變換工序開工加熱器的改造

趙海衛(wèi)，陳 銘

（貴州赤天化桐梓化工有限責任公司，貴州桐梓 563200）

變換工序開工加熱器的改造

趙海衛(wèi)，陳 銘

（貴州赤天化桐梓化工有限責任公司，貴州桐梓 563200）

耐硫變換催化劑開車時必須進行升溫、硫化，長期停車時則須氮氣置換，在這些過程中，對熱載體氮氣的加熱方式不同，能源利用率及經濟效益存在著較大差異。因此，結合氮氣加熱器技術改造前后運行情況，從能源利用、經濟效益方面作了比較。

變換；開工加熱器；改造

貴州桐梓化工有限公司是一家利用桐梓當地無煙煤生產甲醇、合成氨和尿素的化工企業(yè)，前身為貴州金赤化工有限責任公司。氣化裝置采用以無煙煤煤為原料的GE水煤漿氣化技術，裝置配套3臺φ3.2m、25.4m3/h的等徑氣化爐，兩開一備，分別配置3臺棒磨機和3套渣水處理系統，為30萬t/a合成氨裝置和30萬t/a甲醇裝置提供粗水煤氣。合成氨裝置氣體變化采用耐硫鈷鉬催化劑，凈化技術采用大連理工大學低溫甲醇洗、液氮洗技術，氨合成采用卡薩利氨合成技術。

1 變換工藝升溫流程簡述

變換工序開車前，先要對變換催化劑進行升溫。來自氮氣管網6MPaG的氮氣經加熱器（E11）與2.5MPa的蒸汽進行換熱，氮氣加熱至200℃后進入煤氣過濾器（V2），再進入第一變換爐（R1）。出第一變換爐（R1）的氮氣，再經中壓蒸汽過熱器（E2）與4.0MPa過熱蒸汽進行換熱，進入煤氣預熱器（E1）預熱，再經過廢鍋（E3）旁路，進入第二變換爐（R2）中對第二變換爐（R2）進行升溫，出R2的氣體通過0.5MPa廢鍋Ⅰ（E4）被來自0.5MPa飽和蒸汽管網的蒸汽加熱，進入第三變換爐（R3），出第三變換爐氣體首先通過中壓鍋爐給水預熱器（E5），再進入0.5MPa廢鍋Ⅱ（E6），然后進入第一水分離器（V3）分離出工藝冷凝液。未冷凝氣體經分離后進入脫鹽水加熱器（E7）。變換氣經第二水分離器（V4）分離出工藝冷凝液后，在變換氣水冷器（E8）中用循環(huán)水冷卻，送入第三水分離器（V2105）。

2 開工加熱器對開車的影響

1）變換工序導氣前，催化劑床層溫度要升至催化劑活性溫度之上，并且要比水煤氣的露點溫度高20～30℃，以防止催化劑泡水，造成催化劑使用壽命縮短。

2）變換工序在導氣過程中需要配部分熱氮氣，防止變換工序導氣過程中催化劑床層發(fā)生超溫現象。

3）變換工序長期停車，為防止系統中的飽和水蒸氣冷凝，造成催化劑泡水，需要對變換工序進行氮氣置換。

4）事故狀態(tài)下為了盡快對變換工序置換，需要加入熱氮氣對床層進行降溫操作。

3 改造前氮氣加熱器存在的問題

1）原氮氣加熱器設計換熱面積偏小，變換爐床層升溫所需時間長，嚴重影響了開車進度，并且造成開車成本高。

2）原氮氣加熱器層程設計壓力為2.2MPa，在變換工序導氣過程中，當系統壓力升至1.5MPa時，現場需要快速關閉截止閥，防止氮氣加熱器管程超壓，不但加大了現場操作人員的勞動強度，同時操作不及時，容易造成變換爐催化劑床層超溫，嚴重影響了催化劑的使用壽命。

3）變換工序停車，需要把系統壓力泄壓至2.0MPa以下才能對變換工序進行氮氣置換，延長了變換工序氮氣置換的時間。

4 氮氣加熱器的改造

氣化車間有一臺換熱器（E12）長期未投用，管層設計壓力8.0MPa，殼層設計壓力3.0MPa，符合氮氣加熱器替換要求，變換工序氮氣參數：壓力6.0MPa，溫度40℃，加熱后溫度209℃，流量20 000m3/h；蒸汽參數：壓力2.5MPa，溫度226℃，換熱后發(fā)生相變溫度215.06℃。根據以下計算：

式中Wh、Wc—熱、冷流體的質量流量，kg/s；

Cpc—冷流體的平均質量定壓熱熔，J/（kg·℃）；t1、t2—冷流體的進、出口溫度，℃；

rh—飽和蒸汽的比汽化焓，J/kg。

換熱器的熱負荷：

式中A—換熱器的傳熱面積，m2；

Δ tm—熱、冷流體的平均溫度差，也就是傳熱的總推動力，℃；

K—比例系數，稱為傳熱系數，W/（m2·C）。

換熱面積：

式中n—管數；

d—管徑，m；

l—管長，m。

表1 新換熱器參數

根據資料查得氮氣的平均質量定壓熱熔為1.03J/（kg·℃），根據公式（1）算的要想把20 000m3/h的氮氣從40℃加熱到209℃所需2.5MPa的飽和蒸汽為2.58t/h，所需總熱量為1 332kJ/h。根據公式（2）和（3）將新換熱器的換熱面積及材質得到傳熱系數，新換器的熱負荷完全能夠滿足熱量的要求。所以根據設備裝配圖和生產工藝情況得出評估報告。

4.1 工藝計算模擬結果

通過工藝計算模擬，設備管層通入氮氣，殼層通入蒸汽，按照氮氣放空量為20 000m3/h計算，該換熱器消耗蒸汽量（2.5MPa飽和蒸汽）2.58t/h，氮氣側阻力降為64kPa，氮氣出口溫度209℃。如果需要更高的氮氣溫度，只需要加大蒸汽量。

4.2 設備符合性

（1）E12管層和殼直徑分別為：DN250/DN250和DN150/ DN100，設計壓力分別為：8.0MPa和3.0MPa，管層材質為304。

（2）由于E12比E11重近4t，需要對原基礎進行改造。

（3）原設備接管尺寸分別為DN300和DN400，需要設置DN300/400變DN250大小頭。

5 結束語

改造后系統升溫時間由原來的12h左右，降到6h，提高了變換工序催化劑床層升溫的效率；減小了現場工作人員的勞動效率；避免了導氣過程中催化劑超溫的風險；縮短了變換工序氮氣置換的時間；原氣化閑置的換熱器E12得到了利用。

Mo d i f i c a t i o n o f S t a r t-u p H e a t e r i n C o n v e r s i o n P r o c e s s

Zhao Hai-wei，Chen Ming

The sulfur-tolerant shift catalyst must be heated and vulcanized，and the nitrogen is replaced in the long-term parking.In these processes，there are different heating methods for the heat carrier nitrogen，and the energy eff i ciency and economic eff i ciency are quite different.Nitrogen heater technology before and after the transformation of the operation，from the energy use，economic benef i ts were compared.

transformation；starting heater；transformation

TQ113.2

A

1003-6490（2017）08-0007-02

2017-06-03

趙海衛(wèi)（1985—），男，河北石家莊人，助理工程師，主要從事調度管理工作。