潤滑油加氫裝置加熱爐余熱回收系統(tǒng)改造效果分析

崔進(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

某40 wt/a石蠟基高壓加氫潤滑油基礎(chǔ)油裝置加熱爐部分包括一臺加氫裂化反應(yīng)進料加熱爐、一臺加氫裂化分餾進料加熱爐、一臺異構(gòu)脫蠟反應(yīng)進料加熱爐、一臺異構(gòu)脫蠟分餾進料加熱爐和一套煙氣余熱回收系統(tǒng)和一座60 m獨立鋼煙囪。并設(shè)有變頻控制的鼓風(fēng)機和引風(fēng)機各一臺。通過對加熱爐的核算發(fā)現(xiàn)，四臺加熱爐的熱效率均低于設(shè)計值92%。分析發(fā)現(xiàn)加熱爐負荷較設(shè)計值偏高，加熱爐排煙溫度較高，余熱回收系統(tǒng)回收熱量較少，從節(jié)能的角度上來看有必要對空氣預(yù)熱器進行改造。

1 空氣預(yù)熱器的主要形式

管式空氣預(yù)熱器 ：我國70年代使用的空氣預(yù)熱器多數(shù)為固定光管式空氣預(yù)熱器，其傳熱系數(shù)K僅達14 W/(m2·K)～28 W/(m2·K)左右，且設(shè)備體積及重量較大，目前已很少采用。

熱管空氣預(yù)熱器：熱管是一種高傳熱效率的設(shè)備，它由一段密封管段組成，將內(nèi)部空氣抽出，充入一定數(shù)量的液體稱為工質(zhì)，通常為水。工作時當管外放熱介質(zhì)流過時，將熱量傳到管段充入介質(zhì)的一端，此時管內(nèi)液體一部分被蒸發(fā)，并流向管外有冷介質(zhì)流過的另一端，管內(nèi)被冷凝的液體又返回蒸發(fā)段。這種現(xiàn)象不斷循環(huán)，以達到冷、熱兩種流體換熱的目的。

擾流子空氣預(yù)熱器：擾流子是一種構(gòu)造簡單、強化傳熱效能高、阻力較小的管內(nèi)插入物。它利用破壞流體邊界層，增大流體在管內(nèi)流過的路程以及翅片效應(yīng)是傳熱效率大大提高。使用擾流子作傳熱元件的空氣預(yù)熱器叫擾流子空氣預(yù)熱器。換熱時，因空氣在管內(nèi)做螺旋運動中產(chǎn)生離心力，離心力使空氣之間產(chǎn)生擾動及產(chǎn)生徑向?qū)α?，促使邊界層減薄，因此傳熱系數(shù)可提高1.7倍。為了減少預(yù)熱器的體積，以翅片管為首選，它可以增加傳熱面積。由于管外纏繞翅片，管內(nèi)裝設(shè)擾流子，所以使擾流子空氣預(yù)熱器總傳熱系數(shù)大大增加。

2 空氣預(yù)熱器改造前運行狀況

現(xiàn)有四臺爐子(F-101、F-201、F-301、F-401)共用一套余熱回收系統(tǒng)。采用(擾流子＋熱管)組合式空氣預(yù)熱器回收煙氣余熱。當正常操作時，來自4臺加熱爐的熱煙氣引至60 m獨立鋼煙囪，經(jīng)煙囪內(nèi)部熱煙道下行后出煙囪，先后進入擾流子空氣預(yù)熱器和熱管空氣預(yù)熱器與空氣換熱，再由煙氣引風(fēng)機引至60 m獨立鋼煙囪內(nèi)冷煙道進行排放。冷空氣由鼓風(fēng)機先后送入熱管空氣預(yù)熱器和擾流子空氣預(yù)熱器與熱煙氣換熱后，經(jīng)熱風(fēng)道供4臺加熱爐燃燒器燃燒使用。

加熱爐熱損失的主要部分是排煙，因此降低排煙溫度是最為直接有效的措施，一般情況下排煙溫度每降低10 K，加熱爐熱損失減少0.5%～0.8%。自開工以來，實際排煙溫度平均較設(shè)計值高出40 ℃，夏季炎熱天氣排煙溫度高出設(shè)計值可達50 ℃。對空氣預(yù)熱器空氣側(cè)、煙氣側(cè)出入口溫度進行分析。

