四面可拆全焊接板式換熱器在常壓塔頂冷凝器的應用

王家 于泳波（中國石油化工集團洛陽分公司）

四面可拆全焊接板式換熱器在常壓塔頂冷凝器的應用

王家 于泳波（中國石油化工集團洛陽分公司）

為解決洛陽石化常壓塔頂壓力較高、冷卻系統(tǒng)冷卻效果較差的問題，采用四面可拆全焊接板式換熱器替換原先浮頭管殼式換熱器。使用后常壓塔頂無需開空氣冷卻器的冷卻溫度與使用前需開2臺冷卻器冷卻溫度相等，降低系統(tǒng)能耗，每年可節(jié)省電耗65×104k Wh，節(jié)約電費約45.5萬元，投資回收期短。

常減壓蒸餾；四面可拆全焊接板式換熱器；常壓塔頂冷凝器；冷后溫度

1 常壓塔運行現(xiàn)狀

中國石化洛陽分公司常減壓裝置1988年2月開工投產(chǎn)，2008年5月擴建到每年800×104t原油加工能力。目前常減壓裝置主要包括電脫鹽、初餾部分、常壓蒸餾、減壓蒸餾、閃蒸部分、三注（注氨、注緩蝕劑、注水）以及一些輔助系統(tǒng)。

近年來，隨著加工原油的不斷輕質(zhì)化，常壓塔頂?shù)呢摵刹粩嘣龃?，原有的常壓塔頂油?原油熱交換器由于換熱效率下降，導致常壓塔頂壓力偏高。并于2016年下半年，洛陽石化開啟順序加工方案，原油性質(zhì)變化較大。嚴重時壓力逼近安全閥起跳壓力上限（0.12 MPa）。

同時嚴重限制了洛陽石化擴建項目的進度，遏制了分公司總體效益。為此，對常壓塔頂冷卻系統(tǒng)進行更新。

常壓塔頂工藝流程如圖1，常壓塔頂油氣經(jīng)4臺并聯(lián)換熱器E1002A-D與原油進行換熱，之后經(jīng)過空冷A1002A-H、冷卻器E1032AB，最后進入油水分離罐V1004、V1005進行回流或抽出。

圖1 常壓塔頂抽出部分工藝流程

2 換熱器設備更換

隨著技術(shù)的快速發(fā)展，全焊接板式換熱器可以應用于溫度-200～900℃，壓力范圍真空至65 MPa。其廣泛的應用范圍引起了工業(yè)界的關(guān)注[1]。四面可拆全焊接板式換熱器擁有板式換熱器及管殼式換熱器的優(yōu)點，采用鈦薄板作為傳熱元件。利用鈦材抗腐蝕性能好的特點，綜合板式換熱器傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和安全可靠等優(yōu)點，可以較好地解決常壓塔頂油氣換熱器的腐蝕問題，極大地降低設備的更換頻率，最大限度地降低裝置的操作與維護費用，保證裝置長周期安全可靠運行[2]。鈦板型四面可拆全焊接板式換熱器采用鈦薄板壓制成型的波紋板片作為傳熱元件，板片與板片之間采用焊接取代膠墊密封，避免了膠墊的老化、泄漏等問題，最大設計壓力可達40 bar、最高使用溫度350℃[3-5]，其結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖2 四面可拆全焊接板式換熱器結(jié)構(gòu)

根據(jù)常壓塔現(xiàn)狀，對全焊接板式換熱器替換管殼式換熱器進行可行性論證分析，決定更換常壓塔頂冷卻系統(tǒng)換熱器。2016年底洛陽石化購置鈦板型四面可拆全焊接板式換熱器，于2017年1月17日投入使用，替換原設備位號為E1002A的浮頭管殼式換熱器。其新舊設備參數(shù)見表1。

表1 E1002新舊換熱器設備參數(shù)

3 投用效果對比

3.1 換熱器投用效果對比

新E1002A（即四面可拆全焊接板式換熱器）投用后，利用測溫儀對4臺并聯(lián)換熱器出入口管線測量溫度，所得數(shù)據(jù)見表2。

由表2得出，4臺并聯(lián)換熱器原油側(cè)與油氣側(cè)入口溫度基本一致，但是E1002B~E1001D 3臺換熱器原油側(cè)出口管線溫度平均比E1002A低約24℃，油氣側(cè)出口管線溫度平均比E1002A高7℃。可以看出四面可拆全焊接板式換熱器投用后E1002A換熱器效果非常好，換熱能力相比管殼式換熱器大大提高。

