新型纏繞管式換熱器在芳烴異構(gòu)化裝置上應(yīng)用的節(jié)能分析

葉 帥 隨裕光 高 飛

新型纏繞管式換熱器在芳烴異構(gòu)化裝置上應(yīng)用的節(jié)能分析

葉 帥 隨裕光 高 飛

（中國石油化工股份有限公司洛陽分公司芳烴車間，河南 洛陽 471012）

異構(gòu)化單元進料換熱器18-E-01改造前為單管程立式換熱器，由于存在換熱器熱端溫差大（達到59℃），反應(yīng)熱量不能充分利用，進而造成異構(gòu)化反應(yīng)進料的換后溫度低，加熱爐燃料消耗大，能耗高。本文將異構(gòu)化進料換熱器更換為高效纏繞管式換熱器，加強換熱器性能，從而達到節(jié)能降耗的效果。

纏繞管式換熱器；芳烴異構(gòu)化裝置；節(jié)能；應(yīng)用

中石化洛陽分公司芳烴聯(lián)合裝置由PSA制氫、芳烴抽提（含苯抽提蒸餾裝置）、對二甲苯（PX）、中間原料及溶劑油罐區(qū)、化學(xué)藥劑站五大部分組成。其核心生產(chǎn)裝置為芳烴抽提裝置及對二甲苯（PX）裝置，工藝供能設(shè)施為四臺加熱爐。本文主要介紹對二甲苯（PX）裝置異構(gòu)化單元進料換熱器在工藝改造前后的節(jié)能分析。

1 異構(gòu)化單元運行現(xiàn)狀

1.1 異構(gòu)化單元概況

異構(gòu)化的原料是來自吸附分離單元的貧PX組分。進料在異構(gòu)化催化劑（SKI-100A）的作用下，通過控制一定的壓力、溫度、空速和臨氫條件進行異構(gòu)化反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為接近平衡的C8A的混合物，同時將乙苯轉(zhuǎn)化為苯。主要產(chǎn)品是脫庚烷塔底C8＋A，經(jīng)白土塔除去烯烴后送到二甲苯塔。

1.2 異構(gòu)化單元工藝原理

異構(gòu)化反應(yīng)主要是通過環(huán)烷橋過程實現(xiàn)C8A間的相互轉(zhuǎn)化，從而將進料中的鄰二甲苯（OX）、間二甲苯（MX）、乙苯（EB）轉(zhuǎn)化為PX。最初采用的I-9K型催化劑為乙苯轉(zhuǎn)化型，可將EB轉(zhuǎn)化二甲苯，但反應(yīng)產(chǎn)物中EB濃度較高。目前所用的SKI-100A型催化劑是乙苯脫烷基型，通過脫乙基將乙苯變成苯。

另外，還伴隨著一些副反應(yīng)，如歧化反應(yīng)、加氫開環(huán)反應(yīng)、加氫裂解反應(yīng)，生成輕質(zhì)烴、環(huán)烷烴及C9+組分。

2 改造的主要內(nèi)容

2.1 改造措施

利用現(xiàn)有構(gòu)架、管線，將異構(gòu)化進料換熱器更換為高效纏繞管式換熱器，使換熱器性能得到加強，熱端溫差降低，充分利用反應(yīng)熱，減少瓦斯消耗，減少空冷電耗和水冷循環(huán)水消耗，從而達到節(jié)能降耗的效果。

2.2 改造前后換熱工藝運行狀況

2.2.1 原料組成及性質(zhì)。原料流量為152 082kg/h，組成如表1所示。

表1 原料組成

循環(huán)氫氣流量（壓縮機入口物料）為85 000Nm3/h，組成如表2所示。

表2 氫氣組成

2.2.2 進料換熱工藝流程描述。吸附分離裝置抽余液塔側(cè)線緩沖罐來的物料經(jīng)過進料泵（18-P-01）升壓，在調(diào)節(jié)閥的控制下與循環(huán)氫混合進入異構(gòu)化混合進料換熱器（18-E-01），與反應(yīng)器（18-R-01）、出料換熱，升溫至300℃左右進入異構(gòu)化加熱爐（18-F-01）加熱至反應(yīng)溫度，進入反應(yīng)器反應(yīng)［1］。

2.2.3 改造前換熱器實測參數(shù)。從表3可以看出，異構(gòu)化進料換熱器熱端溫差達到59℃，反應(yīng)生成熱量不能充分利用，造成加熱爐燃料消耗大，裝置能耗高，具有較大的優(yōu)化空間［2］。

