應(yīng)用激光焊接板換回收PX裝置低溫?zé)?/h1>
2016-09-01 09:55:10戚元慶楊慧昌
廣州化工 2016年9期
戚元慶，楊慧昌
(鎮(zhèn)海石化工程股份有限公司，浙江 寧波 315042)
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應(yīng)用激光焊接板換回收PX裝置低溫?zé)?/p>
戚元慶，楊慧昌
(鎮(zhèn)海石化工程股份有限公司，浙江寧波315042)
在PX裝置重整油分餾塔和脫庚烷塔的塔頂應(yīng)用激光焊接板式換熱器，分別與脫鹽水和除氧水換熱，回收塔頂氣的冷凝潛熱。加熱后的脫鹽水進(jìn)熱工除氧器，可以節(jié)約除氧器的蒸汽用量，加熱后的除氧水可以多發(fā)低壓蒸汽。本文為PX裝置低溫?zé)峄厥绽瞄_啟了新的途徑，并為老裝置改造提供了可行的工程解決方案。
PX裝置；低溫?zé)?；回收；激光焊接板式換熱器
節(jié)能減排是減少溫室氣體排放、提高能源利用效率的重要手段，是可持續(xù)發(fā)展的必由之路。石油化工企業(yè)作為能耗大戶，尤其肩負(fù)重任，責(zé)任巨大。
PX裝置是以重整生成油為原料，生產(chǎn)對二甲苯(PX)為主要目標(biāo)的化工裝置。國內(nèi)某廠45萬噸/年P(guān)X裝置采用法國IFP工藝，主要包括二甲苯異構(gòu)化、二甲苯分離和吸附分離三個生產(chǎn)單元。裝置共有10臺精餾塔，操作負(fù)荷都很大，塔底需要提供大量再沸熱能，而塔頂又產(chǎn)生大量的低溫?zé)?。設(shè)計時經(jīng)過流程優(yōu)化，主要采取的節(jié)能措施有：①提高塔頂壓力從而提高塔頂物流溫位，作為其他塔底重沸器熱源；②塔底重沸爐作為熱載體爐集中供熱，作為其他塔底重沸器熱源；③加熱爐對流段熱聯(lián)合，加熱塔底重沸物料，并對裝置自發(fā)蒸汽進(jìn)行過熱。盡管采取了上述措施，生產(chǎn)每噸PX的能耗仍然高達(dá)390 kg標(biāo)油，裝置內(nèi)未利用的低溫?zé)崛匀缓芏啵档湍芎娜匀蝗沃氐肋h(yuǎn)。
1 尋找低溫?zé)嵩?/h2>
PX裝置重整油分餾塔的作用是以連續(xù)重整脫戊烷油為原料，脫除C7及以下組分。塔頂油氣通過空冷器冷卻到40 ℃進(jìn)入回流罐。重整油分餾塔塔頂?shù)牟僮鲄?shù)見表1。該塔的操作長期不正常，主要表現(xiàn)為空冷器壓降大，塔頂壓力超過設(shè)計值0.1 MPa左右，致使塔的分離精度達(dá)不到設(shè)計指標(biāo)，即塔頂油中的C8芳烴含量超標(biāo)，而塔底的甲苯又切不干凈。塔頂油氣溫度為130 ℃，全部通過空冷器冷卻，熱負(fù)荷非常大，因此將其作為低溫余熱回收利用的對象，同時期望通過低溫?zé)崂酶脑?，降低塔頂操作壓力，解決產(chǎn)品質(zhì)量不合格的問題。
PX裝置脫庚烷塔的功能是以二甲苯異構(gòu)化反應(yīng)生成油為進(jìn)料，切除C7餾分。該塔塔頂冷卻負(fù)荷較高，原設(shè)計為了多回收塔頂熱量，對塔頂壓力作了提壓設(shè)計，以提高塔頂油氣的溫位。操作參數(shù)見表1。原設(shè)計塔頂?shù)膿Q熱流程是塔頂油氣先與循環(huán)塔進(jìn)料換熱，再與脫庚烷塔進(jìn)料換熱，最后進(jìn)入空冷器冷到40 ℃。進(jìn)空冷器溫度過高造成能量浪費，因此有必要對換熱流程進(jìn)行優(yōu)化。
表1 低溫?zé)嵩磪?shù)Table 1 Low temperature heat source parameters
2 尋找合適冷源
盡管石油化工裝置中存在著大量的低溫?zé)嵩?，可是由于溫位太低，缺乏合適的冷源與之換熱，常常難以利用。因此，尋找合適冷源成為低溫?zé)峄厥绽弥械年P(guān)鍵步驟。
