缠绕管式换热器在连续重整装置的应用-辽宁华锦金晓晨-

1、缠绕管式换热器在连续重整装置的应用金晓晨 黄武生 王建伟 吴峰(辽宁华锦集团炼化分公司 盘锦 124021摘要:介绍了缠绕管式换热器在华锦炼化分公司重整进料换热器的成功应用情况,应用结果表明,采用新型换热器后,装置运行稳定,与国内外同类装置采用的板式换热器换热效果相当。通过与板式换热器和常规列管式换热器的应用对比,阐述了缠绕管式换热器作为重整进料换热器的优势。关键词:缠绕管式换热器 连续重整 对比1 前言华锦炼化分公司连续重整装置是联合装置的重要组成部分,采用美国UOP公司的工艺技术,由洛阳石化工程公司进行工程设计。装置与联合装置一同于2007年7月开始开工建设, 2009年12月一次投料开车

2、成功。在华锦连续重整装置中首次采用国产的缠绕管式换热器作为装置进料换热器。连续重整装置的进料换热器是装置中关键设备,正确选择进料换热器的形式,不仅可以降低重整反应系统的压降,而且还可以降低加热炉的负荷,节约燃料消耗。由于目前的重整装置都在较低的压力下操作,为了降低重整循环氢压缩机的负荷,还要求重 整反应系统的压降要小。在国外,林德公司在合成氨甲醇洗系统中推出了缠绕管换热器系列。目前该种换热器在我国主要应用于大化肥合成氨装置。经过引进的消化吸收,镇海炼化检修安装公司开发了具有自主知识产权的缠绕管式换热器,已在大化肥、空分、炼油、化工装置等方面得到了广泛的应用。2005年镇海炼化150万吨/年加氢

3、裂化装置上的高压换热器部分首次采用2台缠绕管式换热器,经过几年运行,该换热器运转正常,与传统的螺纹锁紧式换热器相比具有占地面积省,换热器热端温差小,换效率高等特点。缠绕管式换热器的广泛应用和其占地省、效率高的特点非常适合连续重整进料换热器对换热器的技术要求,考虑镇海建安公司在化肥及炼油等装置的丰富应用业绩,经过与洛阳石化工程公司组成专家组慎重研究,决定在华锦炼化分公司连续重整装置采用缠绕管式换热器型式,由镇海石化建安工程公司制作。2 华锦重整缠绕管式进料换热器结构及基本参数2.1 设备结构介绍缠绕管式换热器主要由壳体和芯体及其接管组成,如图一所示。其中芯体结构较复杂,由中心筒、换热管、垫条及管

4、卡等组成。是在与管板相连的中心筒上, 以螺旋状交替缠绕数层小直径换热管形成管束,再将管束放入壳体内的一种换热器。其具有结构紧凑、可同时进行多种介质换热、管内操作压力高、传热管的热膨胀可自行补偿、换热器易实现大型化等特点。氢气由循环氢入口进入换热器,原料重石脑油自油入口进入换热器后与氢气混合 ,通过分配盘使油气得到充分的混合后进入换热管。2.2 本装置缠绕管式换热器的主要参数表一 华锦缠绕管式换热器主要参数参数 壳程 管程设计压力 MPa 0.5 0.73设计温度 518 497污垢热阻 m2K/W 0.0003 0.0003换热量 kW 26994 26994传热系数 W/(m2K 345.0

5、49换热面积 m2 3890压力降 kPa 33.86 13.95(不含气液分布器换热管规格 mm 181.2 DN=2300换热管材料 0Cr18Ni10Ti中心筒规格 mm 7203 缠绕管式换热器与板式换热器和列管式换热器特点对比目前重整进料换热器都采用立式换热器,主要有两种型式,一种是列管式立式换热器,另一种是板壳式换热器。板壳式换热器较管壳式换热器具有更高的传热系数,能够回收更多的热量。但由于制造难度大,近十年来,多采用进口板壳式换热器( Packinox。虽然该设备在技术上完全满足要求,但设备价格昂贵,一次投资费用高且制造周期长。3.1 换热器运行对比衡量换热器的好坏主要有两个方面

