放量808 t。 对应于标定工况,在100%负荷下,采用板壳式 换热器与管壳式进料换热器技术参数对比结果见表3。 由表3可知,在100%标定负荷下,与管壳式进料换热器相比,板壳式进料换热器热端温差减小26℃,冷端温差减小17. 1℃,多回收热能 2.86 MW,仅此一项,每年可多节省燃料油1 967 t、 减少CO2燃排放量6 098 t,节能减排性能优异。 2.2.2 在燕山石化的应用[1] 2008-11,中石化燕山石化80万t/a重整装置 板壳式进料换热器顺利投用,装置负荷最高达 80%,运行情况良好。在80%负荷的工况下,现场 运行数据与设计参数对比见表4。 按表4数据,装置在80%负荷运行情况下,换 热器热负荷为28.93 MW,比80%设计工况的热负荷提高0.19 MW,按年操作时间8 000 h、燃料油的 低热值41 870 kJ/kg、燃料油价格2 500元/t计算, 装置在表4运行数据的工况下每年可以节约燃料 19 901 t,节约燃料费4975.3万元,产生的经济效益十分显著。 按表4中的数据,在100%设计工况下该板壳 式换热器可回收热能35.93 MW,每年可节省燃料油24 714t,减少CO2燃排放量76 614 t。 在装置80%负荷运行情况下,换热器热负荷已 达28.93 MW,比相应80%设计负荷工况多回收热能0.19 MW,仅此一项,相应于设计工况,每年可多 节省燃料油130.7 t,减少CO2燃排放量405 t。同 比类推,在实际运行100%负荷下,可比100%设计 负荷工况多回收热能0.238 MW,每年可多节省燃 料油163.4 t,减少CO2燃排放量505t。 对应于设计工况,在100%负荷下,采用板壳式换热器与管壳式进料换热器技术参数对比见表5。 由表5中数据可知,在100%设计负荷下,板壳 式进料换热器与管壳式进料换热器相比,换热面积 减小56%,热端温差减小24.2℃,冷端温差减小 10℃,多回收热能2.38 MW,仅此一项,每年可多 节省燃料油1 637 t,减少CO2燃排放量5 076 t。 2.2.3 在福建联合石化的应用 2009-05,福建联合石油化工有限公司 140万t/a芳烃联合装置重整进料换热器顺利投用, 同年10月17日至20日,装置达到满负荷操作,对 装置进行的标定数据与设计数据对比见表6。 根据标定数据,热流出口温度96.3℃低于设计 值102℃,热端温差设计值为34℃,实际标定仅为28.7℃,在实际进料温度较低的情况下,热端温差 优于设计值,综合考虑换热面积富余量因素,实际标 定总传热系数优于设计值。 按表6中的数据,在100%设计工况下热负荷 为89.87 MW,每年可节省燃料油61 817 t,减少 CO2燃排放量191 632 t。 在装置100%负荷运行情况下,板壳式进料换热 器热负荷比相应设计负荷工况多回收热能3.67 MW, 仅此一项,相应于设计工况,每年可多节省燃料油2 524 t,减少CO2燃排放量7825 t。 2.3 在歧化装置的应用[2] 2008-12,中石化金陵分公司60万t/a对二甲 苯联合装置歧化反应板壳式进出料换热器顺利投 用,装置投用后由于油管线内部杂物堵塞分布器,造 成分布器压降过高,经清理后恢复正常。 2009-04-14,装置达到满负荷操作,对装置进行 的标定数据与设计数据对比见表7。 根据表7标定数据,由于反应产物进口温度较低,使得热流出口温度88.73℃低于设计值105℃, 热端温差设计值为36℃,实际标定为33.31℃,在 实际进料温度较低的情况下,热端温差优于设计值, 若综合考虑换热面积富余量等因素,实际标定总传 热系数优于设计值。 由表7可知,金陵石化装置用超大型板壳式歧化反应进出料换热器在100%负荷下实际回收热能 72.08 MW,每年可节省燃料油49 581 t、减少CO2 燃排放量153 701 t。由于标定时,反应温度未达到 设计值,可以类推,当操作温度达到设计值时,换热器节能减排效果将更加显著。 3 结语 通过以对国产超大型板壳式换热器在重整、歧 化以及异构化等装置上的应用情况与应用数据分析 表明: (1)国产超大型板壳式换热器运行平稳,性能优 良,与国外同类产品相比,在板片成型、板束结构、设 备可维修性方面具有自己独到的特点。 (2)国产超大型板壳式换热器填补了国内同类产 品的空白,已经完全可以替代进口产品,满足国内石 化装置对板壳式换热器的需求。 (3)超大型板壳式换热器的传热性能优于设计 值,压降值与设计值相当或略高于设计值,可考虑进 一步优化设计,使压降值低于设计值。 (4)在石化装置中采用国产超大型板壳式换热 器可回收更多的热能,最大限度地降低加热炉的能 耗,在节省燃料油、降低装置能耗指标,减少二氧化 碳排放、减少环境污染方面有重要的经济和社会价 值,若考虑其在整个工艺流程中产生的效应,其节能 减排效果将更加显著。 参考文献: [1] 王 光.板壳式换热器在燕山石化重整装置中的应用 [J].石油化工设备,2009,38(4):75-76. 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