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        螺紋鎖緊環(huán)式換熱器在渣油加氫裝置中的應(yīng)用

        2015-04-12 01:20:32陳健
        化工裝備技術(shù) 2015年3期
        關(guān)鍵詞:環(huán)式內(nèi)漏管程

        陳健

        (中化泉州石化有限公司)

        0 前言

        螺紋鎖緊環(huán)式換熱器是一種適用于高溫、高壓工況的熱交換設(shè)備,廣泛應(yīng)用于煉廠加氫裝置中。該換熱器具有密封性能可靠、壓緊螺栓密封、換熱效率高以及可帶壓排除泄漏等優(yōu)點。某公司3.3 Mt/a渣油加氫處理裝置,采用CLG公司的固定床渣油加氫脫硫工藝技術(shù),設(shè)計處理常壓渣油、減壓渣油、減壓重蠟油、焦化輕蠟油、焦化重蠟油的混合原料,經(jīng)過催化加氫反應(yīng),脫除硫、氮、金屬等雜質(zhì),降低殘?zhí)浚瑸橹赜痛呋鸦b置提供原料,同時生產(chǎn)部分柴油,并副產(chǎn)少量石腦油和干氣。

        1 換熱流程和換熱器的設(shè)計參數(shù)

        在該加氫裝置中,反應(yīng)流出物換熱流程如圖1所示。反應(yīng)產(chǎn)物/爐前進料、反應(yīng)產(chǎn)物/二反入口混氫、熱高分氣/混氫用的換熱器均為螺紋鎖緊環(huán)式換熱器,這些換熱器起著回收裝置反應(yīng)生成油氣熱量、降低加熱爐負荷、降低裝置能耗的作用。

        該裝置中的反應(yīng)產(chǎn)物/爐前進料換熱器的基本參數(shù)如表1所示。由表1可見,渣油加氫反應(yīng)產(chǎn)物/爐前進料換熱器的管、殼程介質(zhì)壓力高,管殼程操作環(huán)境為臨氫、硫化氫高溫工況,該類工況可供選擇的受壓元件材料為鉻鉬鋼和奧氏體不銹鋼。

        圖1 3.3 Mt/a渣油加氫裝置反應(yīng)產(chǎn)物換熱流程

        表1 換熱器主要技術(shù)參數(shù)

        2 螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的結(jié)構(gòu)及特點

        2.1 換熱器的結(jié)構(gòu)

        螺紋鎖緊環(huán)式換熱器為臥式結(jié)構(gòu),如圖2所示,由管板、上下部拉桿、定距管、折流板、殼程分程隔板、支持板、換熱管束、防振桿、滑道、防沖桿、殼程密封墊片、殼程分程密封帶、殼體、密封、密封壓環(huán)、分程箱、分隔環(huán)、頂壓螺栓、半圓壓蓋、外密封墊圈、密封盤、壓蓋、承壓環(huán)、外壓圈、內(nèi)壓圈、內(nèi)外壓桿、內(nèi)外壓緊螺栓等組成。

        主體密封有兩部分:一是管程側(cè)的密封,它通過緊固外圈壓緊螺栓—外壓桿—外壓圈—密封盤—外密封墊圈,逐漸傳遞壓緊力直至壓緊,從而保證設(shè)備的密封性;二是殼程側(cè)的密封,它通過緊固內(nèi)圈壓緊螺栓—內(nèi)壓桿—內(nèi)壓圈—壓環(huán)—頂壓螺栓—分合環(huán)—管箱內(nèi)筒—密封壓環(huán)Ⅰ—密封—密封壓環(huán)Ⅱ—管板—墊片,逐漸傳遞壓緊力直至壓緊,從而保證設(shè)備的密封性。

