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        污水氣提裝置汽提塔底重沸器換熱效率低問題分析

        2018-10-26 08:50:08李洪濤荊瑞靜天津石化裝備研究院
        石油石化節(jié)能 2018年9期
        關(guān)鍵詞:設(shè)備

        李洪濤 荊瑞靜(天津石化裝備研究院)

        1 現(xiàn)狀

        某煉油廠1#污水氣提裝置中的汽提塔底重沸器(E—3409)的作用是將150℃、0.6 MPa的酸性水用1.0 MPa蒸汽加熱至161℃后汽提進(jìn)入主汽提塔(T—3401)的第一層塔盤,該重沸器位于主汽提塔(T—3401)塔底。在近期的生產(chǎn)運(yùn)行中,該重沸器換熱量明顯不足,需換熱的酸性污水由161℃下降到153℃。該設(shè)備換熱效率低下的問題已經(jīng)開始對工藝操作產(chǎn)生影響。

        1#污水氣提裝置中的重沸器為熱虹吸式臥式重沸器,形式為封頭管箱無隔板分離鉤圈式浮頭,其中殼程外徑1600 mm,入口管線直徑400 mm,殼程物料為80 t/h的含硫污水,設(shè)計換熱面積905 m2。管程物料為1.0 MPa水蒸汽,管束為直徑25 mm壁厚2.5 mm的碳鋼光管,管長6000 mm,管間距32 mm。該重沸器工作時,含硫污水從殼體底部中間位置進(jìn)入重沸器,分左右兩路與管程中的水蒸氣換熱,并分別從設(shè)備上部兩側(cè)流出。管程側(cè)的管箱上部為熱流體入口,下部為出口。

        2 分析原因

        以下兩種情況可能會導(dǎo)致重沸器換熱量不足:一是重沸器殼程入口下彎管阻塞使得進(jìn)重沸器物料量減少導(dǎo)致?lián)Q熱效果下降;二是重沸器管束結(jié)垢導(dǎo)致導(dǎo)致?lián)Q熱效果下降[1]。

        2.1 應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)判斷重沸器入口是否阻塞

        應(yīng)用紅外熱像儀對重沸器殼程入口下彎管進(jìn)行檢測,依據(jù)該管道形成的紅外熱成像圖像的不同的溫度的區(qū)分度來判斷該管道是否阻塞[2],圖1是紅外熱成像圖片。管道內(nèi)物料實(shí)際溫度在150℃左右。

        重沸器殼程入口直管段紅外熱成像結(jié)果顯示該段管線溫度均勻,在142℃左右,接近管道內(nèi)物料實(shí)際溫度。

        重沸器殼程入口管下彎管紅外熱成像圖的分析結(jié)果顯示,該段管線最下部溫度為98.9℃,上部溫度在144.7℃左右,溫度從管道上部向底部逐漸遞減,在彎管下部139℃溫區(qū)驟減至132℃,并逐漸遞減到底部的98.9℃,說明132℃溫區(qū)開始管壁上有污泥掛壁,彎管底部有沉積物。但由于沉積物只存在于重沸器殼程入口管下彎管底部,且所占體積不大,因而對進(jìn)重沸器殼程物料流速影響很小。

        通過對重沸器殼程入口管下彎管紅外熱成像圖進(jìn)行分析,可以排除重沸器殼程入口下彎管阻塞使得進(jìn)重沸器物料量減少導(dǎo)致?lián)Q熱效果下降。

        2.2 應(yīng)用aspen EDR對該重沸器進(jìn)行性能核算

        通過aspen EDR對重沸器進(jìn)行性能核算,計算分兩種工況:重沸器正常工況及重沸器管束結(jié)垢導(dǎo)致導(dǎo)致?lián)Q熱效果下降時的運(yùn)行工況,見表1、表2。

        從計算結(jié)果看,殼程出口溫度在161℃左右時,該溫度下重沸器的計算換熱面積接近實(shí)際換熱面積,設(shè)備處于正常工作狀態(tài)下。而當(dāng)殼程出口溫度在153℃時,重沸器的計算換熱面積僅為30.77m2,遠(yuǎn)小于實(shí)際換熱面積,而且其換熱效率僅為正常工作時的1/4。

        圖1 進(jìn)重沸器管道下彎頭及直管段紅外熱成像

        表1 重沸器操作條件表

        表2 重沸器性能核算結(jié)果表

        由模擬計算結(jié)果可見,重沸器內(nèi)部管束表面結(jié)垢導(dǎo)致該重沸器換熱量不足,使得重沸器殼程內(nèi)的酸性水溫度由問題前的161℃下降到153℃。