同屬芳烴聯(lián)合裝置的歧化單元設(shè)有一臺100 t/h的低壓除氧器，同區(qū)域的重整裝置有50 t/h的低壓除氧器。40 ℃的脫鹽水進(jìn)入除氧器，由1.0 MPa蒸汽汽提除氧。除氧水的溫度為104 ℃。如果用脫鹽水與低溫?zé)嵩聪葥Q熱再進(jìn)除氧器，可以節(jié)約1.0 MPa蒸汽的用量。這是目前低溫?zé)峄厥崭脑熘袘?yīng)用較為普遍的冷源。
另外，歧化單元的100 t/h除氧水在進(jìn)入蒸汽發(fā)生器前溫度為104 ℃，也可以與溫位稍高的熱源換熱，以增加蒸汽產(chǎn)量。
脫鹽水與重整油分餾塔頂油氣溫位剛好匹配，除氧水與脫庚烷塔頂油氣剛好匹配，因此選擇這兩股介質(zhì)作為冷源是合適的。
3 關(guān)鍵設(shè)備選型
在老裝置上開展低溫?zé)峄厥绽?，受制約的條件太多，常常步履維艱，實施困難。設(shè)備平面布置就是經(jīng)常遇到難題之一。原裝置在設(shè)計時主要考慮節(jié)約占地，一般不會預(yù)留改造空間。塔頂油氣管線為防止積液，一般要求配管時步步低自流進(jìn)入回流罐。這就要求新增加的換熱器安裝高度必須高于空冷器。因此設(shè)備平面布置十分困難。
煉油企業(yè)一般較傾向于選用管殼式換熱器作為換熱設(shè)備，因為其具有可靠性高、操作彈性好、處理能力大、造價低、標(biāo)準(zhǔn)化等眾多優(yōu)點。但是本項目如果采用管殼式換熱器，由于設(shè)備笨重，又是布置在框架的最頂層，現(xiàn)有框架將無法承載，必須進(jìn)行加固。框架加固不但費用高，施工難度也非常大。經(jīng)過比較，認(rèn)為板式換熱器更適合應(yīng)用在此處，主要原因有：①設(shè)備重量輕(是管殼式換熱器的1/3～1/4)，占地小，可避免框架加固；②板換接近于純逆流傳熱，可以做到冷熱流溫度交叉，增加熱回收率；③板式換熱器可以做到較小的壓力降，有利于保證塔頂操作壓力恢復(fù)正常。
由于兩個塔頂?shù)蜏責(zé)嵩淳蟹紵N，而且均含有劇毒物質(zhì)苯，芳烴對墊片會產(chǎn)生腐蝕，容易引起泄露，因此采用墊片式板換是不合適的。激光焊接板式換熱器是近年出現(xiàn)的新型板式換熱器，在國內(nèi)外石油化工裝置上已有大量成功應(yīng)用經(jīng)驗。該換熱器由于板片接口采用激光焊接，焊縫的熱影響區(qū)小，殘余應(yīng)力低，一般不會發(fā)生焊縫開裂，降低了泄露風(fēng)險。因此，本低溫?zé)峄厥詹捎眉す夂附影迨綋Q熱器是非常合適的。激光焊接板式換熱器與管殼式換熱器選型比較見表2。
表2 激光焊接板換與管殼式換熱器選型比較Table 1 Laser welding of plate and shell and tube heat exchanger selection
4 工藝流程設(shè)計
工藝流程圖見圖1和圖2。
圖1 重整油分餾塔頂?shù)蜏責(zé)峄厥樟鞒蘁ig.1 Reforming oil fractionator overhead of low temperature heat recovery process
圖2 脫庚烷塔頂?shù)蜏責(zé)峄厥樟鞒蘁ig.2 Low temperature heat recovery process from n-heptane column
在低溫?zé)峄厥枕椖康墓に嚵鞒淘O(shè)計中，必須對下述三個方面給予足夠重視，才能確保流程設(shè)計合理、操作安全和長周期運行。
(1)采用換熱器熱旁路控制冷流出口溫度。
脫鹽水的除氧溫度是104 ℃，為了保證除氧效果，脫鹽水進(jìn)除氧器的溫度應(yīng)低5～10 ℃。由于塔頂油氣管線口徑較大(本項目重整油分餾塔塔頂管線直徑DN700)，同時也為了不增加壓降，板換油氣側(cè)進(jìn)出口不加切斷閥，而是利用板換自身的壓降，通過在油氣側(cè)安裝旁路調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)冷流的出口溫度。