        圖2 螺紋鎖緊環(huán)式換熱器

        本文所述的換熱器是用于反應(yīng)產(chǎn)物/爐前進料的換熱器,型號為DFU1500-21.36/18.63-584-5.7/25-4,換熱器管板設(shè)計壓差為4.5 MPa,單系列分A/B兩臺。反應(yīng)流出物走殼程,殼體由分程隔板分隔成兩殼程,介質(zhì)由殼程上部入口進入殼程后,在殼程的上半部分繞經(jīng)一道道折流板后進入U形彎頭部分,然后流經(jīng)一道道折流板,最后由殼程下開口流出。由于殼程被分成兩部分,換熱效率增加,阻力降增大,且U形部分也起到了換熱的作用,不像單殼程換熱器那樣,U形部分為“死區(qū)”。螺紋鎖緊環(huán)式換熱器雙殼程的設(shè)計使得其換熱面積要大于同徑單殼程換熱器的換熱面積。管程為四管程,走反應(yīng)進料,介質(zhì)由管程下斜入口進入到分程箱,然后進入到管程,途經(jīng)兩處U形管后由上管程流入上部1/4分程箱,由分程箱上部斜出口流出。

        2.2 換熱器的優(yōu)點

        從換熱器的結(jié)構(gòu)可以看出其具有以下優(yōu)點。

        (1)密封性能可靠。通過螺紋鎖緊環(huán)上的內(nèi)、外圈壓緊螺栓,間接施力,在不拆卸管箱內(nèi)件的情況下來解決內(nèi)部的密封問題。

        (2)壓緊螺栓密封。較之普通換熱器的主螺栓,它只需提供密封墊片和密封面的最小密封比壓,其螺栓的直徑相對較小,便于緊固,容易發(fā)揮密封效果。

        (3)換熱效率高。殼體上無大法蘭連接,殼體開口接管盡量靠近管板,可以充分發(fā)揮傳熱作用。采用雙殼程結(jié)構(gòu),提高了有效溫差和殼程流速,使傳熱系數(shù)和換熱效率得以提高。

        3 換熱器的常見故障及原因分析

        該換熱器在運行過程中,常見的故障是內(nèi)漏。內(nèi)漏一般發(fā)生在殼程墊片、管板、U形管三個部位。產(chǎn)生故障的原因通常有下述幾方面。

        (1)螺栓預(yù)緊力不均勻。內(nèi)法蘭螺栓預(yù)緊力不均勻致使墊片受力不均勻,均布密封比壓低于墊片所需的密封比壓,導(dǎo)致泄漏。

        (2)螺栓預(yù)緊力不夠。墊片的密封是靠螺栓的預(yù)緊壓力間接作用的,螺栓的預(yù)緊力不夠,直接影響墊片的密封性。

        (3)熱膨脹不一致。管箱內(nèi)隔板與管箱的材質(zhì)不同,熱膨脹量存在差異,兩者變形不協(xié)調(diào),對內(nèi)圈螺栓、內(nèi)隔筒及殼程側(cè)墊片作用很大的壓縮力,這種外力可能造成內(nèi)圈螺栓彎曲變形和內(nèi)隔筒微量壓縮,一旦操作溫度發(fā)生大的波動,造成密封比壓低,就會導(dǎo)致泄漏。

        (4)密封墊片回彈不足。墊片回彈能力是一個重要指標(biāo),回彈能力強的墊片能彌補墊片作用力因溫度而發(fā)生的變化,從而避免泄漏。

        (5)不同心、不垂直。管束和管殼材質(zhì)不同,熱膨脹系數(shù)也不同,這就會造成高溫運行時徑向膨脹不一致,致使管束與管殼軸線不同心;管板也因脹管頭而造成密封面變形,致使管板密封面與管束軸線不垂直。這種不同心、不垂直的問題也會造成墊片受力不均勻,導(dǎo)致泄漏。

        (6)操作引起的溫度和壓力波動。溫度和壓力發(fā)生波動,也會造成管程溫度突然下降、內(nèi)隔筒冷縮、補償墊片回彈不足和殼程側(cè)墊片密封比壓不足等問題,從而導(dǎo)致管殼程內(nèi)漏。

