纏繞管式換熱器在連續(xù)重整裝置中的應(yīng)用

劉 洋

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海200540)

工業(yè)化應(yīng)用

纏繞管式換熱器在連續(xù)重整裝置中的應(yīng)用

劉 洋

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海200540)

介紹了中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司1 000 kt/a 3#連續(xù)重整裝置在纏繞管式換熱器的應(yīng)用情況，并對(duì)裝置的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。應(yīng)用結(jié)果表明：在采用新型換熱器后，裝置的3.5 MPa蒸汽和燃料氣消耗量減少，同時(shí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，提高了主產(chǎn)品氫氣和重整汽油的產(chǎn)率以及重整汽油的辛烷值；能耗降低，產(chǎn)品質(zhì)量提高，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

連續(xù)重整 纏繞管換熱器 能耗 重整汽油 經(jīng)濟(jì)效益

在連續(xù)重整中，混合進(jìn)料換熱器的形式對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)效益有重要影響。傳統(tǒng)的混合進(jìn)料換熱器采用板殼式換熱器，但由于板片厚度小、可靠性差，無(wú)論是國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口的板殼式換熱器均易損壞，增加裝置的生產(chǎn)成本和維護(hù)成本。纏繞管式換熱器使用安全可靠，具備優(yōu)良的傳熱工藝性能，又具有耐高溫、耐高壓、抗波動(dòng)等特點(diǎn)，是連續(xù)重整裝置中較為理想的高效、高可靠性的設(shè)備，在石油化工行業(yè)中逐步得到廣泛應(yīng)用。

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱上海石化)芳烴部3#連續(xù)重整裝置(簡(jiǎn)稱3#重整)設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000 kt/a，采用國(guó)產(chǎn)板殼式換熱器，生產(chǎn)高辛烷值重整汽油。裝置于2012年10月開車，由于國(guó)產(chǎn)板殼式換熱器容易損壞，影響裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此于2015年9月裝置大修期間將板殼式換熱器更換成纏繞管換熱器，此后換熱器一直運(yùn)行穩(wěn)定，蒸汽和燃料氣消耗量整體呈下降趨勢(shì)，為裝置降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益做出重要貢獻(xiàn)。

1 纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

纏繞管式換熱器由繞管芯體和殼體及其接管組成(如圖1所示)，其中芯體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，由中心筒、換熱管、墊條及管卡等組成。換熱管緊密地繞在中心筒上，用平墊條及異形墊條分隔，以保證管子之間的橫向和縱向間距，墊條與管子之間用管卡固定連接，換熱管與管板采用強(qiáng)度焊加貼脹的連接結(jié)構(gòu)，中心筒在制造中起支承作用，因而要求有一定的強(qiáng)度和剛度。殼體由筒體和封頭等組成。氫氣由循環(huán)氫入口進(jìn)入換熱器，原料重石腦油自油入口進(jìn)入換熱器后與氫氣混合，通過(guò)分配盤使油氣得到充分的混合后進(jìn)入換熱管[1]。

圖1 纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)

1.2 設(shè)備特點(diǎn)[2]

(1)纏繞式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、單位容積和傳熱面積較大的特點(diǎn)，單位容積傳熱面積是普通換熱器的2倍以上，管徑為8～21 mm的傳熱管，每立方米容積的傳熱面積可達(dá)100～170 m2。而普通列管式換熱器每立方米容積的傳熱面積只有54～77 m2，只有繞管式換熱器的45%左右。

(2)纏繞式換熱器層與層之間換熱管反向纏繞，這種特殊結(jié)構(gòu)極大地改變了流體流動(dòng)狀態(tài)，形成強(qiáng)烈的湍流效果，因此提高了換熱因子，減小了傳熱面積，以最少的材料達(dá)到最佳的換熱效果；同時(shí)壓降和換熱因子形成了最佳組合關(guān)系，以最小的壓降達(dá)到最好的換熱效果即高效換熱。

(3)由于換熱器獨(dú)特的螺旋纏繞結(jié)構(gòu)，介質(zhì)在換熱管束中停留更長(zhǎng)時(shí)間，換熱更加充分，故冷熱介質(zhì)溫度端差小。

