(中國石化 洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

板殼式換熱器在重整反應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用中的節(jié)能分析

曹世凌

(中國石化 洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

通過分析中國石化某公司重整裝置反應(yīng)系統(tǒng)原立管式進(jìn)料換熱器運(yùn)行效果，發(fā)現(xiàn)其熱端溫差高，反應(yīng)系統(tǒng)壓降大。通過將原立管式進(jìn)料換熱器更換為高效板殼式換熱器。一反爐入口溫度由427.6 ℃提至463.2 ℃，一反爐燃料氣消耗由1 633 kg/h降低至1 136 kg/h，節(jié)省燃料氣折合標(biāo)準(zhǔn)燃料油472.15 kg/h，降低裝置的綜合能耗5.16 kg/t，節(jié)標(biāo)準(zhǔn)燃料油3.966 06萬t/a，年經(jīng)濟(jì)效益1 388.12萬元。而更換板殼式換熱器各種投資合計(jì)1 285萬元，投資回收期0.93年，可廣泛應(yīng)用于重整、芳烴、加氫和乙苯等裝置，節(jié)能效果明顯。

重整 ; 板殼式換熱器 ; 應(yīng)用 ; 節(jié)能 ; 效益

0 概述

中國石化某公司重整裝置主要包括預(yù)加氫、重整反應(yīng)、氫氣再接觸、后分餾、催化劑再生及蒸汽發(fā)生等單元，采用法國IFP連續(xù)重整技術(shù)，以石腦油為原料，處理量70萬t/a。重整反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)料換熱器是重整裝置關(guān)鍵的節(jié)能設(shè)備，具有冷熱流體流量大及熱負(fù)荷高的特點(diǎn)，2011年裝置節(jié)能改造前此換熱器采用兩臺并聯(lián)純逆流立管式換熱器。2004年10月對其實(shí)施國產(chǎn)化連續(xù)重整技術(shù)改造，催化劑再生部分采用“LPEC連續(xù)重整成套技術(shù)”，重整反應(yīng)部分在原有基礎(chǔ)上增加第三重整反應(yīng)器和第二重整反應(yīng)加熱爐，裝置流程由“三爐三反”改為“四爐四反”。

1 立管式進(jìn)料換熱器更新的必要性

在裝置生產(chǎn)過程中，重整進(jìn)料與反應(yīng)產(chǎn)物換熱所用換熱器，對臨氫系統(tǒng)壓降和熱能的高效利用影響較大。重整反應(yīng)系統(tǒng)為裝置核心，反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)料換熱器熱負(fù)荷占加熱進(jìn)料總負(fù)荷的80%～85%，進(jìn)料加熱爐熱負(fù)荷只占15%～20%，因此該換熱器換熱效率高低對裝置的能耗影響較大。裝置節(jié)能改造前，反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)料換熱器采用兩臺并聯(lián)純逆流立管式換熱器，設(shè)計(jì)換熱面積2 704 m2。隨著裝置多次擴(kuò)能改造，裝置的處理量不斷提高，反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)料換熱器熱端溫差逐漸升高，2011年8月，其熱端溫差高達(dá)65 ℃，熱量回收率低。為維持反應(yīng)系統(tǒng)壓力，重整循環(huán)氫壓縮機(jī)驅(qū)動用3.5 MPa蒸汽消耗增加約2.7 t/h。因此，將立管式進(jìn)料換熱器更換為高效板殼式換熱器顯得尤為必要。

2 板殼式換熱器在重整反應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 板殼式換熱器

板殼式換熱器由壓力容器外殼及傳熱板束組成，既保持板式換熱器的結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，又具有列管式換熱器能在高溫和高壓條件下操作的優(yōu)點(diǎn)[1-2]。板殼式換熱器板間距較板式換熱器增大，無墊片[3]；板厚度增加，板間距也增加；采用焊接方式連接各板，密封性能良好；結(jié)構(gòu)緊湊；流動阻力小[4]。

1999年，國內(nèi)首臺板殼式換熱器在克拉瑪依石油化工廠成功應(yīng)用，與列管式換熱器相比,設(shè)備參數(shù)和應(yīng)用效果見表1。

采用板殼式換熱器后，其傳熱面積較列管式換熱器減少250 m2，總高度降低7 m。反應(yīng)物料進(jìn)加熱爐提高16 ℃，加熱爐的熱負(fù)荷降低[5]。

表1 二段混氫板殼式換熱器與原管殼式換熱器比較

2.2 板殼式換熱器在重整反應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用

國產(chǎn)板殼式換熱器于20世紀(jì)90年代開始研制，因其具有傳熱效率高、熱端溫差小、壓降小、污塞傾向小、結(jié)構(gòu)緊湊和安全可靠等特點(diǎn)，在國內(nèi)燕山石化、華北石化、高橋石化等企業(yè)得到較為廣泛的應(yīng)用。

