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换热器密闭循环在线清洗技术研究与应用点击：1949 日期：[ 2014-04-26 22:21:55 ] |
| 换热器密闭循环在线清洗技术研究与应用 陈兴虎,钱义刚,刘至祥,颉天合,高中科,王俊杰(中国石油庆阳石化分公司，甘肃庆阳745115) 摘要:介绍了石油化工装置中冷换设备的在线清洗技术。该技术能在大流量、高扬程的闭路循环清洗系统中对各类不同操作条件、大面积的单台或多台换热设备实现高效清洗。 关键词:换热器;动力泵;复合胶球;循环;在线清洗;应用中图分类号:ＴＱ051 501 文献标志码:Ｂ 换热器是石油、化工、热电等行业广泛应用的主要工艺设备之一[1]。换热器的运行质量直接影响产品的质量,而大部分换热器在运行过程中都会结垢,结垢的沉积会降低换热器的传热效率并增大流体通过换热器的压降,进而影响生产装置安全、平稳、高效、长周期运行。因此,在许多情况下都必须彻底清除这些沉积的污垢。 1 换热器管内结垢分析及结垢类型 换热管在操作中因污垢的不断沉积使部分管子表面被污垢覆盖[2],在介质为水的一侧易结水垢,在非水介质一侧易发生沉积物的堆积。这些污垢对传热和流动阻力会产生很大影响。使换热管表面结垢热阻增大的原因一般有[3]:①介质的流动速度低。②介质的温度增高或管壁温度高于主要介质的温度。③管壁粗糙或结构上有死角。④油品中焦炭、石蜡和机械杂质的增加。⑤水的硬度增大。 换热器管程的污垢成因主要有[4]:介质中悬浮颗粒沉积引起的沉降结垢;介质与传热表面间的结晶推动力引起的沉降结垢;在高温表面上发生诱导反应产物的反应结垢;在适宜温度下微生物或水生物的生长引起的生物结垢;结构材料在化学腐蚀、电化学腐蚀作用下发生腐蚀物堆积的腐蚀结垢。 以炼油厂为例,80%以上的水用于冷却,为节约用水,大都采用冷却水循环系统,冷却水周而复始的循环使结垢物质逐渐积累并加剧结垢过程,随着结垢的增长,介质通道变窄、表面粗糙度增大,导致冷却器效率降低、介质流动压降增大,最终将使生产难以维持,必须进行清洗。浮头式、固定管板式换热器几种常见除垢、清洗方法对比见表1[4,5]。 2 胶球在线清洗技术的原理及现状 胶球在线清洗技术首先在国外发展以来,起初是在热电行业凝汽系统中使用。目前,在热电行业凝汽器系统采用的海绵胶球在线清洗技术日趋成熟,其机理是选用合适的清洗胶球(球的湿态直径比换热管内径略大1～2ｍｍ),胶球随流动的介质在换热管内流动时,受管子内壁微压缩,在管子内壁对胶球压缩的同时,胶球海绵体自身的弹力也对管壁施加压力,二者的共同作用使管子内壁上的污垢剥离,随着胶球的不断流动,其与管内壁的挤压摩擦滑动得以持续,这种连续不断的挤压摩擦作用对污垢具有很好的研削效果,若持续一定的时间,可使管内壁的污垢得到清除。此外,胶球与污垢同在管内流动,对管壁具有很好的清洗作用。 胶球在线清洗技术虽然有良好的在线清洗效果,但该项技术需要较为复杂的胶球旁路收放系统,若将该项技术直接应用于炼油化工装置中大量使用的管壳式换热器将受到极大的限制。石油化工装置胶球在线清洗技术要求在整个切换、清洗及恢复的清洗操作全过程中不能影响装置正常操作,清洗系统实现冷却器的胶球在线清洗,确保在线除垢效果好,设备运行稳定可靠,循环系统阀门切换自如,给排水稳定可靠,胶球回收率高,收放有序。 为了满足炼油装置中冷换设备胶球在线清洗的要求,我们对此进行了专门的应用研究,成功地实现了对炼油装置中冷换设备进行大流量、大面积、高扬程、高效率的密闭循环清洗。该项应用技术的工作原理是将清洗装置置于冷换设备(单台)或冷却系统(多台)的旁路中,利用动力泵提供动力实现清洗系统冷却器的闭路循环,通过换向调节器的定位转向来改变水流方向,胶球在胶球泵压力的作用下对冷却器反复清洗,清除管内污垢并经排污系统排出,从而实现冷却器的在线清洗。 3 密闭循环线清洗装置 在线清洗装置由清洗器、动力泵、配套管路、阀门及控制柜组成。其主要结构和零部件的设计、选用以及装置的操作如下。 (1)清洗装置的清洗器结构设计 在参考热电行业凝汽器系统中胶球在线清洗的收、放旁路系统的基础上,根据炼油装置中冷换设备胶球在线清洗的特殊要求,在本装置中,将收、放旁路系统设计在清洗器本体内,同时在本体内设置水流定向切换结构以实现对冷却器管内进行正反向循环清洗。