淺析重整進料換熱器改造對裝置能耗的影響

張虎

摘 要：本文介紹了某連續(xù)重整裝置，擴能改造后，進料板式換熱器出現(xiàn)壓降增大，換熱效率降低的情況。通過技改更換為纏繞式換熱器后，與板式換熱器運行參數(shù)進行對比分析發(fā)現(xiàn)，換熱器壓降降低，使系統(tǒng)壓差明顯減小，循環(huán)機蒸汽消耗降低，四合一加熱爐消耗瓦斯量大幅減少，節(jié)能降耗效果顯著。

關(guān)鍵詞：連續(xù)重整裝置;板殼式換熱器;纏繞管式換熱器;能耗

0 引言

某連續(xù)重整裝置設(shè)計規(guī)模為1.2Mt/a，其混合進料換熱器選用進口板殼式換熱器。2013年大檢修期間將裝置擴能至1.44Mt/a后，重整進料板殼式換熱器壓降增大至120kPa，換熱效率降低，造成四合一加熱爐瓦斯能耗增加，影響了裝置的生產(chǎn)穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

2017年大檢修期間，將原板殼式換熱器更換為纏繞管換熱器，熱端溫差降至29℃左右，換熱器管殼程壓降穩(wěn)定在80-90kPa，效果顯著。

1 兩種換熱器介紹

1.1 板殼式換熱器

20世紀末，國內(nèi)首次在催化重整裝置上引進了法國Alfa laval公司的板殼式換熱器。國產(chǎn)換熱板片采用分步模壓成形，進口板片采用水下爆破成形，板束均采用全焊接結(jié)構(gòu)。板殼式換熱器在傳熱效率、壓降、占地等方面優(yōu)勢明顯，但全焊接式板殼式換熱器的制造要求嚴格、加工難度大[1]。

1.2 纏繞管式換熱器

纏繞管式換熱器由管束、下管箱、上管箱和殼體組成。下管箱有循環(huán)氫入口、進料口、氣體分布板和液體分布管，管束包括上、下管板及換熱管芯體，熱流走殼程，冷流走管程。

纏繞管式換熱器換熱管反向螺旋纏繞，改善了流體流動狀態(tài)，形成強烈的湍流;換熱管內(nèi)流體螺旋流動強化了管程傳熱，殼程折流部件的擾動也起到了強化傳熱的作用，殼程折流部件的擾動也起到了強化傳熱的作用。

換熱管內(nèi)流體呈螺旋流動，流道截面形成二次流，殼程流體在各管程之間形成湍流，降低了流體對殼壁的附著。換熱管和墊條、管卡的合理設(shè)置，纏繞管式換熱器基本沒有死區(qū)，殼程流體逆流橫向交叉通過繞管，在相鄰管之間、層與層之間不斷分離和匯合，使殼程流體形成了劇烈湍流，確保了殼程流體的均勻分布，且減少了結(jié)垢的幾率。下管箱中設(shè)置盤式氣體分布器和管式液體分布器，分布器上優(yōu)化開孔設(shè)計，有效保證了氣液兩相在管程內(nèi)的均勻分布。進入管內(nèi)的流體則以螺旋方式流動，增強流體的剪切力，湍流流動狀態(tài)穩(wěn)定，而且降低了管壁附著的可能性及結(jié)垢傾向。但因換熱管管徑較小，且為螺旋纏繞式，一旦管內(nèi)堵塞，不易清洗;而換熱管外為墊條和管卡支撐結(jié)構(gòu)，且纏繞管管束與殼體間為焊接結(jié)構(gòu)，使得殼程無法打開檢修和清洗，通常只能采用化學(xué)清洗。

為了充分發(fā)揮纏繞管換熱器的性能優(yōu)勢，不宜將其應(yīng)用在易結(jié)垢或有機械雜質(zhì)的場合，且換熱器管程入口宜設(shè)置過濾器。

2 更換前及更換后相關(guān)數(shù)據(jù)采集

2.1 采集范圍及采集內(nèi)容

2016年與2019年裝置運行平穩(wěn)，處理量、反應(yīng)溫度無大幅調(diào)整，工況相近，因此采集這兩年的數(shù)據(jù)進行分析。

取兩種換熱器運行時循環(huán)機出口壓力、換熱器熱端出口溫度、燃料氣消耗量、除鹽水消耗量、循環(huán)機蒸汽消耗量、電能損耗以及進料控制閥運行情況，進行數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計。