如表1所示排煙溫度高主要由煙氣側(cè)入口溫度大于正常工況所致。

表1 60%處理量工況下空預(yù)器設(shè)計值與實際值對比

如表2所示F101和F301的實際操作溫度分別較設(shè)計值高出10 ℃、39 ℃，因此較高的煙氣側(cè)入口溫度主要是F101、F301負荷較高所致。

表2 48t/h減三線進料工況下各加熱爐出口溫度實際與設(shè)計值比較

分析原因主要有：第一，由于設(shè)計原料與實際原料存在差異，二段進料氮含量經(jīng)常超標，需要提高一段反應(yīng)溫度來應(yīng)對，因此造成一段反應(yīng)加熱爐負荷偏高。第二，一段進料蠟含量較高，導(dǎo)致二段反應(yīng)器脫蠟困難，需要提高二段反應(yīng)溫度應(yīng)對，因此造成二段反應(yīng)加熱爐負荷偏高。原有設(shè)計的煙氣余熱回收系統(tǒng)已經(jīng)不滿足日益苛刻的原料條件以及連續(xù)高負荷生產(chǎn)的需要。同時燃料氣的消耗成本約占加氫裝置的約48%以上。從節(jié)能降耗的角度來看，對原有煙氣余熱回收系統(tǒng)的改造要求迫切[1]。

3 空氣預(yù)熱器改造方案

本次改造方案由南京圣諾熱管有限公司負責(zé)核算、設(shè)計。余熱回收系統(tǒng)中所有煙道均采用高強低導(dǎo)隔熱澆注料作為襯里，熱風(fēng)道采用硅酸鋁復(fù)合板+0.8 mm外包鋁皮進行保溫。為最大限度節(jié)約改造成本，將原有熱管空預(yù)器和擾流子空預(yù)器利舊。為提高空氣預(yù)熱器的換熱面積，采用增設(shè)空氣預(yù)熱器的方案。為降低煙氣溫度并充分利用煙氣余熱，結(jié)合現(xiàn)場實際布置條件，增加兩臺熱管式空氣預(yù)熱器，增加一臺擾流子空氣預(yù)熱器。煙氣進、出口接口、空氣進、出口接口，空氣側(cè)過渡段、煙氣側(cè)過渡段、煙道及風(fēng)道等各部件現(xiàn)場組焊成一體。熱管預(yù)熱器1(利舊)熱管預(yù)熱器2(新增)水平并列布置，與熱管預(yù)熱器3(新增)串聯(lián)。擾流子空氣預(yù)熱器1(利舊)與擾流子空氣預(yù)熱器2(新增)豎直串聯(lián)布置。具體流程示意圖如圖1所示。

圖1 改造后余熱回收系統(tǒng)示意圖

煙氣側(cè)：自熱煙道來煙氣經(jīng)擾流子空氣預(yù)熱器2(新增)，向下進入擾流子空氣預(yù)熱器1(利舊)，通過熱管預(yù)熱器3(新增)，然后進入并聯(lián)的熱管預(yù)熱器1(利舊)和熱管預(yù)熱器2(新增)，再由煙氣引風(fēng)機引至60 m獨立鋼煙囪內(nèi)冷煙道進行排放。

空氣側(cè)：自鼓風(fēng)機來冷空氣經(jīng)過并聯(lián)的熱管預(yù)熱器1(新增)和熱管預(yù)熱器2(利舊)，進入熱管預(yù)熱器3(新增)，向上進入擾流子空氣預(yù)熱器1(利舊)，后進入擾流子空氣預(yù)熱器2(新增)，最后進入熱風(fēng)道供四臺加熱爐燃燒器燃燒使用。

本次改造在2020年4月裝置大檢修期間完成，改造后的余熱回收系統(tǒng)在2020年4月27日投入使用。

4 空氣預(yù)熱器改造前后技術(shù)指標對比

新增的兩臺熱管預(yù)熱器和一臺擾流子預(yù)熱器換熱效果良好，排煙溫度由159 ℃降至125 ℃。

由表3可知，相同工況下，改造后的空氣余熱回收系統(tǒng)有效降低了加熱爐的排煙溫度，提高了四臺加熱爐的熱效率，達到了設(shè)計值92%以上。降低了燃料氣的消耗量330 Nm3/h，以天然氣單價2元/Nm3計算，每天可以降低燃料氣費用15 840元[2]。

表3 40t/h減三進料空氣預(yù)熱器改造前后技術(shù)指標

5 結(jié)語

通過增設(shè)一臺擾流子空氣預(yù)熱器，兩臺熱管空氣預(yù)熱器，并對原有空預(yù)器利舊，有效降低了煙氣的排煙溫度，提高了四臺加熱爐的熱效率，降低了裝置燃料氣的消耗量，實現(xiàn)了裝置的節(jié)能降耗。