经多次设计和试验后确定清洗器采用立式夹套结构,在清洗器上部设置投放球室和观察孔,在清洗器下部设置收球室,换向室设在清洗器中部。通过换向机构可方便地实现水流双向切换及收、放球切换,在清洗器底部设有排污装置。 (2)动力泵的选择 循环系统靠胶球泵提供动力,为保证该系统水流压力大于0.4ＭＰａ,流速大于1.2ｍ/ｓ,需配大流量、高扬程且对胶球无损伤的动力设备。为此专门试制了胶球动力泵,它是一个专用的无障碍离心泵,其叶轮由两片构成,具有体积小、不堵球、效率高、抽吸力大、不切球及磨损小等优点。电机功率37ｋＷ、转速1480ｒ/ｍｉｎ。动力泵扬程48～55ｍ,体积流量可达到80～170ｍ3/ｈ,出口压力大于0.5ＭＰａ。 (3)清洗用复合胶球的选择 针对石油化工行业冷换设备换热面积大、换热管多为碳钢且较长以及运行时间长的特点,经反复试验确定采用与换热管等径的环形涂层金刚砂胶球,辅以部分全金刚砂小球及不规则复合胶球(其湿态相对体积质量与水接近)配合清洗效果最为理想。 (4)在线清洗装置的操作 在线清洗装置使用前应针对不同的冷却器选择合适的复合胶球,将胶球从投球室手孔投入投放室后,开启进水阀门向系统注水,注水达到要求后关闭排气阀门及进水阀门,启动动力泵,转动换向机构至正向清洗位置,胶球沿水流方向经冷却器进口管线进入冷却器,对管内壁进行正向清洗后经冷却器出口返回清洗器继续正向进入动力泵进行下一个循环清洗过程。这样经多次正向循环后,启动换向机构至反向清洗位置,复合胶球随水流由冷却器出口管线进入反向循环清洗。正反向循环清洗完成后,打开收球室,进行正反向收球,最大限度地回收胶球。清洗结束后打开进水阀门及排污系统,在厂区给水管线水压作用下完成排污,然后切断厂区给水管线供水,将冷却器切换到正常生产状态。 由于可实现在线清洗,操作人员可根据冷却器的结构情况进行定时除垢,将现有的脱垢方式转变为软垢清洗,使冷却器在运行过程中尽可能避免结垢对其换热效率的影响,不仅可以提高设备的运行周期,而且可以极大地提高设备的传热效率及循环水的利用率。 清洗器可做到一器多用,降低了单台设备的投资费用。 4 工业试验 在线清洗装置试验完成后,2006年6月用于庆阳炼油厂催化气柜系统干气冷却器,冷却器型号为ＢＥＳ700 2.5 120 6/25 4,该设备已运行6个月,此次为第一次清洗,清洗装置在现场操作简便,切换自如,其中正向循环清洗时间12ｍｉｎ,反向循环清洗9ｍｉｎ,清洗共用21ｍｉｎ。相关测试数据为,清洗前管程循环水入口温度25℃,出口温度45.1℃,清洗后管程循环水入口温度25℃,出口温度28℃;清洗前壳程介质(干气)入口温度59℃,出口温度40℃,清洗后壳程入口温度68℃,出口温度28℃;投球数480,收球数453,收球率94.3%。 打开冷却器检查无胶球,在清洗器夹层中找出其余27个球(其中3个胶球挤成两半)。通过现场清洗可明显看出,该冷却器经清洗后换热效果良好,且胶球回收率高,各项技术指标已完全达到工业应用条件。 5 结语 在线清洗装置主要适用于管壳式冷凝器、换热器管内为微生物粘泥及一般软垢的清洗。 冷换设备的清洗是石油化工企业检修与维护的重点[2],一般设备投运6～8个月后,管内结垢将严重影响换热效果。国内各大企业目前均采用机械方法或化学药剂除垢,其检修费用高、检修时间长而且无法保证设备的长周期运行。 在线清洗技术不但可解决设备的无损清洗问题,还可随时切入换热系统中对单台或多台设备进行在线清洗,其清洗费用低、时间短,整体设计和设备移动方便。推广应用胶球在线清洗技术不仅可提高冷换设备的换热效果,延长冷换设备的检修周期,而且可为石化企业节约大量的检修成本以及由于检修停产带来的损失。 参考文献: [1] 兰州石油机械研究所.换热器[Ｍ].北京:烃加工出版社,1986. [2] 王松汉.石油化工设计手册(第3卷)[Ｍ].北京:化学工业出版社,2002. [3] 刘 巍.冷换设备工艺计算手册[Ｍ].北京:中国石化出版社,2003. [4] 杨善让.换热器设备污垢与对策[Ｍ].北京:科学出版社,2001. [5] 张少峰.换热设备多相流防除垢技术[Ｊ].化工设备与防腐,2002,5(3):192 195. |
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