立式繞管式換熱器的應(yīng)用及施工注意事項

金山

摘 要：中國石油塔里木油田塔中第二聯(lián)合站中原有一臺臥式結(jié)構(gòu)的濕凈化氣預(yù)冷器，實際運行中發(fā)現(xiàn)，預(yù)冷器管束堵塞，經(jīng)分析換熱管產(chǎn)生堵塞的原因可能是前端管線設(shè)備腐蝕產(chǎn)物進入預(yù)冷器所致;另外已建的預(yù)冷器為臥式結(jié)構(gòu)，在換熱過程中由于溫度降低，天然氣中冷凝析出的液體在管束內(nèi)積聚，導(dǎo)致沉積物堵塞換熱管。建議將預(yù)冷器改為立式，加速液體流速，減少沉積時間，以避免或減緩堵塞的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：立式繞管式換熱器

1 工程概況

塔中第二聯(lián)合站設(shè)有集氣裝置單元、增壓站、脫硫裝置、脫水脫烴裝置、凝析油處理裝置、硫磺回收裝置，以及輔助生產(chǎn)設(shè)施和公用工程，其中脫水脫烴裝置設(shè)有濕凈化氣預(yù)冷器1臺，于2010年10月投入使用。2013年12月外輸瞬時流量在9×104m3/h左右時，濕凈化氣預(yù)冷器前后壓差達到0.71MPa，超過正常壓差值0.6MPa，通過分析排查，判斷為預(yù)冷器管束堵塞。預(yù)冷器的殼程、管束在濕凈化氣入口、出口處多次腐蝕嚴重，嚴重處管束已穿孔，根據(jù)腐蝕堵塞產(chǎn)物碳酸鐵占56%、羥基氧化鐵占44%推測，換熱管產(chǎn)生堵塞的原因可能是前端管線設(shè)備腐蝕產(chǎn)物進入預(yù)冷器所致;另外已建的預(yù)冷器為臥式結(jié)構(gòu)，在換熱過程中由于溫度降低，天然氣中冷凝析出的液體在管束內(nèi)積聚，導(dǎo)致沉積物堵塞換熱管。建議將預(yù)冷器改為立式，加速液體流速，減少沉積時間，以避免或減緩堵塞的產(chǎn)生;在預(yù)冷器前增加過濾分離器。

2 流程描述

濕凈化氣預(yù)冷器工藝流程：自脫硫裝置來的脫硫后天然氣溫度41℃，壓力6.85 MPaG，與來自注醇泵的乙二醇貧液（75﹪wt）通過乙二醇霧化器和濕凈化氣混合后，與自低溫分離器來的冷干氣在濕凈化氣預(yù)冷器（E-20401）中進行逆流換熱，脫硫后的濕天然氣被冷卻至約-12℃，再經(jīng)丙烷制冷系統(tǒng)冷卻至約-22 ℃，后進入低溫分離器（D-20401）進行醇烴液分離。分離后的產(chǎn)品氣進入濕凈化氣預(yù)冷器（E-20401）與濕凈化天然氣逆流換熱，換熱后的干氣溫度33℃，壓力6.72 MPaG外輸。

3 設(shè)計內(nèi)容

新建立式繞管式換氣器1臺，原臥式濕凈化氣預(yù)冷器仍保留，可用于現(xiàn)場1開1備使用。換熱器采用立式繞管式換熱器。繞管換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效率高，能承受高壓，可實現(xiàn)較小溫差換熱，充分回收冷量，節(jié)能效果顯著。本工程濕凈化氣預(yù)冷器為立式繞管式換熱器，技術(shù)參數(shù)如下：

規(guī)格：直徑1400mm×高度9776mm

型式：立式

管程介質(zhì)：濕凈化氣;管程工作壓力：6.7MPa;管程設(shè)計壓力：8MPa;設(shè)計溫度：60℃

殼程介質(zhì)：干凈化氣;殼程工作壓力：6.7MPa;殼程設(shè)計壓力：8MPa;設(shè)計溫度：-30℃

換熱面積：1014.5m2

保溫層材料：硬質(zhì)聚氨酯泡沫100mm;保護層：鋁皮

設(shè)備質(zhì)量：37789kg

設(shè)備材質(zhì)：Q345R/16MnDR

繞管式換熱器容器殼程采用16MnDR鋼板，開口接管選用與殼體材料相配套的16MnD鍛件（NB/T47009-2010）;管程推薦采用Q345R鋼板，開口接管推薦選用與殼體材料相配套的16Mn鍛件（NB/T47008-2010）;換熱管推薦選用Q345E鋼管（GB6479-2013）。濕凈化氣走管程，高溫濕凈化氣從上部流動入，下部流出;干凈化氣走殼程，低溫干凈化氣從下部流入，上部流出，兩者逆向接觸。

4實施注意細節(jié)

4.1 工藝部分

材料技術(shù)要求：考慮與已建臥式濕凈化器預(yù)冷器管線材質(zhì)保持一致，濕凈化氣入口、干凈化氣出口管線、乙二醇管線選用無縫鋼管20G（《高壓鍋爐用無縫鋼管》GB5310-2008）;濕凈化氣出口、干凈化氣入口介質(zhì)溫度-22℃，選用無縫鋼管Q345E（《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》GB 6479-2013）。操作溫度為-12℃的濕凈化氣出口管線、操作溫度為-22℃干凈化氣入口管線選用低溫球閥，直徑DN250選用DQ547型固定球閥 ，直徑DN40排污管線采用DQ47型固定球閥。

施工技術(shù)要求：由于濕凈化氣進口管線、濕凈化氣出口管線、干凈化氣入口管線、干凈化氣出口管線由于含CO2，CO2分壓為0.17MPa，參照《天然氣地面設(shè)施抗硫化物應(yīng)力開裂和抗應(yīng)力腐蝕開裂的金屬材料要求》SY/T 0599-2006，酸性腐蝕環(huán)境為SSC 3區(qū)，需做焊后熱處理。焊接過的碳鋼應(yīng)在不低于620℃溫度下進行消除應(yīng)力熱處理來控制焊接應(yīng)力。原料氣管線對接焊縫均應(yīng)進行硬度檢查，其結(jié)果應(yīng)滿足HV10≤250。

4.2 結(jié)構(gòu)部分

本立式預(yù)冷器設(shè)備本體高度約10m，設(shè)備重量約37789kg，設(shè)備基礎(chǔ)上表面高6.165m，設(shè)備基礎(chǔ)框架寬度2184mm，設(shè)備直徑1480mm，設(shè)備在吊裝作業(yè)時需將設(shè)備吊裝至少17m的高度，平穩(wěn)放入到基礎(chǔ)框架中，吊裝準(zhǔn)確性要求高，設(shè)備吊裝時施工方編寫吊裝作業(yè)專項方案。后期圖紙會審中發(fā)現(xiàn)原設(shè)備設(shè)計的耳式支座不利于后期結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計，經(jīng)過更改后耳式支座旋轉(zhuǎn)45°，便于最大性的擴大基礎(chǔ)框架寬度。

4.3 防腐部分

考慮立式預(yù)冷器底部積液防腐問題，預(yù)冷器底部封頭做內(nèi)防腐，采用環(huán)氧噴涂。

參考文獻：

[1]李建偉.高壓繞管式換熱器的設(shè)計及制造[C]// 機械部氣體分離設(shè)備科技信息網(wǎng)、中國制冷學(xué)會第二專業(yè)委員會，1998.