尚俊法

(陽煤豐喜肥業(yè)〔集團(tuán)〕股份有限公司 山西運(yùn)城044100)

常壓精餾塔冷卻器出氣溫度高的原因分析與處理

尚俊法

(陽煤豐喜肥業(yè)〔集團(tuán)〕股份有限公司 山西運(yùn)城044100)

1 存在的問題

山西省新絳縣中信焦化廠100kt/a焦?fàn)t氣制甲醇裝置的甲醇精餾系統(tǒng)設(shè)計采用三塔(預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔)工藝，常壓精餾塔的蒸發(fā)氣經(jīng)常壓精餾塔冷卻器冷凝后，冷凝液流入回流槽，少量的未凝氣去排氣水冷凝器進(jìn)一步冷凝，冷凝液也流入回流槽，未冷凝的尾氣再去水封槽，經(jīng)水洗滌殘存的甲醇后，微量的H2，CO及CO2排放。該甲醇裝置于2014年5月10日投入試生產(chǎn)，甲醇精餾系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)80%時，常壓精餾塔冷卻器的出氣和冷凝液均超溫(60～65℃)，隨著氣溫升高和負(fù)荷加滿，溫度會超標(biāo)。常壓精餾塔冷卻器的冷凝液溫度高，常壓精餾塔的回流液溫度也高，會影響到常壓精餾塔上部溫度高，使負(fù)荷上移，出氣中的水分、中沸點組分含量升高。常壓精餾塔冷卻器的出氣溫度超標(biāo)，又加大了排氣冷凝器負(fù)荷，氣體中H2O和甲醇等未完全冷凝而排放，甲醇消耗增大，產(chǎn)品質(zhì)量也不易控制。

2 原因分析

改造前常壓精餾塔冷卻器結(jié)構(gòu)示意見圖1。常壓精餾塔出來的氣體從冷卻器前端上部的一側(cè)徑向進(jìn)入冷卻器內(nèi)的管間，碰到筒體后改變方向，折返為軸向流動，碰到折流板Ⅰ后，從缺口處流過，依次經(jīng)過折流板Ⅱ、折流板Ⅲ;經(jīng)過2次折流，最后從折流板Ⅲ的缺口流過后，改變方向向上，從筒體頂部的出氣口流出。氣體經(jīng)過3次折返流動，與冷卻器管內(nèi)的冷卻水換熱，氣體溫度降低，其中低沸點的水和部分甲醇冷凝為液體，從下部出液管流出后進(jìn)入回流槽，而未凝氣從上部的出氣口排出。

圖1 改造前常壓精餾塔冷卻器結(jié)構(gòu)示意

首先排除了冷卻水壓力低、溫度高的問題后，懷疑管箱Ⅱ內(nèi)的石棉橡膠墊片可能內(nèi)漏，導(dǎo)致部分冷卻水走近路，影響換熱效率，但在不停車的情況下，無法檢查證實。后經(jīng)認(rèn)真分析設(shè)備結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)常壓精餾塔冷卻器內(nèi)的3塊折流板的氣流缺口分別位于設(shè)備的徑向兩側(cè)，因而氣體的流動方向為軸向、左右折流(圖2)。氣體由冷卻器前端的頂部進(jìn)入殼程管間，經(jīng)折流板阻擋后徑向折流，與管內(nèi)的水換熱后，從冷卻器后端的頂部出口去排氣冷凝器。此種結(jié)構(gòu)有悖于臥式水冷凝器的氣體折流一般為上下折流的傳統(tǒng)型式。

圖2 折流板俯視示意

由于進(jìn)氣口、出氣口都設(shè)在冷卻器的頂部，氣體在折返流動時，因上部的阻力小只走上部，而不流經(jīng)下部，使管程下部形成了換熱滯留區(qū)(圖3)，所以下部的冷卻器基本不起作用，冷卻器的換熱面積僅利用了一半左右，這是冷卻器換熱效率低和出氣、出液溫度高的主要原因。

圖3 換熱滯留區(qū)示意

要改變此種工況，只有將折流板Ⅰ的缺口朝下、折流板Ⅱ的缺口朝上、折流板Ⅲ的缺口朝下，則氣體在殼程內(nèi)的徑向、左右折流就變?yōu)樯舷抡哿鳎瑥亩上龘Q熱滯留區(qū)，使氣體與換熱管接觸換熱，從而充分利用了換熱器的換熱面積(圖4)。

3 改造措施及效果

圖4 改造后常壓精餾塔冷卻器結(jié)構(gòu)示意

改造措施:①將冷卻器整體逆時針旋轉(zhuǎn)90°;②將冷卻器的進(jìn)、出水管口由下進(jìn)上出改為側(cè)進(jìn)側(cè)出，并重新配管;③將冷卻器的進(jìn)氣、出氣管口和冷凝液出口管口去掉，方位不變;設(shè)備筒體旋轉(zhuǎn)后，重新開孔;④將冷卻器管程、殼程的排污管口去掉;設(shè)備筒體旋轉(zhuǎn)后，重新開孔。

2014年6月中旬停車檢修時實施了上述改造。重新開車后，常壓精餾塔冷卻器的出氣、下液溫度降至40℃左右，達(dá)到了預(yù)期目的。

2014-08-02)