(2)換熱后的脫鹽水應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)
脫鹽水經(jīng)過換熱溫度升高后會有氧氣析出，若采用碳鋼管線，氧腐蝕嚴(yán)重，并且易造成除氧器工作異常。因此該管線應(yīng)采用奧氏體不銹鋼材質(zhì)。
(3)板換的冷側(cè)必須安裝安全閥
板換的熱側(cè)是與塔頂相通，且進(jìn)出口沒有安裝切斷閥，而塔頂裝有安全閥，因此熱側(cè)進(jìn)出口管線上不需要再安裝安全
閥。而冷側(cè)介質(zhì)為水，為防止意外關(guān)閉板換冷側(cè)的進(jìn)出口閥門，導(dǎo)致水汽化，造成板換超壓損壞，一般應(yīng)在冷側(cè)安裝安全閥。
5 低溫?zé)峄厥招Ч?/h2>
本低溫?zé)峄厥赵O(shè)施投用后與設(shè)計值吻合非常好。重整油分餾頂回收低溫?zé)?0486 kW，效果表現(xiàn)在可以節(jié)約15 t/h的除氧用低壓蒸汽。脫庚烷塔頂回收回收低溫?zé)?239 kW，效果表現(xiàn)在可以多發(fā)1.4 MPa蒸汽11 t/h。兩項合計回收低溫?zé)?7725 kW，生產(chǎn)每噸PX降低能耗約27 kg標(biāo)油。項目總投資863萬元，約半年時間就可以回收全部投資。
[1]施俊林.煉廠低溫?zé)崂玫膶嵺`和策略[J].煉油技術(shù)與工程,2009,39(4):61-64.
[2]路守彥.對二甲苯工藝技術(shù)與生產(chǎn)[J].石化技術(shù),2012,19(2):62-70.
[3]于秋海.煉油裝置低溫余熱利用措施及潛力分析[J].石油煉制與化工,2010,41(12):65-70.
[4]楊慧昌,戚元慶.柴油加氫裝置汽提塔頂?shù)蜏責(zé)崂肹J].廣州化工,2015,43(19):157-159.
[5]戴厚良.芳烴技術(shù)[M].北京:中國石化出版社,2014:352-410.
Application of Laser Welded Plate Heat Exchanger for Recovering Low-temperature Heat in PX Unit
QI Yuan-qing, YANG Hui-chang
(Zhenhai Petrochemical Engineering Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315042, China)
For recovering the latent heat of condensation of top gas in PX unit, top gas of CCR oil fractionator exchanged heat with desalination water, and top gas of heptane off column exchanged heat with deoxygenated water by applying laser welded plate heat exchanger, respectively. The heated desalination water entered into the low pressure deaerator, which can reduce the steam consumption of deaerator. Besides, the heated deoxygenated water can be utilized to produce more low pressure steam. A new way to recover and utilize low temperature heat in PX unit was carried out and a viable engineering solution in revamping of old units was provided.
