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波纹管在重整生成物换热器中的应用点击：1830 日期：[ 2014-04-26 22:45:07 ] |
| 俞惠敏 蔡业彬 摘要 某炼油厂重整装置生成物换热器( E202) 换热效果差, 成为影响装置满负荷运转的“瓶颈”之一。通过对该换热器现场运行参数进行实测, 经过分析比较, 确定了该换热器的技术改造方案, 设计了新的重整生成物换热器, 将原换热器的光管更换为波纹管, 壳体及管板不变, 节省了改造费用, 增大了传热效果。改造后的换热器经现场运行实测, 达到了预期效果, 保证了装置的正常运行, 取得了良好的经济效益和社会效益。运行结果证明, 波纹管换热器的传热性能明显优于光管换热器, 是一种高效、节能型的换热设备。此重整装置生成物换热器技术改造的成功, 为炼油厂在役换热器的现场改造提供了成功的经验。 关键词 波纹管 光管 换热器 重整装置 改造 应用效果 引 言 某石化公司炼油厂第二套催化重整装置于1991 年12 月建成投产, 是国内自行设计的半再生式催化重整工艺处理能力最大的在役装置(设计处理能力为40 万t/ a) 。装置投产后的1992～1994 年, 由于原料不足、设计存在缺陷, 以及设备、仪表等问题, 只能在60 %的负荷下工作。1994 年装置大修, 对装置存在的问题进行了改造, 基本解决了影响装置长期周期运转的工艺问题, 但制约装置满负荷运行的“瓶颈”问题未能彻底解决; 1995～ 1999 年的加工负荷仅为65 %左右, 装置经济效益一直不理想。重整生成物换热效果差是影响装置满负荷运转的“瓶颈”之一。 重整生成物换热器( E202 ) , 型号为FB1400 —545 —25 —4 , 其管程介质为水, 壳程介质为反应产物。操作中规定: 经水冷换热器E202 , 反应产物的冷却出口温度应小于40 ℃, 是保证产物在气液分离后, 氢气以低于40 ℃的温度进入压缩机( K201) 的关键。循环氢压缩机( K201) , 型号为BCL —455 —2 , 介质为氢气。操作规定: 进口温度小于40 ℃, 压力1.37 MPa , 出口温度75 ℃, 压力为1196 MPa。压缩机氢气进出口温度过高, 将造成压缩机轴承温度过高( ≥80 ℃) , 轴承润滑油失效, 最终使压缩机发生故障、停机。重整循环氢压缩机是重整装置的“心脏”, 若停机, 则装置必须停工, 势必造成重整加热炉全部熄火, 其后果是非常严重的。由此可知, 重整生成物换热器( E202) 的换热效果, 将直接影响到整套装置的安全生产。基于此, 必须对重整生成物换热器( E202) 进行技术改造。 重整生成物换热器改造方案的确定 1 换热器( E202) 的结构 换热器( E202) 为卧式浮头管壳式换热器, 壳体内径为1 400 mm , 换热面积为545 m2 , 管子采用ö25 ×215 的无缝钢管, 4 管程。 2 重整生成物换热器(E202) 改造方案的确定 该换热器壳程走重整生成液, 管程走循环冷却水, 由计算和实测均得出热阻主要在生成液方面, 即在壳程。故要提高该换热器的换热效率, 有效的办法是强化壳程传热。目前, 国内外强化壳程传热的方法主要有两种[1 ,2 ] : 一种是通过对管子形状或表面性质的改造, 改变流体在管壁处的流动方式和传热机理, 从而达到强化传热的目的(这种方式主要有低肋管、表面多孔管和翅片管等) ; 另一种是采用低流阻壳程支承结构, 尽可能消除流体流动和传热的死区, 变壳程流体横流为纵向流动, 使传热面积得到充分利用, 且由于纵向流的流动阻力小, 壳程的流速可大大提高, 因此在壳程流量大的情况下, 能显示出良好的传热性能(如网状整圆形折流板和折流杆支承装置等) 。 通过几种方案的初步比较及考虑到现场使用条件和改造成本等, 认为在不更换原壳体的条件下, 采用改变管子形状的强化传热措施更方便和经济。由文献[3 ] 可知, 当传热管两侧的α值相差2～5 倍时, 采用低肋管较合适。若α相差10 倍以上, 则用翅片管较合理。通过传热计算和实测, 需改造的换热器冷却水侧的给热系数比生成液侧大2～3 倍, 采用低肋管合适。因此, 选择螺纹管和波纹管作为此次换热器改造的主要管型。 通过实验结果分析与比较(该部分内容另文发表) , 在相同的条件下, 波纹管的传热系数增长较大, 比光管提高55 % , 比螺纹管提高17.2 % , 且管内外均能强化传热。虽然其管内压降比光管稍大, 但由于现场循环水泵仍有潜力, 故采用波纹管, 重整生成物冷却器在原壳径不变的情况下将具有最好的换热效果。由此确定本次换热器改造采用波纹管管束, 即将原光管换热器改为ö1 400 、4 管程波纹管换热器, 壳体、管板等不变, 只更换管束中的管子。 由计算结果知, 若波纹管换热器的管子数仍用原光管换热器的1 192 根, 则换热器的管程水流速偏低, 壳程压降过高。为提高管程水流速和降低壳程压降, 将波纹管换热器的管子数由1 192 根减少到1 076 根, 减少了10 % , 这可大大节约管子材料。将循环水进出口温度控制在33～42 ℃, 则壳程的压降可由15218 kPa 降低到13713 kPa , 水流速度则由01299 m/ s 提高到01331 m/ s。换热效果可望明显改善, 从而满足装置生产工艺的要求。