煤制油項目循環(huán)換熱分離器內(nèi)件及設備改造

林 寧

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046200)

引 言

煤炭間接液化項目中，油品合成分廠費托合成裝置的循環(huán)換熱分離器是該裝置的核心設備之一，起著回收高溫油氣熱量，提高循環(huán)反應氣溫度，降低反應裝置能耗的作用，它的平穩(wěn)運行決定了整個費托反應系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。但是在神華寧煤已投用裝置的實際運行中，出現(xiàn)了換熱效率不足，分離效果差，分離的重質(zhì)油和蠟中帶水的情況。針對這一問題，潞安煤基清潔能源公司180萬t煤制油項目吸取神華寧煤開車經(jīng)驗，對循環(huán)換熱分離器內(nèi)件進行技改，隨后開展水聯(lián)運、熱氮聯(lián)運、氮氣聯(lián)調(diào)等試車工作，試車完成后檢查設備內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)內(nèi)件固定螺栓存在脫落的現(xiàn)象。

1 研究目的及意義

煤間接液化項目中油品合成裝置的循環(huán)換熱分離器是費托合成單元核心設備之一，外殼為壓力容器，上部的板式換熱器部分和下部的分離器部分一體組合結(jié)構(gòu)。高溫氣體入口位于外殼的頂部與板式換熱器的熱媒通道連通，在外殼上部設有與板式換熱器的另一熱交換通道連通的循環(huán)氣體入口、循環(huán)氣出口。外殼上部的板式換熱器部分與下部的分離器部分通過隔板隔離，板式換熱器的熱媒通道的高溫氣體出口與分離器的分配管及氣體入口連接，循環(huán)換熱分離器殼底部設有排液排污口。

循環(huán)換熱分離器在費托合成單元中起著至關(guān)重要的作用，從裝置工藝流程來看，由反應器頂部出來的高溫油氣進入循環(huán)換熱分離器與循環(huán)氣(由凈化裝置的費托凈化氣、循環(huán)氣壓縮機出口循環(huán)氣、甲烷轉(zhuǎn)化的氫氣、尾氣脫碳單元的脫碳凈化氣混合后合成氣)換熱冷卻分離，分離后的液相經(jīng)重質(zhì)油穩(wěn)定蠟換熱器及重質(zhì)油加熱器加熱后送至汽提塔；分離后的氣相進入油氣空氣冷卻器再度冷卻后進入輕質(zhì)油分離器進行氣液分離[1]?？梢姡h(huán)換熱分離器在費托合成單元中起著回收高溫油氣熱量，提高循環(huán)反應氣溫度，降低反應裝置能耗的作用，它的平穩(wěn)運行決定了整個費托反應系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。但是在神華寧煤400萬t煤制油項目,出現(xiàn)了換熱效率不足、分離效果差、分離的重質(zhì)油和蠟中帶水的情況。針對這一問題潞安煤基清潔能源公司180萬t煤制油項目吸取神華寧煤開車經(jīng)驗，對循環(huán)換熱分離器內(nèi)件進行技改，采用板殼式換熱，安裝波紋板傳熱元件與TP分離板。隨后開展水聯(lián)運、熱氮聯(lián)運、氮氣聯(lián)調(diào)等試車工作，試車完成后檢查設備內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)內(nèi)件固定螺栓存在脫落的現(xiàn)象。本次主要研究的是如何有效的防止循環(huán)換熱分離器內(nèi)件螺栓掉落進入后系統(tǒng)引發(fā)運行故障。

2 設備運行及存在問題

2.1 設備運行情況

2017年8月，中科合成油公司根據(jù)神華寧煤開車經(jīng)驗發(fā)布關(guān)于循環(huán)換熱分離器內(nèi)件技改項目通知，主要包括兩大部分，分別是換熱部分和分離部分，換熱部分增加卡固件，分離部分改為藍科公司TP板與分流葉片折流板形式，其中TP板安裝連接方式采用螺栓單螺帽式連接。

2017年9月24日至10月1日，潞安煤基清潔能源有限責任公司180萬t煤制油項目油品合成分廠費托合成裝置進行水聯(lián)運與熱氮聯(lián)運，水聯(lián)運期間反應器溫度控制在100 ℃，壓力2.0 MPa，反應器頂部產(chǎn)生的高溫氣相送至循環(huán)換熱分離器進行氣液分離，循環(huán)換熱分離器出口氣相送至空冷器進行降溫，降溫后溫度控制在40 ℃以下，降溫后的氣相進入輕質(zhì)油分離器再次進行氣液分離，氣相進入壓縮機入口分液罐進行分液后進入離心式循環(huán)壓縮機進行壓縮，送至循環(huán)換熱分離器換熱后進入反應器底部。控制循環(huán)換熱分離器與輕質(zhì)油分離器液位控制在30%～50%。水聯(lián)運結(jié)束后，開始熱氮聯(lián)運，通過上下汽包對反應系統(tǒng)升溫，控制反應器溫度為200 ℃，壓力2.0 MPa，完成系統(tǒng)熱緊工作。