PX unit; low-temperature heat; recovery; laser welded plate heat exchanger
戚元慶(1977-)，男，工程師，主要從事石油化工裝置工藝設(shè)計。
TE08
B
1001-9677(2016)09-0163-03
戚元慶，楊慧昌
(鎮(zhèn)海石化工程股份有限公司，浙江 寧波 315042)
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應(yīng)用激光焊接板換回收PX裝置低溫?zé)?/p>
戚元慶，楊慧昌
(鎮(zhèn)海石化工程股份有限公司，浙江寧波315042)
在PX裝置重整油分餾塔和脫庚烷塔的塔頂應(yīng)用激光焊接板式換熱器，分別與脫鹽水和除氧水換熱，回收塔頂氣的冷凝潛熱。加熱后的脫鹽水進(jìn)熱工除氧器，可以節(jié)約除氧器的蒸汽用量，加熱后的除氧水可以多發(fā)低壓蒸汽。本文為PX裝置低溫?zé)峄厥绽瞄_啟了新的途徑，并為老裝置改造提供了可行的工程解決方案。
PX裝置；低溫?zé)?；回收；激光焊接板式換熱器
節(jié)能減排是減少溫室氣體排放、提高能源利用效率的重要手段，是可持續(xù)發(fā)展的必由之路。石油化工企業(yè)作為能耗大戶，尤其肩負(fù)重任，責(zé)任巨大。
PX裝置是以重整生成油為原料，生產(chǎn)對二甲苯(PX)為主要目標(biāo)的化工裝置。國內(nèi)某廠45萬噸/年P(guān)X裝置采用法國IFP工藝，主要包括二甲苯異構(gòu)化、二甲苯分離和吸附分離三個生產(chǎn)單元。裝置共有10臺精餾塔，操作負(fù)荷都很大，塔底需要提供大量再沸熱能，而塔頂又產(chǎn)生大量的低溫?zé)?。設(shè)計時經(jīng)過流程優(yōu)化，主要采取的節(jié)能措施有：①提高塔頂壓力從而提高塔頂物流溫位，作為其他塔底重沸器熱源；②塔底重沸爐作為熱載體爐集中供熱，作為其他塔底重沸器熱源；③加熱爐對流段熱聯(lián)合，加熱塔底重沸物料，并對裝置自發(fā)蒸汽進(jìn)行過熱。盡管采取了上述措施，生產(chǎn)每噸PX的能耗仍然高達(dá)390 kg標(biāo)油，裝置內(nèi)未利用的低溫?zé)崛匀缓芏啵档湍芎娜匀蝗沃氐肋h(yuǎn)。
1 尋找低溫?zé)嵩?/h2>
PX裝置重整油分餾塔的作用是以連續(xù)重整脫戊烷油為原料，脫除C7及以下組分。塔頂油氣通過空冷器冷卻到40 ℃進(jìn)入回流罐。重整油分餾塔塔頂?shù)牟僮鲄?shù)見表1。該塔的操作長期不正常，主要表現(xiàn)為空冷器壓降大，塔頂壓力超過設(shè)計值0.1 MPa左右，致使塔的分離精度達(dá)不到設(shè)計指標(biāo)，即塔頂油中的C8芳烴含量超標(biāo)，而塔底的甲苯又切不干凈。塔頂油氣溫度為130 ℃，全部通過空冷器冷卻，熱負(fù)荷非常大，因此將其作為低溫余熱回收利用的對象，同時期望通過低溫?zé)崂酶脑?，降低塔頂操作壓力，解決產(chǎn)品質(zhì)量不合格的問題。
PX裝置脫庚烷塔的功能是以二甲苯異構(gòu)化反應(yīng)生成油為進(jìn)料，切除C7餾分。該塔塔頂冷卻負(fù)荷較高，原設(shè)計為了多回收塔頂熱量，對塔頂壓力作了提壓設(shè)計，以提高塔頂油氣的溫位。操作參數(shù)見表1。原設(shè)計塔頂?shù)膿Q熱流程是塔頂油氣先與循環(huán)塔進(jìn)料換熱，再與脫庚烷塔進(jìn)料換熱，最后進(jìn)入空冷器冷到40 ℃。進(jìn)空冷器溫度過高造成能量浪費，因此有必要對換熱流程進(jìn)行優(yōu)化。
表1 低溫?zé)嵩磪?shù)Table 1 Low temperature heat source parameters
2 尋找合適冷源
盡管石油化工裝置中存在著大量的低溫?zé)嵩?，可是由于溫位太低，缺乏合適的冷源與之換熱，常常難以利用。因此，尋找合適冷源成為低溫?zé)峄厥绽弥械年P(guān)鍵步驟。