显然, 这样既利用了原有设备, 又节省了改造成本。 改造后换热器强化传热效果分析及讨论 1. 改造后换热器运行参数实测 改造后的换热器, 于2000 年6 月投入使用。为了进行改造前后换热器强化传热效果的比较, 笔者对改造后的换热器的现场运行参数进行了测试, 包括物料进出口温度、冷却水进出口温度、进料油流量、循环氢流量等。具体测量数据见表1 。循环氢流量平均为66 000 Mm3/ h 。 2.改造前后换热器传热性能对比 新旧换热器主要理论数据见表2 。 由表2 数据可知, 在同样热负荷、同样冷却水水流率情况下, 新换热器在管束总量减少10 %后, 仍能满足生产负荷需要, 且有足够换热面积余量, 其换热系数是旧换热器的1.6 倍, 壳程压降仅为旧换热器的1.3 倍。可见新换热器很好地解决了换热系数增大而压降增加不多的问题。 由原实测数据和表1 可见: (1) 改造后换热器生产能力提高 旧换热器只能在加工生产负荷为65 % (33 t/ h) 条件下工作, 新换热器则可在满负荷生产(50 t/ h) 条件下工作, 满足生产要求, 并节能降耗。 (2) 新换热器对生成液温度控制较好 改造前, 在生产负荷量为65 %时, 旧换热器生成物出口温度一般在39～40 ℃, 有时达到43 ℃; 改造后, 新换热器在满负荷生产时, 生成物出口温度仅为38～39 ℃。 (3) 新换热器运行安全指标更好 由于旧换热器冷却效果不理想, 生成液出口温度较高, 造成循环氢压缩机入口的氢气带液, 引发压缩机有液击、振动、负荷增大等不安全现象, 直接影响循环氢压缩机的安全运行。改造后, 换热器冷却效果好, 生成液出口温度下降, 气体不带液, 确保压缩机安全运行。 另外, 按照工艺要求, 物料出口温度不超过40 ℃, 由现场运行及测试的情况来看, 改造后的换热器还有一定的生产余量, 可以进一步增大物料和冷却水的流量。由此可以扩大生产能力, 解决文中所提到的限制生产能力的“瓶颈”问题。 由上述可见, 将原光管换热器改造为波纹管换热器, 其强化传热性能大大增强, 换热效果得到了明显的改善。从强化传热的角度来讲, 此次换热器的改造是成功的。 3 效益分析 改造后的换热器仅将原来的光管改为波纹管, 从改造的成本来看, 虽然10 号碳钢波纹管的单价较光管贵, 但其总根数少, 质量轻, 消耗的材料少, 因而总的价格和原光管的投资相差并不太大。 表3 和表4 为同样热负荷、同样循环冷却水流量情况下的3 种方案的工艺计算结果比较及设备投资粗略经济分析。方案一为原设计, 即ö1 400 mm、4 管程光管换热器, 不能满足生产需要; 方案二为采用ö1 700 mm、4 管程光管换热器, 经计算其换热效果基本满足满负荷生产需要; 方案三为ö1 400 mm、4 管程波纹管换热器。表3 中以方案二传热效果为比较基准。 由表3、表4 可见, 改造中若不采用高效换热器(方案三) , 而将原光管换热器改为ö1 700、4 管程的光管换热器(方案二) , 也可以满足生产需要, 但方案三具有换热面积少, 总传热系数高的特点, 且换热效果是方案二的1.14 倍, 设备投资可节约近20 万元。显然, 选择高效换热器是正确的。 重整生成物换热器的改造成功, 为催化重整装置带来显著的经济效益。原光管换热器由于其换热效果差, 给整个装置生产带来了“瓶颈”效应, 限制了装置生产产量的提高, 使整个装置的生产能力只能达到设计能力的65 %。采用波纹管换热器后, 其传热性能得到大大改善, 目前整个装置的生产能力已达到设计能力的100 %。从表5 可见, 目前每年装置增加的产值为4 896 万元, 若装置长期连续运转, 则经济效益将非常可观。 总之, 此次关于重整装置重整生成物换热器的技术改造是成功的。经过大量的实验、计算、分析和现场测试, 证明了波纹管换热器确是一种新型、高效的换热设备。此次改造不仅克服了前二次改造带来的缺点和没有解决的问题, 并大大改善了换热管的强化传热性能, 提高了换热器的换热效果, 而且还带来了较好的经济效益。 结论与建议 为提高管程冷却水的流速, 降低壳程压降, 在保证足够换热面积情况下, 将总管束数目减少10 % , 通过理论计算和现场实测可知, 此时波纹管换热器比原光管换热器总传热系数约提高60 % , 但壳程压降仅提高了30 %。改造后的换热器运行达到了预期效果, 与理论计算结果相符。热处理量达到设计能力100 % , 重整生成物出口温度控制较好, 并使循环氢压缩机安全运行。 改造后的换热器经济效益显著。改造中若不采用高效波纹管换热器, 而改用ö1 700 mm、4 管程的光管换热器, 则换热效果还不如高效波纹管换热器, 且设备投资将增加约53 %。 改造后的换热器消除了重整装置生产中的“瓶颈”效应, 提高了产量, 并在现有的基础上还可扩大整个装置的生产能力, 由此将会给整个装置带来更高的社会和经济效益。 重整生成液换热器是在原有换热器的壳体不变的情况下, 仅将传热管由光管改为波纹管, 改造简便易行, 经济实用, 这种改造方法非常适合其它在役换热器的改造。 由于改造后的换热器投入运行时间较短, 测得的数据强化传热效果比较明显, 为了取得该换热器工作一段时间后的有关数据, 建议该换热器投入使用一年以后再进行一次全面测试, 为这种换热器的进一步使用提供可靠的依据。 |
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