6、 ,一是热端温差 (热流入口温度与冷流出口温度的差值 ,另一方面是管壳程压降总和 (P。热端温差越小 (即冷流被热流加热的温度越高 说明换热效果越好。对于超低压的重整来说,重整进料 /产物换热器的压降在整个反应系统压降中占有很大的比例。换热器的压降小可以降低循环氢压缩机的负荷,这些对于大型的连续重整装置是非常重要的。下面就本50万吨/年连续重整装置进料换热器标定数据与设计数据及列管换热器及进口板式换热器进行工艺操作参数对比,具体见表二。表二 三种换热器工艺参数对比表缠绕管式换热器 项目 管壳换热器 板壳式换热器设计 标定热端温差, 48 30 30.69 26.2管程压降,KPa 15 15

7、24 17.3壳程压降,KPa 27 24 33.86 48.0换热器负荷,MW 26.7 28.08 28.08 28.07加热炉负荷减少,MW 0 1.23 1.23 1.24设备重量,t 96.5 68 85从以上对比结果来看,缠绕管式换热器换热效果较好,换热深度与板式换热器基本相当。壳程压降较大,在标定过程中满负荷情况下壳程压降达到48KPa。设备重量较列管式换热器轻很多,比板壳式换热器略重。换热器的轻量化可一方面可以节约钢材,另一方面可以节约安装空间,降低安装费用。3.2 操作费用及投资对比三种重整进料换热器投投、操作费用及抽余周期等情况对比见表三。表三 三种进料换热器投资及操作费用

8、对比表项目 列管换热器 进口板壳式换热器缠绕管式换热器进料换热器投资,万元 基准 基准+1200 基准+250四合一加热炉投资,万元 基准 基准-165 基准-165总投资变化,万元 基准 基准+1035 基准+85进料加热炉燃料费用,万元/年 基准 基准-250 基准-245投资回收期,月 0 49.7 4.16订货周期,月 基准 基准+6 基准从以上结果可以看出,进口板壳式换热器虽然重量轻换热效果好,但其一次投资较高,投资回收期长。采用缠绕管式换热器考虑四合一加热炉投资的减少总投资仅比常规管壳式换热器略高。3.3 操作方面对比由于板壳式换热器结构方面原因,为了避免热膨胀应力对设备的损害,要

9、求工艺操作方面在开停工升降温过程必须严格执行规定的升降温速度。但缠绕管式换热器由于 管束两端均有自由段,因此不存在热膨胀应力。另一方面由于缠绕管式换热器只有法兰,换热器泄漏的风险非常小。华锦重整装置在运行过程中也证明了以上两点。从运行考察和标定结果来看,缠绕管式换热器能够适应各种工况,投用以来一直运行平稳,对比板式换热器升降温严格的速率控制(10-15/h,没有严格的限制。在装置烘炉及开停车期间,完全按照工艺要求操作未发现异常,表现出了不受系统开、停车影响、不受设备运行过程中温度、压力波动变化影响温度升降无严格要求的特点,达到了预期设计目的,为装置长周期安稳长满优运行打下了良好的基础。4 存在

10、问题讨论4.1 管壳程差压较大、设备维修及清洗困难通过表二的对比发现,在标定满负荷工况进料换热器壳程出入口差压达到48KPa,高于设计值。在以后的正常装置操作过程中,非满负荷工况下壳程压降下降很多。考虑以上情况,可以通过进一步优化设计降低壳程压降。压降大是缠绕管式换热器在加氢裂化等装置应用的突出问题,这也是由于其管束结构复杂造成的。它的结构特点也同样给换热器结垢后的清洗带来了不便,无法用常规的机械清洗法对设备进行清洗除垢,只能采取化学清洗的方法。在装置大修时可对换热器进行解体,对设备进行全面的检查和维修过程壳体内部检查与检验将十分困难。4.2 无应用经验,须逐步摸索在连续重整装置进料换热器的应用中采用缠绕管式换热器尚属首次,装置运行时间还不足两年,还须要几个周期的检验才能确认其在连续重整装置长周期运转的可靠性。5 结论通过缠绕管式换热器在辽宁华锦炼化分公司连续重整装置进料换热器一年多的工业应用表明:1该换热器的换热强度优于设计值,热端温差达到26.2。大大降低了四合一加热炉的负荷,降低了装置消耗,经济效益显著。2虽然其壳程差高较高,但在操作过程中除压缩机能耗略高外未发现其它不利影响。3该换热器对工艺操作无苛刻要求,一方面降低了装置操作难度,减少了误操作对设备的损害,另一方面减少了开停工所用的时间,降低于开停工的经济成本。参考文献:1、