2.2 存在問題

1) 循環(huán)換熱分離器內(nèi)件技改后，內(nèi)件固定連接部位使用單螺栓連接，主要體現(xiàn)在內(nèi)部角鋼、中間箱體的固定螺栓位置。在水聯(lián)運與熱氮聯(lián)運期間，設備人孔處于封閉狀態(tài)，螺栓無法進行熱緊，因內(nèi)件固定螺栓采用單螺帽固定方式，在系統(tǒng)升溫升壓期間，螺栓受熱膨脹后出現(xiàn)部分螺栓松動與脫落的現(xiàn)象。在聯(lián)運結(jié)束后，對設備內(nèi)件檢查期間，發(fā)現(xiàn)單系列循環(huán)換熱分離器內(nèi)部3處螺帽已從螺桿固定處掉落至設備底部。設備底部為重油出口管線，出口管線上設置有球閥、截斷閥、調(diào)節(jié)閥，差壓液位計探頭，如不能及時處理，螺栓進入循環(huán)換熱分離器底部液位調(diào)節(jié)閥后，存在閥門無法正常開關(guān)甚至損壞的情況，導致后續(xù)的生產(chǎn)過程中將導致液位控制故障。

2) 反應器目前采用的壓力表計算壓差得出反應器液位數(shù)據(jù)，實際運行過程中誤差較大，無法準確觀察反應器內(nèi)部液位。

3) 輕質(zhì)油分離器底部設置破渦器，但在后期內(nèi)部檢查中仍發(fā)現(xiàn)有螺栓脫落現(xiàn)象，未能起到阻擋螺栓等掉落進入后系統(tǒng)的作用。

4) 汽包開工凝液外送時管線振動，應設置逐級閃蒸管線，汽包開工凝液分為初期送至脫碳單元蒸汽凝液閃蒸罐、中期送至低壓凝液閃蒸罐、后期送入中壓凝液閃蒸罐。

3 改進措施

3.1 內(nèi)件螺栓固定方式改造

針對循環(huán)換熱分離器內(nèi)部螺栓松動掉落的問題，對循環(huán)換熱分離器內(nèi)件螺栓固定方式進行加強，將所有螺栓的螺桿與螺帽重新緊固并在連接處進行點焊，避免內(nèi)件固定螺栓在后續(xù)的試車生產(chǎn)過程中再次因系統(tǒng)溫度、壓力變化造成松動與脫落，進入后系統(tǒng)管道，引發(fā)運行故障。

3.2 設備內(nèi)部改造

為確保循環(huán)換熱分離器底部重油管線的暢通與閥門的良好使用，分廠技術(shù)人員決定在設備內(nèi)部重油出口位置增加溢流圍堰，溢流圍堰高度超出設備內(nèi)表面100 mm，阻擋螺栓等雜物掉落進入后系統(tǒng)[2]。為防止溢流圍堰安裝后對設備內(nèi)部液相流動造成截流與積液的影響，首先在溢流圍堰上增加篩孔，篩孔需均勻分布，間隔10 mm，孔徑8 mm(小于內(nèi)件固定螺栓外徑)；其次溢流圍堰內(nèi)徑需根據(jù)循環(huán)換熱分離器底部出液管線設定，設定比例為底部出液管線內(nèi)徑為xmm，溢流圍堰內(nèi)徑應為x+10 mm。

3.3 液位儀表更改

針對費托反應器液位無法準確顯示的問題，反應器采用差壓式液位計測量液位，代替壓力表式液位計，提高反應器液位測量的精確度，準確判斷出反應器液位變化。

3.4 費托反應系統(tǒng)相關(guān)設備技改

1) 費托合成裝置輕質(zhì)油分離器底部破渦器增加50 mm的溢流板，用來阻擋螺栓等雜物進行后系統(tǒng)，溢流板設置與溢流圍堰設置相同，需根據(jù)底部出液管線設定溢流板內(nèi)徑并增加篩孔，防止出現(xiàn)截流與積液的現(xiàn)象。

2) 對中壓凝液罐、低壓凝液罐增加遠傳壓力表與遠傳溫度計，在汽包排凝時能準確判斷凝液罐是否具備接收條件，在接收凝液過程中，可加強液位的監(jiān)控，保障設備的安全、穩(wěn)定運行。在汽包開工初期，隨著5.0 MPa飽和蒸汽的引入，汽包開始升溫升壓，在此期間會產(chǎn)生大量凝液，但是在汽包內(nèi)壓力>0.5 MPa時，無法將凝液通過開工凝液管線壓至低壓凝液閃蒸罐，因而在中壓凝液罐與低壓凝液罐設置旁路管線，汽包開工凝液可以旁路中壓凝液閃蒸罐直接送至低壓凝液閃蒸罐，加強汽包液位的控制[3]。

4 結(jié)語

通過以上技改，山西潞安煤基清潔能源有限責任公司油品合成分廠費托合成裝置順利完成水聯(lián)運、熱氮聯(lián)運、氮氣聯(lián)調(diào)等試車作業(yè)，有效的阻止循環(huán)換熱分離器內(nèi)部螺栓等雜物進入后系統(tǒng)，對煤制油行業(yè)等相關(guān)設備改造起到了一定指導意義。