2.2.4 改造前加熱爐燃料氣消耗實測參數(shù)。表4中列舉了2015年前8月進料換熱器改造前的加熱爐運行情況，其數(shù)據(jù)均為當(dāng)月平均值。從表中可以看出，改造前換熱器的平均燃料氣消耗為0.42t/h。

2.2.5 改造后換熱器實測參數(shù)。從表5數(shù)據(jù)可看出，異構(gòu)化進料換熱器更換后熱端溫差降至33℃，提升換熱效率，同期減少3臺空冷運行。

表3 改造前換熱器實測參數(shù)

表4 改造前加熱爐燃料氣消耗實測參數(shù)

表5 改造后換熱器實測參數(shù)

2.2.6 改造后加熱爐燃料氣消耗實測參數(shù)。表6中列舉了2016年前4月進料換熱器改造后的加熱爐運行情況，其數(shù)據(jù)均為當(dāng)月平均值。從表中可以看出，改造前換熱器的平均燃料氣消耗為0.26t/h。相比于表5，進料換熱器更換后節(jié)約燃料氣0.16t/h。

3 改造后經(jīng)濟效益分析

通過換熱器的整體更新，降低熱端溫差，提升換熱效率。節(jié)約瓦斯消耗約0.16t/h，同期減少3臺空冷運行，每小時降低電耗約66kW?h。按目前成本核算價，燃料氣1 679.49元/t，電0.6元/kW·h計算，每月720h：

降低消耗：

燃料氣：0.16t/h×720h=115.2t

電：66kW?h/h×2 184h=47 520kW?h

表6 改造后加熱爐燃料氣消耗實測參數(shù)

直接經(jīng)濟效益：

燃料氣：115.2×1 679.49=19.34萬元

電：47 520×0.6=2.85萬元

合計每月經(jīng)濟效益為22.19萬元。

4 運行穩(wěn)定分析

異構(gòu)化纏繞管換熱器由洛陽隆惠公司制造，長23m，直徑2.2m，換熱器面積9 700m2。2015年，大檢修期間完成安裝，11月22日投用。整個投用過程平穩(wěn)無異常，所有參數(shù)均符合工藝生產(chǎn)指標(biāo)。纏繞管換熱器一般運行周期長，在實際生產(chǎn)運行中也容易出現(xiàn)堵塞、管子泄漏和管口泄漏等問題。因為纏繞式換熱器為了追求其緊湊性，管間距與層間距的間距比較小，所以對原料要求較高。一旦裝置波動，就可能因為原料雜質(zhì)多而造成堵塞，所以必須嚴(yán)格控制原料的雜質(zhì)含量。另外，在裝置操作中，要特別注重開停車的溫度和壓力的升降，要嚴(yán)格控制升溫的速度和壓力對的匹配，否則容易因為熱脹冷縮不均勻等破壞管頭連接［2］。

5 結(jié)論

①與原有管殼式換熱器相比，在同等體積的外殼內(nèi)，纏繞式換熱器傳熱面積增加了50%以上。由此可以看出，纏繞管式換熱器單位容積具有較大的傳熱面，較普通換熱器換熱效率有明顯提高。

②與原有管殼式換熱器相比，纏繞式換熱器熱端溫差實測為33℃，熱端溫差小。換熱充分，回收熱量多；熱負荷能降低10%～20%，降低加熱爐燃料氣消耗160kg/h，并減少3臺空冷運行，每小時可降低電消耗66kW?h，節(jié)能效果明顯。

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

［2］呂凌宇，周利軍.纏繞管式換熱器在芳烴裝置上的應(yīng)用［J］.石油石化節(jié)能與減排，2013（6）：29-32.

The Energy Saving Analysis of New Type Coil Tube Heat Exchanger Application for Aromatic Isomerization Unit

Ye ShuaiSui Yuguang Gao Fei
（Sinopec Luoyang Company Aromatic Combination Unit，Luoyang Henan 471012）

The feed exchanger(18-E-01)of isomerization unit was single tube vertical heat exchanger before reformed,because the temperatue difference of hot head was too high(reach 59℃)，the reaction heat could not be fully used,which caused the feed temperature of isomerization reactor after heated was low,the fuel consumption of heating furnace and energy consumption were too high.In this paper,the isomerization feed exchanger was replaced by an efficient winding tubular heat exchanger,and the performance of the heat exchanger was enhanced so as to achieve the effect of energy saving and consumption reduction.

coil tube heat exchanger；aromatic isomerization unit；energy saving；application

TQ051.5

A

1003-5168（2017）09-0060-03

2011-08-02

葉帥（1990-），男，本科，助理工程師，研究方向：芳烴聯(lián)合裝置長周期穩(wěn)定運行優(yōu)化。