2011年9月，利用裝置節(jié)能改造機(jī)會，將重整反應(yīng)系統(tǒng)原兩臺并聯(lián)純逆流立管式換熱器更換為一臺高效板殼式換熱器，立式結(jié)構(gòu)，采用全焊接板殼式換熱器結(jié)構(gòu)，由板束、上下膨脹節(jié)及殼體構(gòu)成，換熱器內(nèi)換熱板片為RZ系列人字型板片。換熱器型號為LBQ2500-1.06/0.85-RZ4，由蘭州某公司研制。同年10月裝置開工以來，高效板殼式換熱器運(yùn)行情況良好。換熱板束結(jié)構(gòu)簡圖和板殼式換熱器設(shè)備分別見圖1和圖2。

圖1 板殼式換熱器換熱板束結(jié)構(gòu)簡圖

在板殼式換熱器內(nèi)，冷態(tài)的循環(huán)氫與重整進(jìn)料經(jīng)分布器分布后，在板束下管箱內(nèi)混合均勻進(jìn)入板管流道，物料在板管流道中自下而上流動，匯集到板束上集箱并流出換熱器。熱態(tài)的反應(yīng)出料由板束上端殼程側(cè)向開口進(jìn)入板管間流道，物料在板管間流道中自上而下流動，由板束下端殼程側(cè)向開口流出殼程。板程介質(zhì)與殼程介質(zhì)在板束內(nèi)純逆流換熱。

圖2 板殼式換熱器設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖

3 更換板殼式換熱器節(jié)能效果及投資

重整反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)料換熱器更換為板殼式換熱器后，與原立管式換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)對比見表2。

從表2可看出，板殼式換熱器總傳熱系數(shù)較原立管式換熱器高76.1 W/(m2·K)，傳熱總負(fù)荷增加5 591 kW，傳熱及節(jié)能效果明顯。

3.1 更換板殼式換熱器節(jié)能效果

2012 年2月14-17日，對重整裝置進(jìn)行裝置生產(chǎn)標(biāo)定，板殼式換熱器主要標(biāo)定數(shù)據(jù)與原立管式換熱器運(yùn)行數(shù)據(jù)對比見表3。

表2 板殼式換熱器與立管式換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)對比

表3 進(jìn)料換熱器更新前后運(yùn)行參數(shù)對比

從表3可以看出，所列出的板殼式換熱器參數(shù)均優(yōu)于原立管式換熱器，尤其是板殼式換熱器熱端溫差和壓降分別只有15.7 ℃和0.05 MPa，較原立式換熱器降低44.7 ℃和0.05 MPa。通過更換進(jìn)料換熱器，一反爐入口溫度由427.6 ℃提至463.2 ℃，一反爐燃料氣消耗由1 633 kg/h降至1 136 kg/h，降低497 kg/h，折合標(biāo)準(zhǔn)燃料油472.15 kg/h。重整裝置處理量以91.5 t/h計(jì)算，降低裝置的綜合能耗5.16 kg/t。

3.2 更換板殼式換熱器經(jīng)濟(jì)效益及投資

通過分析更換板殼式換熱器節(jié)能效果可以看出，更換板殼式換熱器后，裝置加熱爐燃料氣消耗降低497 kg/h，折合標(biāo)準(zhǔn)燃料油472.15 kg/h。按照燃料油3 500元/t、裝置年運(yùn)行8 400 h計(jì)算，節(jié)標(biāo)準(zhǔn)燃料油3 966.06 t/a，年經(jīng)濟(jì)效益1 388.12萬元。重整反應(yīng)系統(tǒng)更換高效板殼式換熱器，各種設(shè)備投資和其他費(fèi)用見表4。

表4 更換板殼式換熱器各種投資

從表4可看出，重整反應(yīng)系統(tǒng)更換板殼式換熱器各種投資合計(jì)1 285萬元，而其年經(jīng)濟(jì)效益1 388.12萬元，投資回收期0.93年，投資回收期短。

4 結(jié)論

通過分析重整原立管式進(jìn)料換熱器運(yùn)行效果，發(fā)現(xiàn)其熱端溫差高，反應(yīng)系統(tǒng)壓降大。通過更換板殼式換熱器，一反爐的入口溫度由427.6 ℃提至463.2 ℃，一反爐燃料氣的消耗由1 633 kg/h降至1 136 kg/h，降低497 kg/h，折合標(biāo)準(zhǔn)燃料油472.15 kg/h，重整裝置處理量以91.5 t/h計(jì)算，降低裝置綜合能耗5.16 kg/t。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，按照每噸燃料油3 500元、裝置年運(yùn)行8 400 h計(jì)算，每年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)燃料油3 966.06，年經(jīng)濟(jì)效益顯著，投資回收期短，可廣泛應(yīng)用于重整、芳烴、加氫和乙苯等裝置，節(jié)能效果明顯。

[1]朱聘冠.換熱器原理與計(jì)算[M].北京:清華大學(xué)出版社，1987:164-217.

[2]Andre Peze.Les Echangeurs Pldtulaire[J]. Information Chimie,1983,243:264-268.

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[4]朱玉琴.新型全焊板殼式換熱器及其應(yīng)用[J].西北電力技術(shù)，2002(3)：39-42.

[5]魏兆藩,王丕宏,張延豐,周建新. 大型板殼式換熱器研制[J].石油化工設(shè)備，2000(4)：26-31.

2013-11-15

曹世凌(1964-)，男，高級工程師，從事能源管理工作，電話：13623795128。

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