表2 E1002A更換后4臺換熱器出入口溫度

3.2 常壓塔冷卻系統(tǒng)參數(shù)對比

四面可拆全焊接板式換熱器投用前后，常壓塔冷卻系統(tǒng)參數(shù)對比見表3。

表3 E1002A更換前后參數(shù)對比

通過表3可以看出，四面可拆全焊接板式換熱器投用后，換熱能力大大提高。投用前，常壓塔頂需開2臺空氣冷卻器（下稱空冷器），冷后溫度為43℃。而更換E1002A之后，無需開空冷器便與更換前冷后溫度相當。

冷后溫度降低，常壓塔頂油氣回路暢通，常壓塔頂壓力明顯下降，極大地改善了常壓塔頂壓力較高難題。對今后洛陽石化加工量擴建有了較好的保證。

4 經(jīng)濟效益

根據(jù)表3可知，投用四面可拆全焊接板式換熱器后，在環(huán)境溫度6℃時可減少約2臺空冷器的使用。A1002A-H空冷器單臺功率為37 k W，則每年可節(jié)省電耗約65×104kW。

按每度電費為0.7元，停用2臺空冷器則每年可節(jié)省電費約為45.5萬元，僅節(jié)電這項投資回報期不到4年，考慮到塔壓降低等帶來的經(jīng)濟效益，實際投資回報期不到1年。根據(jù)表1，四面可拆全焊接板式換熱器僅為原有管殼式換熱器占地空間1/3、換熱面積2/5、重量1/4、持液量1/10，節(jié)省設備吊裝費用，無需預留1:1的抽芯預留空間，利舊原有框架平臺，大幅減少裝置用地，解決了原有管殼式換熱性能不足、常壓塔頂壓力偏高等問題，保證了裝置負荷提高下的平穩(wěn)生產(chǎn)，經(jīng)濟效益明顯，投資回收期短[6]。

5 結(jié)語

經(jīng)過改造，在投用四面可拆全焊接板式換熱器期間油氣冷后溫度穩(wěn)定在43℃，運行至今設備狀況較好，極大降低常壓塔頂冷卻系統(tǒng)能耗，每年可節(jié)電約65×104k Wh，節(jié)省電費約45.5萬元，經(jīng)濟效益明顯，投資回收期短。期間常壓塔頂壓力穩(wěn)定在0.030～0.052 MPa的范圍內(nèi)，相比投用前大幅減少，對今后裝置負荷提高有了基礎(chǔ)保證。

但由于順序加工期間原油性質(zhì)復雜多變，其腐蝕速率無法做較準確計算。其經(jīng)驗可為同類設備改造提供借鑒。

[1]方敏華.特殊焊接結(jié)構(gòu)提升換熱性能——全焊接式板式換熱器拓寬了板式換熱器的應用領(lǐng)域[J].流程工業(yè)，2006（9）：30-31.

[2]王光.板殼式換熱器在燕山石化重整裝置中的應用[J].石油化工設備，2009，38（4）：75-76.

[3]周建新，宋秉棠，陳韶范，等.鈦板殼式換熱器及其在常壓塔頂?shù)膽肹J].石油化工設備，2006，35（4）：46-47.

[4]欒輝寶，陶文銓，朱國慶，等.全焊接板式換熱器發(fā)展綜述[J].中國科學：技術(shù)科學，2013，43（9）：1020-1033.

[5]徐成裕，靳賢銳，劉飛.全焊接板式換熱器在1000萬t級煉油裝置的應用[J].石油化工設備技術(shù)，2016，37（5）：52-57.

[6]高誠.全焊接板式換熱器的應用[J].當代化工，2006，35（2）：126-127.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.003

2017-03-01

（編輯 莊景春）

王家，2015年畢業(yè)于遼寧石油化工大學（化學工程專業(yè)），從事常減壓操作工作，E-mail：276184901@qq.com，地址：河南省洛陽市洛陽石化分公司，471012。