螺旋板换热器在粗苯贫富油换热的应用

摘要：分析了浮头式列管换热器的故障现象及产生原因，提出改造方案，并根据改造后的实际情况将脱苯塔和贫富油换热器部分的贫油工艺进行了合理改进。该项目具有投资少、工艺合理、操作简单、使生产更加稳定、极大地提高了粗苯生产的开工率和收率、减少生产成本等特点。
　　关键词：浮头式列管换热器  脱苯塔  贫油 富油螺  旋板换热器
　　１ 概述
　　天津天铁炼焦化工有限公司回收分厂粗苯工段于２００１年５月开工，其生产工艺是：利用洗油吸收焦炉煤气当中的苯变为富油，再对富油进行加热升温达到１８０℃，并在脱苯塔中进行蒸馏，将富油当中的苯提炼出来变为产品； 此时，富油又变为贫油，经过换热降温达到２６℃，再返回去吸收煤气当中的苯，如此循环往复。
　　本文当中提到的浮头式列管油油换热器和螺旋板式油油器，其安装在贫油和富油交换热量的地方，其作用是充分利用脱苯塔底部采出的１９０℃左右的贫油的废热给入脱苯塔的富油进行加热，最大限度地利用贫油当中的废热，不仅可以减少加热富油的煤气用量，还可以减少冷却贫油的冷却水投入。
　　到２００２年９月，４台浮头式列管油油换热器相继出现贫富油串漏现象。当时，停工检查，发现分别有４～５根列管出现腐蚀串漏情况，并立即进行堵漏处理。到２００２年１１月，相继又发现有１０余根列管发生腐蚀串漏情况。此时，浮头式列管油油换热器已经出现一半左右的列管发生腐蚀串漏，堵漏处理后换热面积急剧下降，无法满足生产的需要。该换热器设计使用寿命为１５年，实际使用不到１年半。针对以上问题，我们组织技术人员进行研究、考察后决定，进行技术改造，用不锈钢螺旋板换热器替代原浮头式换热器，以防止串漏，并对相关贫油工艺进行部分改造，提高粗苯生产的稳定性及开工率。
   ２ 原因分析
     由于循环洗油在反复的与煤气直接接触的吸收过程中，煤气中的杂质（如：氨、等腐蚀性物质）不Ｈ２Ｓ断的进入粗苯洗油当中。含有氨、等腐蚀性物质的Ｈ２Ｓ富油经过管式炉加热到 １８０ ℃，在高温下，氨、等 Ｈ２Ｓ腐蚀性物质具有极强的腐蚀性。直接导致浮头式列管油油换热器的列管因腐蚀发生串漏现象。不仅降低了换热器的使用寿命，而且使粗苯生产经常性的停工。因此，粗苯的收率和产量大受影响。
     浮头式列管油油换热器的列管材质虽然为不锈钢，然而其管壁太薄（厚度为 ２．５ ｍｍ），换热面积又小，其本身就具有换热效率较低，耐腐蚀能力较差的缺点。因此，必须改用高效耐腐蚀换热器，并适当增加换热面积。
    ３ 改造方案
    ３．１ 将原４台浮头式换热器（８０ ｍ２／台）拆除，安装４台不锈钢螺旋板式换热器（１００ ｍ２／台），工艺管线做相应配套改造。
    ３．２ 为克服螺旋板式换热器换热面积增大带来的运行阻力增大的缺点， 再增加两台热贫油泵（一开一备）。
    ３．３ 相关电器改造的备件均采用防爆型，所有改造工艺管道均采用不锈钢材质。此次改造的设备材料投资共需约 ９０ 万元左右。
    ４ 改造过程
     经过充分的技术研究和结合我分厂的生产实际，在２００３年３月，将４台浮头式列管油油换热器改造为４台螺旋板换热器（壁厚为 ４ ｍｍ）。改造后设备的耐腐蚀性和换热效率都得到了较大地提高，然而，运行阻力却增大了。为此，分厂因地制宜地将粗苯的部分生产工艺进行了如下改造。
    ４．１ 脱苯塔贫油部分工艺原设计
     见图 １。原设计中的脱苯塔底部的贫油是依靠与下部的贫油槽的高度落差产生的压力，自流进入浮头式列管换热器。贫油与富油进行热交换后再流回贫油槽，再经过贫油泵送往贫油冷却器进行降温处理。
                   
