變換及蒸汽冷凝液余熱利用問題分析及改造措施

蘇玉芬 , 晁大衛(wèi)

(黔西縣黔希煤化工投資有限責任公司 , 貴州 畢節(jié) 551500)

黔西縣黔希煤化工投資有限責任公司主要產(chǎn)品為30萬t/a乙二醇。在裝置運行過程中，存在變換產(chǎn)生的余熱和蒸汽冷凝液不能被充分利用的情況，造成鍋爐除氧器耗蒸汽量大、循環(huán)水消耗高、脫鹽水制水困難、換熱器水擊、結(jié)垢等一系列問題。通過綜合分析，找到了影響余熱未充分利用的根本原因，改造效果明顯，變換余熱和蒸汽冷凝液余熱利用問題得到解決。

1 原設(shè)計工況

1.1 變換余熱利用

一氧化碳變換的原理是工藝氣體中的CO和水蒸氣在一定溫度和壓力條件下，在變換催化劑的作用下發(fā)生變換反應(yīng)生成H2和 CO2。反應(yīng)式如下：

設(shè)計變換氣量14 900 Nm3/h，變換反應(yīng)放出的熱量較大，變換余熱利用在設(shè)計中進行了綜合考慮。第一變換爐出來的變換氣溫度調(diào)節(jié)至220 ℃后分兩股，一股進入第二變換爐(R-2102)進一步變換，另一股經(jīng)變換氣冷卻器(E-2112)降溫至180 ℃左右進入有機硫水解槽(R-2103)，在水解催化劑的作用下將有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫。出第二變換爐(R-2102)的變換氣溫度約342 ℃，經(jīng)過1.8 MPa廢鍋(Ⅱ)(E-2104)再次以副產(chǎn)1.8 MPa飽和蒸汽的形式降溫至220 ℃，降溫后的變換氣與經(jīng)過有機硫水解槽的變換氣混合后送入鍋爐給水預(yù)熱器(E-2105)，將104 ℃的鍋爐給水預(yù)熱到180 ℃后送入氣化裝置。預(yù)熱完鍋爐給水的變換氣溫度約160 ℃，變換氣通過脫鹽水加熱器(E-2106)降溫至75 ℃后進入變換氣水冷器(E-2107)，溫度降至40 ℃送入第三水分離器(V-2103)，并經(jīng)過高壓冷鍋爐水洗滌變換氣中的氨，分離出水分后的變換氣溫度約40 ℃，送入脫硫脫碳工段。

1.2 蒸汽冷凝液余熱利用

系統(tǒng)中共有390 t蒸汽冷凝液，經(jīng)過冷凝液換熱器Ⅰ(E-1001)降溫后，分為兩股，分別進入冷凝液換熱器Ⅱ(E-1002)、冷凝液換熱器Ⅲ(E-1003)進行換熱，然后經(jīng)板式換熱器(E-22201)與本裝置的新鮮水進行熱交換，再經(jīng)板式換熱器(E-22202)進行循環(huán)水冷卻，將其冷卻至約40 ℃，進入工藝冷凝液水箱(V-22204)，進一步生產(chǎn)脫鹽水。

來自脫鹽水站的常溫脫鹽水約185 700 kg/h，進入冷凝液換熱器Ⅲ(E-1003)換熱，升溫至80 ℃后，進入常壓除氧器，調(diào)節(jié)進除氧器的低壓蒸汽流量，使除氧器內(nèi)的工作壓力保持在0.02 MPa，并調(diào)節(jié)進除氧器脫鹽水流量，進而達到水與蒸汽之間的換熱平衡，使其在一定壓力下達到沸騰，脫去溶解于水中的氧，除氧后的鍋爐給水溫度約104 ℃。另一股脫鹽水壓力為1.0 MPa，流量為426 850 kg/h，先后分別進入冷凝液換熱器Ⅱ(E-1002)、變換工段換熱器(E-2106)、冷凝液換熱器Ⅰ(E-1001)進行換熱，最后升溫至126.7 ℃后，進入壓力除氧器，調(diào)節(jié)進除氧器的低壓蒸汽流量，使除氧器內(nèi)的工作壓力保持在0.5 MPa，并調(diào)節(jié)進除氧器脫鹽水流量，進而達到水與蒸汽之間的換熱平衡，使其在一定壓力下達到沸騰，脫去溶解于水中的氧，除氧后的鍋爐給水溫度約158 ℃。

1.3 鍋爐冷渣機余熱利用

高效節(jié)能型滾筒式冷渣機(C-9202)，是國家大力提倡和鼓勵的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，是干式冷卻及輸送循環(huán)流化床鍋爐高溫爐渣的專用高效節(jié)能冷渣設(shè)備，以確保爐渣的活性。它的主要任務(wù)就是將鍋爐排出的高達950 ℃以上溫度的紅渣通過水循環(huán)冷卻，將溫度降到60 ℃后，通過帶式輸送機送至后系統(tǒng)使用；所用的冷卻水經(jīng)過吸收熱量溫度提高到95 ℃后再進入壓力除氧器。本項目共有6臺冷渣機，每臺每小時脫鹽水使用量32～48 t，6臺每小時使用總量192～288 t。冷軋機運行過程中，出口渣溫控制至關(guān)重要，渣溫過高，會燒壞輸送爐渣的皮帶，造成設(shè)備損壞、著火等安全事故。本裝置共有3臺壓力除氧器(E9201)，兩路脫鹽水分別均勻進入3臺除氧器，經(jīng)除氧器熱力除氧后的鍋爐給水通過下部引出管送人鍋爐給水泵入口總管。