        案例一。某3.6 Mt/a煤柴油加氫裝置,反應(yīng)進料油依次經(jīng)過精制反應(yīng)器和裂化反應(yīng)器后,反應(yīng)產(chǎn)物與高壓反應(yīng)進料換熱。兩臺螺紋鎖緊環(huán)式換熱器串聯(lián),反應(yīng)產(chǎn)物走管程,進料油走殼程。反應(yīng)器床層飛溫,床層溫度上升至860℃且冷氫開最大量仍無法控制,系統(tǒng)緊急泄壓后裝置停工。再次開工后,化驗分餾塔底油及熱低分流出油,發(fā)現(xiàn)硫、氮含量均超標(biāo);化驗精制反應(yīng)器流出物,硫、氮含量合格;內(nèi)操觀察反應(yīng)流出物所經(jīng)第一臺換熱器,管程出入口溫差比正常略小。因此,我們判斷兩臺換熱器出現(xiàn)了內(nèi)漏,其中第一臺較嚴重。出現(xiàn)內(nèi)漏后系統(tǒng)泄壓停工,在現(xiàn)場用力矩扳手對換熱器內(nèi)圈螺栓進行兩次預(yù)緊,然后再次開工并進行化驗,各項指標(biāo)均達標(biāo)。后停工大檢修,由于內(nèi)圈螺栓預(yù)緊力矩過大,加之苛刻的運行工況,螺栓失效。

        案例二。某4.0 Mt/a蠟油加氫裂化裝置,反應(yīng)產(chǎn)物/反應(yīng)進料換熱器用的是螺紋鎖緊環(huán)式換熱器,反應(yīng)進料走殼程,反應(yīng)產(chǎn)物走管程。開工過程中,殼程進低氮油,準(zhǔn)備進反應(yīng)器潤濕催化劑。進油15 min后發(fā)現(xiàn)熱高分已有液位生成 (進油后最快半小時流出反應(yīng)器),判斷換熱器內(nèi)漏后料液進入到熱高分。出現(xiàn)內(nèi)漏故障后,在現(xiàn)場用力矩扳手對換熱器內(nèi)圈螺栓進行緊固。觀察熱高分液位,判斷內(nèi)漏已基本消除。再次開工后升至正常溫度,通過化驗熱高分處反應(yīng)生成料,判斷該換熱器內(nèi)漏已消除。

        4 結(jié)束語

        螺紋鎖緊環(huán)式換熱器在運行中可隨時上緊壓緊墊片的螺栓,以便在帶壓情況下及時排除泄漏。這種換熱器實現(xiàn)了密封力與內(nèi)壓力由不同的零部件來承擔(dān),給現(xiàn)場操作帶來了靈活性。渣油加氫裝置在啟動和正常生產(chǎn)過程中,該換熱器常由于首次預(yù)緊力不夠、管殼程溫差過大以及溫度和壓力波動過大造成內(nèi)漏。因此,為使換熱器穩(wěn)定運行,減少或避免泄漏故障,在操作、維護中應(yīng)注意以下幾點:

        (1)開工過程中,升溫、升壓要緩慢,使換熱器管、殼程受熱均勻。

        (2)開工過程中,如出現(xiàn)內(nèi)漏,可安排專業(yè)人員用力矩扳手緊固鎖緊環(huán)螺栓,注意螺栓應(yīng)嚴格對稱、均勻、分次小量上緊,上緊過程中要注意觀察排漏情況。在保證排除泄漏的情況下,盡量不要將螺栓緊到較大的力矩,以免螺栓失效。

        (3)開工過程中,特別是首次開工時,換熱器可能會發(fā)生泄漏。這時,一方面要上緊內(nèi)、外圈螺栓,另一方面也要等待工藝流體升至正常溫度,這樣換熱器各部件受熱均勻、墊片承受的均布密封比壓正常后,墊片也會恢復(fù)到其密封狀態(tài)。

        (4)事故狀態(tài)下反應(yīng)系統(tǒng)緊急泄壓,對螺紋鎖緊環(huán)式換熱器有嚴重的影響,待再次恢復(fù)系統(tǒng)壓力或開工時,一定要重點檢查換熱器的內(nèi)漏情況。

        (5)正常生產(chǎn)過程中,操作人員要精心操作,保持平穩(wěn),盡量減小換熱器管程和殼程溫度、壓力的波動。巡檢時,要仔細檢查換熱器測漏信號口。

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