    缺点是浮头式列管换热器的换热效率低，耐腐蚀能力差，因此经常导致粗苯生产的停产。
    ４．２ 为了适应新设备的工艺改造
    由于改造后的螺旋板换热器板间距为１５ ｍｍ，贫油经过换热器的运行阻力已经大于脱苯塔底部与贫油槽的高度差产生的压力，如果还将脱苯塔底部的贫油直接进入改造后的螺旋板换热器，只依靠原来的静压，已经无法使换热后的贫油再回到底部的贫油槽，粗苯生产将无法继续进行。
    为解决新的阻力问题，将这部分工艺改造。见图2

                
                                 图 2 改造后的脱苯塔和油油换热器部分的工艺图
    先让脱苯塔底部的贫油直接进入其下部的贫油槽。从贫油槽底部出来的热贫油用一个新增的热贫油泵经过加压后再进入高效的螺旋板换热器进行换热，解决了螺旋板换热器的运行阻力问题，使该部分工艺改造更加完善。
      ５ 运行效果及比较
      ５．１ 设备寿命比较
     油油换热器于２００１年５月开工投产，到２００２年１１月，４台浮头式列管油油换热器相继出现贫富油串漏现象，设备连续运行一年半。从２００３年３月该项目改造完毕，至２００５年８月， 该系统已经运行２年零５个月，还没有出现因换热器腐蚀串漏而引起停工的事情发生。
    ５．２ 粗苯开工率提高及其增加的产量统计比较
    改造前：
    以２００２年的粗苯生产状况为例：２００２年９月日浮头式换热器列管泄漏导致停产，９月１５日维修完毕， 此次停产共计７天；２００２年１１月１７日浮头式换热器列管又发现泄漏并导致停产，１１月２７日维修完毕，此次停产共计１０天。
    改造后：
    从２００３年３月该项目改造完毕，至２００５年８月，该系统已经运行２年零５个月，还没有出现因换热器腐蚀串漏而引起停工的事情发生。因此，与 ２００２年相比，粗苯系统开工的时间提高了７＋１０＝１７天，粗苯日产量为３３ｔ，因此提高的粗苯产量为 １７×３３＝５６１ｔ，粗苯销售价格为４０００元／ｔ，此项收益为５６１× ４０００＝２２４万元。
    ５．３ 换热器后的贫富油温度变化
    经过螺旋板换热器的富油温度由原来的 １３０ ℃，上升至１４５ ℃； 经过换热器后的贫油温度由原来的１１０℃，下降至８５℃，更高效地利用了贫油的废热。
   ５．４ 由于油油换热器后的贫油温度由原来的 １１０℃，下降为 ８５℃，直接减轻了贫油一二段冷却器的工作负荷， 减少了冷却水用量。
   ５．５ 由于油油换热器改造为高效的螺旋板换热器后，
     粗苯管式炉的煤气用量由原来的１０５０ ｍ３／ｈ，下降为现在的８００ ｍ３／ｈ左右，直接节约煤气用量２５０ ｍ３／ｈ。煤气销售价格为 ０．７ 元／ ｍ３， 设粗苯全年开工时间为 ３２０天， 因此每年节约煤气创造的价值为：
   （１ ０５０－ ８００）× × ×２４ ３２０ ０．７＝１３４ 万元
    综上所述，粗苯油油换热器系统的成功改造运行，每年可为公司创造直接经济效益为 ２２４＋１３４＝３５８万元。
    ６ 结论
    ６．１经过我厂的实际生产运行情况的验证，此项技术改造是非常成功的。
    ６．２其技术创新亮点是选用了厚度为４ ｍｍ的不锈钢螺旋板换热器， 较大地提高了换热器的耐腐蚀能力和换热效率， 并且为了解决新设备存在的缺点， 合理的改变了工艺流程， 使此项工艺改造趋于完美。
     ６．３不仅高效地利用了贫油的废热给富油进行加热，极大的节约了管式炉的煤气用量，减少了贫油冷却器的冷却水用量，而且使生产更为稳定，提高了粗苯生产的开工率和粗苯产量，取得了非常明显的经济效益。