2 運行中存在問題

①板式換熱器E-1001、E-1002、E-2106頻繁水擊，多次致使設(shè)備泄漏和管道變形損壞。②脫鹽水溫度高，影響脫鹽水制水樹脂壽命。③循環(huán)水換熱器(E-2107)結(jié)垢嚴重。④變換氣分離器(V-2103)廢水量大，影響廢水運行。⑤鍋爐除氧器溫度低，補加蒸汽量大，消耗高。⑥常壓除氧器溫度高，放空量大。⑦冷渣機出口渣溫偏高。

3 原因分析

在運行過程中，由于煤種與設(shè)計值有偏差，造成冷渣機出口爐渣溫度偏高，曾造成輸渣皮帶燒壞事故。為降低冷渣機出口溫度，只能加大冷渣機脫鹽水使用量。由于冷渣機的回水作為除氧器補水，且除氧器總用水量是固定的，該股脫鹽水量增大后，造成進入E-1002的脫鹽水水量大幅減少，變換氣溫度冷卻不下來，進入脫鹽水裝置的冷凝液溫度降不下來等一系列問題。

4 改造方案

4.1 方案

經(jīng)過綜合分析、論證，考慮若將冷渣機出口的脫鹽水(60 ℃左右)引至E2106前，可在保證冷渣機C-9202得到充分冷卻的同時，充分回收變換系統(tǒng)和蒸汽冷凝液廢熱，提高進E-9201脫鹽水溫度，既能減少E-9201的蒸汽消耗，也能確保1.3 MPa脫鹽水熱交介質(zhì)溫度在控制范圍內(nèi)，降低E-1001、E-1002、E-2106、E-2107設(shè)備損壞的風(fēng)險，延長生產(chǎn)硬件設(shè)施使用時限。

4.2 所需材料

DN200×300LB材料：管道800 m，彎頭8個，三通2個，閥門1個，法蘭面2片；DN150×300LB材料：管道需要5 m，閥門1個，法蘭面2片。材質(zhì)均為304不銹鋼。

4.3 投用方案

該改造牽涉到鍋爐、變換、脫鹽水等幾個裝置，為保證平穩(wěn)投用，制定了詳細的投用方案。①確認管道進行試壓、沖洗合格。②變換界區(qū)1.3 MPa脫鹽水技改管道手動閥門全開。③緩慢開啟冷渣機冷卻水去凈化變換單元總閥，同時緩慢關(guān)閉冷渣機去除氧器總閥。④操作過程中嚴密監(jiān)視除氧器液位，如發(fā)現(xiàn)液位下降，打開補水閥直至全開，液位不見上漲，停止冷渣機冷卻水切換，聯(lián)系供水提高除鹽水壓力，除氧器液位正常后，再進行切換操作。⑤將變換界區(qū)熱脫鹽水壓力控制低于冷渣機出口冷脫鹽水壓力，同時結(jié)合動力緩慢關(guān)小E-1002出口脫鹽水閥，以達到降低熱脫鹽水管網(wǎng)壓力。⑥切換完成后，加強對除氧器液位及冷渣機排渣溫度進行監(jiān)視；觀察對變換各換熱器的影響；注意脫鹽水溫度變化情況。⑦檢查新改造管線運行情況，并做好運行總結(jié)。

4.4 投用效果

改造前后各參數(shù)對比見表1。

表1 改造前后各參數(shù)對比 ℃

從表1可以看出：①E-2106出口工藝氣溫度已達到設(shè)計溫度以下，有效控制了換熱器E-2107殼程循環(huán)水的腐蝕及結(jié)垢速度，同時減少了循環(huán)水用量。②變換氣溫度的降低，減少了變換氣出口帶水量，低溫甲醇洗溫度得到有效控制，冷量消耗有所降低；低溫甲醇洗的噴淋甲醇量可大幅減少，甲醇/水分離塔的蒸汽量可大幅減少。③蒸汽冷凝液換熱器頻繁水擊的問題得以解決。④脫鹽水量增大后，冷渣機出口的渣溫控制在正常范圍，后系統(tǒng)皮帶的安全運行得到保證。⑤E-1001進出冷凝液溫度達到設(shè)計值，運行穩(wěn)定。⑥E-1002/E-1003出口冷凝液溫度降低后，兩股冷凝液混合后溫度低于設(shè)計操作溫度48 ℃，可大大延長脫鹽水站陰陽床樹脂的使用壽命。⑦常壓除氧器頻繁超壓的問題得到解決。⑧加壓除氧器的蒸汽量大幅減少，每小時可節(jié)省蒸汽2.5 t左右。

5 小結(jié)

本次改造消除了因設(shè)計與實際不符引起的一系列問題。通過對冷渣機脫鹽水系統(tǒng)進行合理技術(shù)改造，變換工藝氣及蒸汽冷凝液的熱量得以充分回收，降低了加壓除氧器熱負荷，改造效果很好，在同類型裝置或類似裝置的設(shè)計中，可考慮使用。