徐慶輝，湯　帥，劉艷偉，湯杰國，郭建波

(中國石化 洛陽分公司，河南 洛陽　471012)

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重整裝置板殼式換熱器內漏判斷及預防措施

徐慶輝，湯帥，劉艷偉，湯杰國，郭建波

(中國石化 洛陽分公司，河南 洛陽471012)

介紹了國產板殼式換熱器在連續(xù)重整裝置(CCR)的應用，節(jié)能效果顯著，但是抗波動能力較差，使用過程中易發(fā)生內漏，影響裝置運行效果。目前國內板殼式換熱器內漏判斷普遍使用殼程出入口采樣對比法來進行判斷，由于誤差較大，內漏小時不易發(fā)現(xiàn)。本文運用KBC公司的Petro-SIM全流程模擬軟件和重整反應機理模型Ref-SIM對洛陽分公司重整裝置進行建模分析，模擬對比內漏前后生成油中環(huán)烷烴含量變化，精確判斷出了內漏情況。針對板殼式換熱器的運行監(jiān)控提出了建議，正常生產并且無內漏時，重整生成油中環(huán)烷烴質量分數0.9%左右，若其含量升高，應對運行情況進行分析。另外，結合國內國產板殼式換熱器內漏的原因進行分析，提出了有效的預防措施。

連續(xù)重整；板殼式換熱器；內漏；判斷；預防措施

0　前言

中國石化洛陽分公司0.7 Mt/a連續(xù)重整裝置主要包括原料預處理部分、重整反應部分和催化劑連續(xù)再生部分，采用國產連續(xù)重整成套技術，為芳烴聯(lián)合裝置提供原料，并副產氫氣。重整反應系統(tǒng)進料/產物換熱器是重整裝置關鍵的節(jié)能設備，具有冷熱流體流量大、熱負荷高等特點，原設計兩臺并聯(lián)逆流立管式換熱器，熱端溫差高達60.4 ℃，熱量回收率低。2011年裝置節(jié)能改造更換為國產板殼式換熱器，開工初期熱端溫差降低至24.8 ℃，第一反應加熱爐入口溫度升高35.6 ℃，有效減少燃料氣消耗，降低裝置綜合能耗5.16 kgeo/t。

但是，板殼式換熱器的加工制造、操作不當及腐蝕易造成換熱器內漏，影響裝置運行效益。現(xiàn)運用KBC公司的全流程模擬軟件Petro-SIM和重整反應機理模型Ref-SIM對洛陽分公司重整裝置進行詳細模擬，并結合行業(yè)內A廠、B廠重整裝置相關數據，針對板殼式換熱器內漏判斷及原因進行分析，并結合生產實際，提出有效的預防措施。

1　內漏的現(xiàn)象

由于反應進料側壓力高于反應出料側壓力，若換熱器發(fā)生內漏，則會造成反應進料從板程向殼程反應出料內漏，部分沒有經過催化重整反應轉化的重整原料串入反應生成油中，直接影響產品質量。根據重整模型測算，當換熱器發(fā)生內漏后(內漏量為質量百分比)，裝置運行參數及技術指標變化如表1所示。

表1　模擬內漏后裝置運行參數及技術指標變化

注：為保證連續(xù)重整反應的苛刻度相同，故模型設置實際參與反應物料量相等。表中WAIT指平均反應入口溫度；WABT指平均反應床層溫度；LHSV指液時空速。

由表1可知，在反應條件相同時，當反應進料/產物換熱器發(fā)生5%內漏后，重整生成油芳烴含量、RON、芳烴產率、純氫產率明顯下降，裝置技術指標變差。另外，實際生產中由于重整參與反應物料比實際進料減少，因此，空速降低，催化劑積碳上升。

2　內漏的分析與判斷

關于洛陽分公司重整板殼式換熱器是否內漏及內漏程度，通過比對A廠、B廠連續(xù)重整裝置板殼式換熱器實際應用情況，并利用Petro-SIM流程模擬軟件建模測算作為參照進行分析后，可初步確定為輕微內漏。

B廠重整裝置板換內漏，A廠重整裝置板換新更換的板束，下面結合B廠內漏后化驗數據及A廠更換板束后化驗數據，并利用流程模擬軟件建模測算，分析本裝置內漏情況。

2.1板殼式換熱器殼程進、出物料化驗數據分析

A廠的板束于2014年11月更換，更換后做了一系列化驗分析，現(xiàn)取一組作為未內漏情況下的數據，B廠已確定內漏，現(xiàn)取一組化驗分析數據作為內漏情況下的數據，對比數據見表2。