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3 數(shù)據(jù)對比分析

3.1 循環(huán)機出口壓力

由表1和表2的數(shù)據(jù)可以得到：

使用板殼式換熱器時，循環(huán)機出口壓力在滿負荷下平均壓力為0.5210MPa;使用纏繞管式換熱器時，循環(huán)機出口壓力在滿負荷下平均壓力為0.4898MPa。進料換熱器更換后，重整反應(yīng)系統(tǒng)壓降較之前使用板式換熱器下降0.028MPa。

3.2 換熱器熱端冷端出口溫度

在工作中使用板殼式換熱器時，混合進料換熱器熱端出口平均值為439.67℃，冷端出口平均值為108.81℃;進料換熱器使用纏繞管式換熱器時，混合進料換熱器熱端出口平均值為460.71℃，冷端出口平均值為97.71℃。

進料換熱器更換后較之前使用板式換熱器熱端出口溫度提高21.04℃，冷端出口溫度降低11.1℃。

3.3 四合一爐一號加熱爐瓦斯

使用板殼式換熱器時，四合一爐一號爐所需瓦斯量平均值為2471.11Nm3/h;使用纏繞管式換熱器時，四合一爐一號爐所需瓦斯量平均值為1637.58Nm3/h。

在進料量與反應(yīng)苛刻度一致的情況下，四合一爐一號爐瓦斯平均消耗量較之前使用板式換熱器降低833.58Nm3/h。

3.4除鹽水消耗量

由于技改后換熱效率提高，冷端溫度降低，反應(yīng)空冷器負荷降低。本裝置所采用的表面蒸發(fā)式反應(yīng)空冷器，使用除鹽水作為噴淋水。空冷器負荷降低，除鹽水蒸發(fā)消耗量降低。使用板殼式換熱器時，除鹽水消耗量平均值為50.44t/h;使用纏繞管式換熱器時，除鹽水消耗量平均值為47.925t/h。進料換熱器更換后，裝置除鹽水消耗量平均值較之前使用板式換熱器降低2.25t/h。

3.5 循環(huán)機蒸汽消耗量

使用板殼式換熱器時，循環(huán)機的蒸汽消耗量平均值為17.299t/h;使用纏繞管式換熱器時，循環(huán)機的蒸汽消耗量平均值為15.81t/h。

進料換熱器更換后，循環(huán)機的蒸汽消耗量平均值較之前使用板式換熱器降低1.5t/h。

3.6 進料控制閥運行情況

進料換熱器更換前，重整進料控制閥副線閥開度為30%，勉強達到生產(chǎn)所需的負荷。副線操作，裝置的安穩(wěn)運行會受到影響，如遇到緊急情況需大幅度降量時，進料控制閥調(diào)節(jié)滯后，需外操人員現(xiàn)場關(guān)閉控制閥副線。

進料換熱器更換后，重整進料控制閥閥位一直保持70%左右，控制閥副線未開。

3.7 電能損耗

進料換熱器更換前，重整反應(yīng)空冷及噴淋水泵處于全開狀態(tài)，反應(yīng)空冷冷后溫度仍會出現(xiàn)>42℃情況。使用纏繞管式換熱器時，換熱效率提高，反應(yīng)空冷器負荷得到降低，噴淋水泵不需要全開，在停運2臺噴淋水泵及2臺空冷風(fēng)機的情況下，也可使反應(yīng)空冷冷后溫度滿足生產(chǎn)設(shè)計要求。

由電流表及電壓表知：噴淋水泵電機電流為28A、電壓為380V;空冷風(fēng)機電機電流為17A、電壓為380V。

由功率計算公式P=UI得：

噴淋水泵電機實際功率：P1=U1I1=28×380=14.44kW;

空冷風(fēng)機電機實際功率：P2=U2I2=6.46kW。

則每個小時節(jié)省電：2×（14.4+6.4）=41.6度。

4 結(jié)語

某公司1.44Mt/a連續(xù)重整裝置混合進料換熱器更換為纏繞管式換熱器，投用已有3年，整體運行良好，能夠滿足裝置生產(chǎn)需求，且節(jié)能效果顯著。

參考文獻：

[1]秦永強.國產(chǎn)大型板殼式換熱器在芳烴聯(lián)合裝置的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2017，38（3）：1-4.