同屬芳烴聯(lián)合裝置的歧化單元設(shè)有一臺100 t/h的低壓除氧器，同區(qū)域的重整裝置有50 t/h的低壓除氧器。40 ℃的脫鹽水進(jìn)入除氧器，由1.0 MPa蒸汽汽提除氧。除氧水的溫度為104 ℃。如果用脫鹽水與低溫?zé)嵩聪葥Q熱再進(jìn)除氧器，可以節(jié)約1.0 MPa蒸汽的用量。這是目前低溫?zé)峄厥崭脑熘袘?yīng)用較為普遍的冷源。
另外，歧化單元的100 t/h除氧水在進(jìn)入蒸汽發(fā)生器前溫度為104 ℃，也可以與溫位稍高的熱源換熱，以增加蒸汽產(chǎn)量。
脫鹽水與重整油分餾塔頂油氣溫位剛好匹配，除氧水與脫庚烷塔頂油氣剛好匹配，因此選擇這兩股介質(zhì)作為冷源是合適的。
3 關(guān)鍵設(shè)備選型
在老裝置上開展低溫?zé)峄厥绽?，受制約的條件太多，常常步履維艱，實施困難。設(shè)備平面布置就是經(jīng)常遇到難題之一。原裝置在設(shè)計時主要考慮節(jié)約占地，一般不會預(yù)留改造空間。塔頂油氣管線為防止積液，一般要求配管時步步低自流進(jìn)入回流罐。這就要求新增加的換熱器安裝高度必須高于空冷器。因此設(shè)備平面布置十分困難。
煉油企業(yè)一般較傾向于選用管殼式換熱器作為換熱設(shè)備，因為其具有可靠性高、操作彈性好、處理能力大、造價低、標(biāo)準(zhǔn)化等眾多優(yōu)點。但是本項目如果采用管殼式換熱器，由于設(shè)備笨重，又是布置在框架的最頂層，現(xiàn)有框架將無法承載，必須進(jìn)行加固。框架加固不但費用高，施工難度也非常大。經(jīng)過比較，認(rèn)為板式換熱器更適合應(yīng)用在此處，主要原因有：①設(shè)備重量輕(是管殼式換熱器的1/3～1/4)，占地小，可避免框架加固；②板換接近于純逆流傳熱，可以做到冷熱流溫度交叉，增加熱回收率；③板式換熱器可以做到較小的壓力降，有利于保證塔頂操作壓力恢復(fù)正常。
由于兩個塔頂?shù)蜏責(zé)嵩淳蟹紵N，而且均含有劇毒物質(zhì)苯，芳烴對墊片會產(chǎn)生腐蝕，容易引起泄露，因此采用墊片式板換是不合適的。激光焊接板式換熱器是近年出現(xiàn)的新型板式換熱器，在國內(nèi)外石油化工裝置上已有大量成功應(yīng)用經(jīng)驗。該換熱器由于板片接口采用激光焊接，焊縫的熱影響區(qū)小，殘余應(yīng)力低，一般不會發(fā)生焊縫開裂，降低了泄露風(fēng)險。因此，本低溫?zé)峄厥詹捎眉す夂附影迨綋Q熱器是非常合適的。激光焊接板式換熱器與管殼式換熱器選型比較見表2。
表2 激光焊接板換與管殼式換熱器選型比較Table 1 Laser welding of plate and shell and tube heat exchanger selection
4 工藝流程設(shè)計
工藝流程圖見圖1和圖2。
圖1 重整油分餾塔頂?shù)蜏責(zé)峄厥樟鞒蘁ig.1 Reforming oil fractionator overhead of low temperature heat recovery process
圖2 脫庚烷塔頂?shù)蜏責(zé)峄厥樟鞒蘁ig.2 Low temperature heat recovery process from n-heptane column
在低溫?zé)峄厥枕椖康墓に嚵鞒淘O(shè)計中，必須對下述三個方面給予足夠重視，才能確保流程設(shè)計合理、操作安全和長周期運行。
(1)采用換熱器熱旁路控制冷流出口溫度。
脫鹽水的除氧溫度是104 ℃，為了保證除氧效果，脫鹽水進(jìn)除氧器的溫度應(yīng)低5～10 ℃。由于塔頂油氣管線口徑較大(本項目重整油分餾塔塔頂管線直徑DN700)，同時也為了不增加壓降，板換油氣側(cè)進(jìn)出口不加切斷閥，而是利用板換自身的壓降，通過在油氣側(cè)安裝旁路調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)冷流的出口溫度。
(2)換熱后的脫鹽水應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)
脫鹽水經(jīng)過換熱溫度升高后會有氧氣析出，若采用碳鋼管線，氧腐蝕嚴(yán)重，并且易造成除氧器工作異常。因此該管線應(yīng)采用奧氏體不銹鋼材質(zhì)。