表2　A廠、B廠板殼式換熱器殼程進、出物料分析數據質量分數　%

注：由于原料中烯烴含量較低，所以烯烴含量采樣分析數據存在誤差。

由表2可知，未內漏的出口與入口數據相比，各組分質量分數基本相同，內漏的出口與入口數據相比，烷烴、環(huán)烷烴質量分數明顯升高，芳烴質量分數明顯下降。

2.2殼程進、出物料模擬數據分析

催化重整反應過程是通過脫氫芳構化或異構化等反應，將低辛烷值的組分轉化成高辛烷值的組分(芳烴含量增加)，產生氫氣，并伴隨少量裂化反應的發(fā)生(烯烴含量增加)。所以通過預加氫后的重整原料中烷烴、環(huán)烷烴含量高于重整反應生成油中含量，烯烴、芳烴含量低于重整反應生成油中含量，若是反應系統(tǒng)進料/產物換熱器發(fā)生內漏，部分沒有經過催化重整反應轉化的重整原料串入反應生成油中，將會導致殼程出口物料中烷烴、環(huán)烷烴含量升高，烯烴、芳烴含量下降(與殼程進口物料相比)。根據模型測算，殼程進、出物料模擬數據見表3。

表3　板殼式換熱器殼程進、出物料模擬數據質量分數　%

對比表2、表3可知，無內漏、內漏兩種情況下模擬數據與實際數據變化規(guī)律相同，并符合催化重整反應原理。

2.3數據分析

由上述分析可知，如果發(fā)生內漏，將有以下規(guī)律：與殼程入口物料相比，出口物料中烷烴、環(huán)烷烴含量升高，芳烴含量降低。殼程進、出物料分析數據見表4。

表4　殼程進、出物料分析數據質量分數　%

由表4可知，出口與進口物料分析數據相比，烷烴及烯烴含量降低，環(huán)烷烴、芳烴含量升高，不符合上述規(guī)律，并且與不內漏情況沖突?？纱_定洛陽石化重整裝置殼程進、出物料化驗分析數據存在失真。失真原因可能為殼程進、出口物料利用臨時采樣器采樣，采出物料中部分組分氣化不同造成采樣誤差。

2.4重整裝置內漏判斷

根據催化重整反應原理，環(huán)烷烴轉化為芳烴的反應速度很快，并且很容易達到化學平衡，因此，在重整反應產物中，環(huán)烷烴含量是非常低的。為避免采樣誤差對換熱器內漏判斷的影響，以下針對重整生成油環(huán)烷烴含量變化情況進行詳細分析。

2.4.1利用模型測算

當換熱器發(fā)生內漏后，重整生成油中C6+環(huán)烷烴質量分數變化情況，見表5。

表5　內漏后重整生成油中C6+環(huán)烷烴質量分數模擬數據變化　%

以2015年1月重整生成油數據對比2011年更換板殼式換熱器后開工數據(2012年2月)，重整生成油中C6+環(huán)烷烴質量分數變化情況，見表6。

表6　重整生成油中C6+環(huán)烷烴質量分數實際數據變化　%

表5、表6中重整生成油中C6+環(huán)烷烴質量分數變化值對比見圖1。

圖1　實際數據與模擬數據變化值對比圖

由圖1可知，實際數據、模擬數據重整生成油中C6+環(huán)烷烴質量分數變化值對比，實際數據與2%內漏時數據基本吻合，反應進料/產物換熱器存在內漏可能，內漏量約為2%。

2.4.2統(tǒng)計分析

根據國內重整裝置的統(tǒng)計，重整生成油RON≥90的苛刻度下，重整生成油中環(huán)烷烴的質量分數為0.5%～2.7%。重整生成油組成數據見表7。

表7　重整生成油組成分數數據質量分數　%

由表7可知，A廠、B廠重整生成油中環(huán)烷烴質量分數分別為0.8%、3.7%，根據模型測算，洛陽分公司重整裝置在反應進料/產物換熱器無內漏時，重整生成油中環(huán)烷烴質量分數為0.9%，RON值為99.5，而內漏量為5%時，環(huán)烷烴的質量分數升高至2.58%，RON降為97.4。根據2015年1月數據，重整生成油中環(huán)烷烴質量分數為1.94%，高于2011年更換板殼式換熱器后開工數據(重整生成油中環(huán)烷烴質量分數為1.00%)。

綜上所述，洛陽分公司重整裝置反應進料/產物板殼式換熱器存在內漏可能，內漏量約為2%。

2.4.3實際內漏情況

2015年10月裝置停工，檢查發(fā)現(xiàn)板殼式換熱器殼程入口連接焊縫開裂，相應的背部板程出口與殼體支撐板的連接焊縫開裂，板殼式換熱器確實存在內漏情況，但內漏量較小。

3　板殼式換熱器內漏原因分析及預防措施

3.1原因分析

重整裝置反應進料/產物換熱器采用國產板殼式換熱器，目前應用比較廣泛，就應用效果來看，節(jié)能效果顯著，但是抗波動能力較差，使用過程中易發(fā)生內漏。結合行業(yè)內應用情況來看，造成板殼式換熱器內漏的原因主要有：