(4)纏繞管結(jié)構(gòu)避免了大型管箱等大型鍛件的生產(chǎn)加工，降低了主要材料因生產(chǎn)廠家少、生產(chǎn)能力不足等導(dǎo)致的長(zhǎng)周期，從而有效縮短整個(gè)設(shè)備的制造周期；設(shè)備質(zhì)量小，占地少，配管簡(jiǎn)單，安裝檢修便捷，設(shè)備投資相對(duì)較低。

2 纏繞管式換熱器的工業(yè)應(yīng)用

2.1 裝置工藝概況

混合進(jìn)料換熱器E-3201是3#重整裝置中的一臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備，其作用是將來(lái)自預(yù)加氫裝置的精制石腦油和重整循環(huán)氫壓縮機(jī)K-3201的循環(huán)氫在換熱器冷端充分混合后與重整反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行換熱。換熱后的精制石腦油和氫氣經(jīng)四合一加熱爐F-3201～F-3204繼續(xù)加熱到反應(yīng)溫度后,進(jìn)入重整反應(yīng)器R-3201～R-3204，在催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)后續(xù)的再接觸分離、精餾分離得到主產(chǎn)品氫氣和重整汽油。副產(chǎn)品重整碳六、液化氣和戊烷。

2.2 纏繞式換熱器主要參數(shù)

兩種換熱器的設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 纏繞管式換熱器與板式換熱器的設(shè)備參數(shù)

2.3 應(yīng)用情況

2.3.1 初次投料運(yùn)行情況

3#重整裝置在2015年9月1日停車，將原先的板殼式換熱器更換成纏繞管式換熱器，并于9月22日成功投料開車。表2選取了3#重整裝置在2015年6月使用板殼式換熱器和10月纏繞管式換熱器時(shí)的運(yùn)行工藝參數(shù)，其中進(jìn)料量均為115 t/h，芳烴潛含量、反應(yīng)溫度以及催化劑燒后碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在兩個(gè)月內(nèi)數(shù)據(jù)相差不大，影響因素可以忽略不計(jì)，以此來(lái)確保在負(fù)荷相同、工藝參數(shù)相差甚微的前提條件下，能耗和產(chǎn)品質(zhì)量在這兩個(gè)月中應(yīng)用數(shù)據(jù)對(duì)比的可靠性(見(jiàn)表3～4)。

表2 主要工藝參數(shù)

表3 能耗對(duì)比

表4 產(chǎn)品產(chǎn)率對(duì)比 %

從表3可以看出：纏繞管式換熱器壓降小和高效傳熱的優(yōu)良特性在應(yīng)用中得到充分發(fā)揮。

在115 t/h的相同負(fù)荷下，采用纏繞管式換熱器后，換熱器的管層壓降和殼層壓降得到明顯的下降，其中管層壓降從37 kPa下降到18 kPa，從而降低了循環(huán)氫壓縮機(jī)K-3201的負(fù)荷，從8 295 r/min下降到7 393 r/min。由于K-3201由3.5 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)，理論上可以降低3.5 MPa蒸汽的用量，從表2的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)也證實(shí)了這一推論，蒸汽用量從33 t/h下降到30 t/h，節(jié)約3 t/h。燃料氣消耗量由5 560 m3/h下降到5 340 m3/h，節(jié)約220 m3/h。

3#重整裝置的主產(chǎn)品氫氣和重整汽油的產(chǎn)率得到提高，副產(chǎn)品液化氣、戊烷、碳六組分均得以降低，說(shuō)明在采用纏繞管式換熱器后，3#重整裝置的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到明顯優(yōu)化。表3中各種產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)是以當(dāng)前的市場(chǎng)價(jià)格換算得出，同時(shí)按照重整汽油研究法辛烷值增加5個(gè)單位，且每1 t增加1單位，價(jià)格增加40元/t計(jì)算。通過(guò)換算可知：氫氣由5.859萬(wàn)元/h增加到6.789萬(wàn)元/h，增加了9 300元/h；重整汽油由948.475萬(wàn)元/h增加到950.154萬(wàn)元/h，增加了1.679萬(wàn)元/h；副產(chǎn)品液化氣、戊烷、碳六組分經(jīng)濟(jì)效益雖然有所下降，但因其經(jīng)濟(jì)價(jià)值遠(yuǎn)低于氫氣和重整汽油，所以綜合效益由963.629元/h增加到965.755萬(wàn)元/h，增加了2.126萬(wàn)元/h(見(jiàn)表5)[3]。