(3)板換的冷側(cè)必須安裝安全閥
板換的熱側(cè)是與塔頂相通，且進(jìn)出口沒有安裝切斷閥，而塔頂裝有安全閥，因此熱側(cè)進(jìn)出口管線上不需要再安裝安全
閥。而冷側(cè)介質(zhì)為水，為防止意外關(guān)閉板換冷側(cè)的進(jìn)出口閥門，導(dǎo)致水汽化，造成板換超壓損壞，一般應(yīng)在冷側(cè)安裝安全閥。
5 低溫?zé)峄厥招Ч?/h2>
本低溫?zé)峄厥赵O(shè)施投用后與設(shè)計值吻合非常好。重整油分餾頂回收低溫?zé)?0486 kW，效果表現(xiàn)在可以節(jié)約15 t/h的除氧用低壓蒸汽。脫庚烷塔頂回收回收低溫?zé)?239 kW，效果表現(xiàn)在可以多發(fā)1.4 MPa蒸汽11 t/h。兩項合計回收低溫?zé)?7725 kW，生產(chǎn)每噸PX降低能耗約27 kg標(biāo)油。項目總投資863萬元，約半年時間就可以回收全部投資。
[1]施俊林.煉廠低溫?zé)崂玫膶嵺`和策略[J].煉油技術(shù)與工程,2009,39(4):61-64.
[2]路守彥.對二甲苯工藝技術(shù)與生產(chǎn)[J].石化技術(shù),2012,19(2):62-70.
[3]于秋海.煉油裝置低溫余熱利用措施及潛力分析[J].石油煉制與化工,2010,41(12):65-70.
[4]楊慧昌,戚元慶.柴油加氫裝置汽提塔頂?shù)蜏責(zé)崂肹J].廣州化工,2015,43(19):157-159.
[5]戴厚良.芳烴技術(shù)[M].北京:中國石化出版社,2014:352-410.
Application of Laser Welded Plate Heat Exchanger for Recovering Low-temperature Heat in PX Unit
QI Yuan-qing, YANG Hui-chang
(Zhenhai Petrochemical Engineering Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315042, China)
For recovering the latent heat of condensation of top gas in PX unit, top gas of CCR oil fractionator exchanged heat with desalination water, and top gas of heptane off column exchanged heat with deoxygenated water by applying laser welded plate heat exchanger, respectively. The heated desalination water entered into the low pressure deaerator, which can reduce the steam consumption of deaerator. Besides, the heated deoxygenated water can be utilized to produce more low pressure steam. A new way to recover and utilize low temperature heat in PX unit was carried out and a viable engineering solution in revamping of old units was provided.
PX unit; low-temperature heat; recovery; laser welded plate heat exchanger
戚元慶(1977-)，男，工程師，主要從事石油化工裝置工藝設(shè)計。
TE08
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1001-9677(2016)09-0163-03
