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重整装置全焊板式换热器的化学清洗
肖海军1,曾蔚然2,左理胜2,张 春3
(1·中石化股份公司长岭分公司,湖南岳阳414012; 2·岳阳长岭设备研究所,湖南岳阳414012; 3·上海石化股份有限公司炼油事业部,上海200540)
摘 要：中石化长岭分公司重整装置在本年度检修期间,对该装置焊板式换热器(E1201)进行了化学清洗、钝化工作。通过认真阅读该设备生产厂家帕奇诺集团公司提供的《检查、测试、维护》手册及仔细了解现场设备运行状况,与岳阳宇翔科技有限公司一起进行了清洗钝化试验,并确定了化学清洗的范围和清洗施工方案。该设备通过清洗、钝化,开工后取得了良好的工艺效果。
关键词：焊板式换热器;化学清洗;钝化
中图分类号： TQ051·5 文献标识码：B
中石化长岭分公司重整装置焊板式换热器(E1201)是从法国阿法拉伐帕奇诺集团公司进口的大型换热设备,利用它可以有效地进行反应产物与原料混合物之间的热交换,从而达到降低反应产物温度及提高原料混合物温度的目的。经过一个周期运行,现反应产物经该换热器后出口温度明显偏高,比运行初期偏高20℃以上。根据帕奇诺集团公司所提供的是否需要清洗的标准,即:关键性能参数变差,如热端出口温度偏高20℃以上或进出口压差大于设计压差的某一设定值(视各运行具体情况定)就需要进行清洗,确认该换热器已具备在检修中进行化学清洗的条件。
该焊板式换热器(E1201)基本情况为:主体材质为SA240-321, 0Cr18Ni10T;i管束材质为SA240-321。管程:介质为氢、油气;操作压力1MPa;操作温度: 520℃。壳程:介质为氢、油气;操作压力为1·25MPa;操作温度为50℃。
1 清洗目的、清洗范围及清洗工艺
1·1 清洗目的
本次检修中对重整装置焊板式换热器(E1201)进行化学清洗,是为了清除壳体内板换外侧及板换内部的胺盐、轻质胶状物及氧化铁,从而提高换热效率,使该换热器恢复正常运行状态。
1·2 清洗范围
根据帕奇诺集团公司的《检查、测试、维护》手册的规定及设备运行状况,并参照了国内同类型换热器的清洗经验,确定本次化学清洗的范围是:圆柱型壳体、原料换热侧及反应物换热侧。
1·3 清洗工艺
化学清洗可采用循环法和浸泡法,显然循环清洗比浸泡清洗更能取得满意的效果。由于现场可提供摆放清洗设备的场地,临时管线安装能保证整个清洗流程的畅通和安全,另外根据帕奇诺集团公司的《检查、测试、维护》手册的规定:在任何情况下,不允许有反压,即:壳体压力>板束内压力,而采用循环清洗更能保证其手册中规定的落实,所以本次采用循环化学清洗。
清洗步骤:系统水冲洗、壳体及板换外侧除氯、除氧化铁的清洗、混合原料侧除轻质胶状物的清洗、反应产物侧除胺盐的清洗、水冲洗、钝化或烘干。清洗液的注入顺序为先注入壳体,后注入板束,清洗液的排放顺序为先排空板束,再排空壳体(打开排气口)。
1·4 清洗基本工艺流程
本次清洗的工艺流程见图1。
流程说明:
(1)整个被清洗系统要求各主管线加装盲板进行隔离;
(2)为了使温度达到清洗要求,为清洗所提供的蒸汽系统应满足以下需要:蒸汽压力在0·8 ~1·0MPa,温度在200~300℃,蒸汽流量在8~10t/h。
2 小型试验及清洗钝化配方确定
2·1 小型试验目的
通过小型试验溶解或分散换热器在运行过程中形成的铵盐、轻质胶状物、氧化铁垢物等,确定化学清洗配方、操作温度、操作时间及其它清洗要求,并根据清洗配方的特点及设备材质确定钝化药剂的类型、浓度、操作时间等。
2·2 垢样情况
清洗前共取垢样两次,一次为换热器壳体底部垢样(垢样1),垢样特点为:颜色灰黑色,部分已焦质化,较硬。一次为反应产物入口处垢样(垢样2),垢样特征为黑色,疏松,含大量锈蚀物及结晶的细小颗粒。
2·3 小型试验步骤
2·3·1 配制清洗液
根据垢样情况、清洗技术及现有清洗经验,选定清洗配方1做为除焦清洗配方,并确定清洗温度为60~70℃(如果该配方除焦清洗效果不佳,将更换配方、更改清洗温度,直至达到满意的清洗效果);选定清洗配方2做为酸洗配方,并根据酸洗配方2选定合适的缓蚀剂,确定清洗温度为70~80℃(如果该配方酸洗效果不佳,同样将更换配方、更改清洗温度,直至达到满意的清洗效果)。
2·3·2 垢样清洗试验
先在烧杯中加入500mL水,根据清洗配方1中各种药剂的不同浓度,按比例加入烧杯中,混匀,再把垢样1、垢样2放入烧杯中,在杯底加热,并缓慢搅动清洗液,维持清洗温度在60~70℃。每120min对清洗液中氯离子、氨含量分析一次。当清洗液中氯离子、氨含量变化趋于平稳时,停止清洗。