3.1.1換熱器流道堵塞

由于流道堵塞造成物流分布不均，導致溫度變化分布不均產生應力，進而使得板片、焊縫應力開裂。①液體進料過濾器失效。失效形式主要有：過濾器進出口方位安裝錯誤(反向)、濾籃與設備密封面之間產生間隙、濾芯損壞、過濾系統(tǒng)管線投用前未清理等，造成雜質進入換熱器，使得油路分布管或板束流道發(fā)生堵塞，導致板束中物料分布不均；②板殼式換熱器在運行期間，由于各種原因，例如：催化劑碎片沉積、原料氮含量、烯烴含量高等，會造成換熱器內部結垢、結鹽、結焦等現(xiàn)象，對換熱板片的流道造成堵塞，導致板束中物料分布不均。

3.1.2腐蝕穿孔

板換低溫部位處于氯+水環(huán)境下，產生腐蝕穿孔，直接形成內漏。重整催化劑在使用過程中，氯會不斷流失，同時又不斷補充，催化劑上氯含量處于動態(tài)平衡狀態(tài)。若反應進料水含量高，導致催化劑氯流失較大，在板換殼程出口低溫部位形成氯+水環(huán)境，對不銹鋼板片產生腐蝕。

3.1.3操作不當

操作使用不當或發(fā)生生產波動時溫度、壓力變化大，對板換產生沖擊，造成板片、焊縫應力開裂。①發(fā)生生產波動，例如加熱爐熄火、反應進料切斷、反應進料量大幅波動、循環(huán)氫中斷、循環(huán)氫流量大幅波動、反應系統(tǒng)壓力突變等；②開停工過程中，反應進料冷熱料切換速度過快，反應系統(tǒng)升降溫(壓)速度過快等；③反應系統(tǒng)循環(huán)回路發(fā)生堵塞，造成板殼程差壓增大。

3.2預防措施

①反應進料過濾器做好差壓監(jiān)控，并定期進行切換檢查；②加強原料監(jiān)控，防止氮含量、烯烴含量超標，并優(yōu)化提升操作，減少催化劑磨損、破碎；③監(jiān)控反應進料水含量，維持催化劑水氯平衡，將催化劑氯含量調整到最佳水平，保證催化劑持氯能力，減少注氯量，以降低腐蝕；④裝置運行中由于加熱爐熄火、循環(huán)氣壓縮機停車等原因造成裝置停車時，應及時切斷液體進料，盡量使板程和殼程保持溫度變化同步，避免溫差過大。再次開車時應重點關注換熱器內部與反應器內部的溫度差異，由于換熱器與反應器的熱容不同，兩者的冷卻速率相差較大，溫差>100 ℃的情況下啟動循環(huán)氫壓縮機時，應采取措施控制進入換熱器的較低氣體流量，以避免對換熱器造成熱沖擊。⑤在緊急狀態(tài)下?lián)Q熱器升降溫速率≤55 ℃/h，反應液體進料冷熱切換時，控制切換速度；⑥開停車過程中板、殼程應均衡平穩(wěn)升降壓，并控制板殼程正、反壓差不超過設計值0.25 MPa；⑦開始進料后，將初始進料量設置為滿負荷進料量的30%，此時熱端溫差變大，當熱端溫差開始變小后，反應進料量應根據熱端溫差變化情況逐步提量；⑧停車檢修期間，板殼式換熱器如長時間不投入使用，應從裝置中隔離并充氮保護，防止全焊接板束腐蝕。檢維修過程中，應避免氯化物和液態(tài)水同時存在，因板殼式進料換熱器全焊接板束是由不銹鋼制成，長期處于氯化物 + 水的環(huán)境中會引起腐蝕。

4　建議及小結

設計增加第四反應器出口采樣器，保證采樣環(huán)境與重整反應氣液分離罐采樣環(huán)境相同，便于跟蹤判斷換熱器內漏情況；及時跟蹤重整生成油芳烴含量、RON、純氫產率等變化，特別是生成油中環(huán)烷烴含量。根據分析可知，正常生產時，無內漏時，生成油中環(huán)烷烴質量分數約為0.9%，若其含量升高，應進行分析。

結合三套裝置內漏判斷方法可知，通過對比板殼式換熱器殼程進、出料組分變化情況方法存在一定誤差，對采樣條件要求苛刻，而利用重整生成油中環(huán)烷烴含量變化情況，并以Petro-SIM流程模擬軟件建模測算作為參照，綜合分析判斷換熱器是否內漏以及內漏量的方法比較準確、簡便。由于重整產品質量要求較高，若是采用國產板殼式換熱器，為了防止內漏，要加強運行維護，特別是在事故狀態(tài)下、開停工過程中要重點關注。

2016-07-12

徐慶輝(1986-)，男，工程師，從事重整及加氫裝置安全生產及技術管理工作，電話：15137999209。

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