        該煉油廠1#污水氣提裝置車間根據(jù)模擬計算結(jié)果的判斷,對該重沸器進(jìn)行開蓋檢修。檢修時發(fā)現(xiàn)該重沸器管束外表面覆蓋有一層硬垢,經(jīng)過化學(xué)清洗去掉硬垢后,該重沸器恢復(fù)正常,即經(jīng)重沸器入汽提塔第一層塔盤酸性水溫度恢復(fù)為161℃,滿足工藝要求。

        3 重沸器的清污時間點(diǎn)的確定

        當(dāng)該重沸器在一個完整的運(yùn)行周期下運(yùn)行時,分別對該重沸器下面五種工況(殼程物料出口溫度為161、160、159、158、154℃)進(jìn)行性能核算,得到該重沸器的換熱量、當(dāng)前溫度下計算換熱面積、換熱效率、污垢熱阻(表3),以及各溫度下的流體溫度分布圖(圖2~圖6)。

        重沸器五種工況(殼程出口溫度為161、160、159、158、154℃)的分析計算結(jié)果及該重沸器管殼程冷熱物流的變化趨勢圖表明:

        表3 性能核算

        圖2 殼程出口溫度161℃時

        圖3 殼程出口溫度160℃時

        圖4 殼程出口溫度159℃時

        圖5 殼程出口溫度158℃時

        圖6 殼程出口溫度154℃時

        1)該重沸器的污垢熱阻由1.79×10-4上升到4.5×10-4時,殼程出口溫度由161℃下降至153℃,同時實(shí)際換熱效率僅為原換熱效率的四分之一、傳熱單元數(shù)等數(shù)值也大幅下降。

        2)該重沸器殼體底部中間位置為冷流體(圖中SSBulk)入口,上部兩側(cè)為冷流體出口,管箱上部為熱流體入口,下部為出口。重沸器工作正常時(圖2),熱流體和冷流體在434 K(161℃)時交匯,此時冷流體在入口兩側(cè)各500 mm處迅速上升到432 K(159℃),并保持平穩(wěn);但當(dāng)重沸器殼程內(nèi)污垢增多后,冷流體出口溫度不斷降低[3],當(dāng)冷流體出口溫度為159℃時(圖4),冷、熱流體交匯點(diǎn)分開,此時換熱趨勢仍與冷流體出口溫度161℃時相似,但當(dāng)冷流體出口溫度為158℃時(圖5),換熱趨勢產(chǎn)生變化,換熱量大幅下降。由此可見重沸器殼程溫度159℃是個值得關(guān)注的溫度點(diǎn),低于該溫度,重沸器就會出現(xiàn)明顯的換熱不均,就應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注,或進(jìn)行清污處理。

        導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是殼程中的兩相流的相分離導(dǎo)致物料分層流動,引起殼程物料的輕重組分積聚,從而降低傳熱效果[4]。

        4 結(jié)論

        從以上分析可以看出,導(dǎo)致重沸器換熱效果下降的一個主要原因就是設(shè)備運(yùn)行過程中污垢熱阻的增大導(dǎo)致可實(shí)際換熱面積減小[5]。

        重沸器的結(jié)垢嚴(yán)重影響了其熱交換效果,還可能引發(fā)生產(chǎn)事故,影響生產(chǎn)設(shè)備的壽命。為提高設(shè)備的換熱效率和運(yùn)行壽命,對重沸器的設(shè)備管理上應(yīng)著重關(guān)注以下幾點(diǎn):一是確定重沸器的清污時間點(diǎn),使得該重沸器在出現(xiàn)結(jié)垢傾向時就對其進(jìn)行關(guān)注;二是及時采用有效的阻垢、除垢措施以保證重沸器的換熱效果,如采取短時間內(nèi)以較高流速反向沖刷污水管除垢等措施以此來保證重沸器的正常運(yùn)行[6];三是在重沸器上游加裝過濾裝置,以使得水中的沉積物盡量被濾除。

        重沸器做為冷換設(shè)備的一種形式,因此對于重沸器的設(shè)備管理同樣適用于水冷器等冷換設(shè)備,如在水冷器的設(shè)備管理上同樣需關(guān)注的清污時間點(diǎn)、水冷器阻垢措施、水冷器管束防腐涂層以及提升循環(huán)水品質(zhì)等。

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