小心倾倒掉烧杯中除残留垢样以外的清洗液和分散物等,用清水对残留垢样冲洗三次(动作要轻),然后加入水500mL,根据酸洗配方2中各种药剂的不同浓度,按比例加入烧杯中,混匀,再在杯底加热,并缓慢搅动清洗液,维持清洗温度在70~80℃。每60min取样一次,对清洗液中pH、腐蚀率、总铁含量进行分析。当垢样全部溶解或当总铁含量变化趋于平稳时,停止酸洗。
2·4 小型试验结果
垢样清洗试验结果见表1。
2·5 清洗及钝化配方的确定
根据表1清洗试验结果:清洗效果及腐蚀速率都达到了“优良”的标准,因此将采用清洗配方1和清洗配方2共同进行本次清洗。
其中:清洗配方1(除焦清洗)主要组成: 1% ~2%QX-YX-207+0·5%助剂A+0·5%QX-YX-205+0·5%QX-YX-208,清洗温度为60~70℃;清洗配方2(酸洗)主要组成: 3% ~5%QX-YX-212+0·5%助剂B+0·3%缓蚀剂,清洗温度为70~80℃。
由于酸洗采用清洗配方2及换热器主要材质为SA240-321,所以清洗完毕后配套采用1·5%的QX-YX-501钝化剂进行钝化,钝化条件: pH为10~11,钝化温度为80~90℃,钝化时间为5~6h。
3 化学清洗与钝化
3·1 临时管线安装
根据焊板式换热器化学清洗基本流程图所标示的红线部分,全部采用80×6mm的无缝钢管焊接,并在标示的阀门处加装临时阀门。
3·2 水冲洗
水冲洗分三次进行,第一次主要是冲洗板换壳体内沉渣、浮渣、含氯化合物等;第二次水冲洗仍主要是冲洗板换壳体内部分,本次冲洗在注水液位接近壳体1/2时开始排水,边冲边排;第三次水冲洗对整个被清洗系统进行冲洗,本次冲洗在整个系统注满水后,边冲边排,直至冲洗液中无杂质流出。
3·3 除焦清洗
加清洗配方1中药剂,循环水运行,同时加蒸汽升温。每120min取样一次,对清洗液中氯离子、氨离子含量进行分析。当清洗液中氯离子、氨离子含量变化趋于平稳时,停止清洗。分析数据见表2。
3·4 水冲洗
排放除焦清洗液至指定的污水井,清洗液排放完毕后系统开始水冲洗。
3·5 酸洗
加清洗配方2中药剂。循环水运行,同时加蒸汽升温。每60min取样一次,对清洗液中pH、腐蚀率、总铁含量进行分析。当总铁含量变化趋于平稳时,停止酸洗。清洗过程中分析数据见表3。
3·6 水顶酸
用大量清水顶出系统内残留酸,至pH为4~5时,加氨水调pH在10~11,开泵循环水运,加蒸汽升温。
3·7 钝化
当系统温度达到70℃以上, pH为10~11时,加1·5%钝化剂进行钝化。每60min取样一次,对清洗液中pH及总铁含量进行分析。
3·8 排放、吹干
把钝化液排放排至指定的含碱污水井。再用工业风吹干被清洗系统。
4 清洗效果
4·1 清洗效果分析
根据表2、表3中清洗过程中数据变化情况,进行分析可以得出:
1)本次清洗除去了换热器内大量的胺盐、氯离子、轻质胶状物及氧化铁等,清洗配方作用明显;
2)本次清洗腐蚀率很低,对换热器无损坏, pH控制正常。
4·2 清洗效果验证
通过重整板式换热器开工初期及清洗前后的工艺参数计算来验证清洗效果,见表4、表5。根据表4、表5的计算,可以得出:
1)清洗后总传热系数是清洗前总传热系数的(222·65·X/A) /(101·47·X/A)=2·19(倍)。
2)清洗后总传热系数是2003年10月18日初期总传热系数的(222·65·X/A) /(227·07·X/A)=0·98(倍),达到了运行初期的换热效果。
注：开工初期重整进料量为62·8t/h;清洗前重整进料量43t/h;清洗后重整进料量50t/h。
注：表4对数平均温差lgΔtm=( lgΔt1+lgΔt2) /2;表5假定各阶段介质比热均为X;总传热系数=(质量流速×比热×介质的进出口温度差) /(传热面积×对数平均温差)。
5 清洗结论
1)本次对中石化长岭分公司重整装置焊板式换热器E1201的清洗、钝化,实现了石油化工重大进口设备———焊板式换热器的首次国内维护。
2)经过水洗、除焦清洗、酸洗及钝化等步骤,并对比上述过程中的分析数据,可以确认本次清洗较好地清除了壳体内、板换外侧及板换内侧的胺盐、轻质胶状物及氧化铁,达到了清洗的目的。
3)经过本次清洗,换热器总传热系数比清洗前提高了2倍以上,达到了运行初期的换热效果,受到业主认可。
4)本次清洗的实现,为国内同类设备的维护以及重整装置的节能降耗工作提供了技术支撑。
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