表5 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比 萬(wàn)元/h

2.3.2 長(zhǎng)周期運(yùn)行情況

自2015年9月投料運(yùn)轉(zhuǎn)至2016年3月，纏繞管式換熱器已在3#重整裝置連續(xù)運(yùn)行6個(gè)多月，期間換熱器一直運(yùn)行穩(wěn)定，蒸汽和燃料氣消耗量整體都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且在相同負(fù)荷下，消耗量的降低顯得更加明顯。折算到平均消耗值，3.5 MPa蒸汽消耗量減少5.45 t/h，燃料氣減少1 036.19 m3/h，從而降低了裝置的加工能耗和成本。

在此過(guò)程中，主產(chǎn)品氫氣和重整汽油的產(chǎn)率以及研究法辛烷值都較之前有所增加，氫氣產(chǎn)率平均增加1.28%，重整汽油產(chǎn)率平均增加0.68%，研究法辛烷值平均增加4.71。如果按照3#重整裝置年計(jì)劃運(yùn)行周期8 000 h計(jì)算，同時(shí)考慮副產(chǎn)品減少情況,則每年為企業(yè)創(chuàng)造綜合效益1.69億元[4]。

3 結(jié)論

(1)纏繞管式換熱器在上海石化3#連續(xù)重整裝置進(jìn)料換熱器工業(yè)化應(yīng)用半年多，換熱器的壓降減小，降低了循環(huán)氫壓縮機(jī)K-3201的負(fù)荷，從而減少3.5 MPa蒸汽的消耗，達(dá)到了降低裝置加工能耗成本的目的。

(2)傳熱效率升高。原料精制石腦油和冷氫混合后與反應(yīng)物在纏繞管式換熱器中得到充分換熱，減少四合一加熱爐F-3201～F-3204燃料氣的消耗，同樣也降低了裝置的加工能耗成本。

(3)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。主產(chǎn)品氫氣和重整汽油的產(chǎn)率均得到提高，副產(chǎn)品液化氣、戊烷、碳六組分均得到降低，即在同樣的加工負(fù)荷下氫氣和重整汽油產(chǎn)出量得到提高，同時(shí)重整汽油的研究法辛烷值也得到提高，既滿足了加工生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)汽油的要求，又增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 陳崇剛.連續(xù)重整纏繞管式換熱器的研制及工業(yè)應(yīng)用[J].制造與安裝，2011(6)：41-47.

[2] 劉克安.纏繞式換熱器節(jié)能特點(diǎn)分析[J].石油化工建設(shè)，2011(6)：78-79.

[3] 都躍良，張賢安.纏繞管式換熱器的管理及其應(yīng)用前景分析[J].化工機(jī)械，2005(3)：181-185.

[4] 湯杰國(guó)，李彬.優(yōu)化重整工藝提高汽油辛烷值[J].催化重組通訊，2002(1)：18-21.

Application of Winding Tubular Heat Exchanger in Continuous Reforming Unit

Liu Yang

(AromaticsDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.，Shanghai200540)

As the 1 000 kt/a 3#continuous reforming unit of Sinopec Shanghai Petrochemical Co.,Ltd.replaced the heat exchanger with the winding tubular heat exchanger,the influences on the economic benefits of the unit were analyzed.Application result showed that after adopting the new type heat exchanger,the consumption of 3.5 MPa steam and fuel gas was decreased and the product structure was optimized,the yield of main product hydrogen and productivity of reformed gasoline and the octane number of reformed gasoline were improved.Both reduction of energy consumption and improvement of product quality have increased the economic benefits of enterprises.

continuous reforming,winding tubular heat exchanger,energy consumption,reforming gasoline,economic benefits

2016-11-01。

劉洋，男，1987年出生，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，從事化工生產(chǎn)管理工作。

1674-1099 (2016)06-0032-04

TQ051.5

A