循环水换热器换热效果差的在线解决方法

聂云龙 杨晓峰 （大庆石化公司化肥厂）

循环水换热器换热效果差的在线解决方法

聂云龙 杨晓峰 （大庆石化公司化肥厂）

换热器是化工生产装置中必不可少的重要设备之一。由于在化工生产中换热器换热效果差而造成装置紧急停车的事故在企业生产中屡见不鲜。换热器循环水反洗冲法和零背压排放法在线解决了换热器换热效果差的问题：循环水反冲洗法提高了氨气压缩机的效率，减少了冷冻系统能耗；循环水零背压排放法在线解决了冷凝器真空度低的问题，不仅节约了生产成本，而且实现了环保操作。

换热器 在线清洗 反冲洗 零背压排放 效率 能源

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.05.006

多数大型化工生产企业为确保生产运行平稳，实现高产、稳产，都需要实现长周期连续生产，直到下一个检修期到来，装置才会停下来。因此，这就要求化工生产装置内的每一台设备，都要满足安全、优质和长期运行这个基本要求。

循环水换热器是化工生产装置中必不可少的重要设备之一，其运行的好坏直接影响整个装置是否能高效运行。许多装置都发生过由于某个循环水换热器换热效果差而被迫紧急停车的事故。造成循环水换热器换热效果差的原因有很多种，最常见的是循环水内杂质将换热器的换热管堵住，造成换热效果差，影响装置的高效运行。如何在不影响装置正常生产的情况下解决循环水换热器换热效果差的问题呢？下面以某化肥厂合成氨装置为例介绍两种在线解决循环水换热效果差的方法。

1 循环水反冲洗法

以氨气压缩机段间水冷器（128C）为例进行说明。

128C是合成氨装置氨气压缩机高压缸一、二段之间的一台循环水换热器，它运行的好与坏，直接影响到冷冻系统是否能正常运行，以及整个装置生产能耗的高低。也就是说，一旦该换热器的换热效果变差，就会增加氨气压缩机组的能耗，给装置长周期、满负荷的生产带来安全问题，同时由于换热器换热效果变差，循环水没有起到应有的冷却作用，还造成循环水的能源浪费。

1.1 换热效果差的原因分析

每年的6、7月份，循环水换热器工艺气侧的出口温度都会随气温升高而逐渐升高，而且随着外界温度的上升，其出口温度升高的幅度也在加大，造成该换热器换热效果越来越差，导致其后部冷冻系统的能耗越来越大，而且随着其换热效果变差对其他换热器也造成了一定的影响。通过对有关数据的采集和分析认为，该换热器换热效果变差的主要原因是循环水来水侧有杂物堵住了换热管，造成水量变少，导致换热效果变差。

1.2 措施

经现场勘查、数据分析以及结合以往换热器的检修情况，制定了解决方案，在该换热器循环水的入口管线上带压接管，安装两个4 in（1 in=25.4 mm）阀门，对该换热器进行在线反冲洗，将入口侧的杂物反冲洗出去，从而解决入口管堵塞问题。

反冲洗流程如图1。

反冲洗过程为：

◇首先对现场循环水和工艺气侧的温度进行记录，采集原始数据；

◇现场关1#阀门的同时开2#阀门（1#、2#、3#阀门处各有1人）；

◇将1#阀门关死后，马上将3#阀门全开，开始反冲洗；

◇冲洗2～3 min时，将2#阀门全关全开一次，反复进行2次；

◇反冲洗期间记录循环水压力和工艺气侧的温度，见表1、图2；

◇反冲洗时间为8～10 min，反冲洗结束后改回正常流程。

表1 反冲洗前后数值对比

1.3 分析结果

换热器反冲洗后效果非常明显，出口温度下降幅度非常大，换热效果差的问题得到圆满的解决，大大地提高了氨气压缩机的效率，减少了冷冻系统的能耗。从处理后的结果看，反冲洗的方法非常有效，而且简单适用。

2 循环水零背压排放法

以小表面冷凝器（1101JC）为例进行说明。

合成氨装置小表面冷凝器（1101JC）为2005年扩能改造后新增设备。2008年大检修时进行清洗，开工后至2009年9月份出现小表面冷凝器真空度下降的现象，成为制约生产的瓶颈，限制了装置生产负荷。还可能出现真空度继续下降至正压，导致所用凝气透平水封阀动作，机泵打量不足等安全隐患。而且随着真空度的下降，抽气的温度也会相应的上升，在1101JC的上部就会出现循环水量少、温度高的现象，最终会加剧换热管结垢，导致1101JC真空度进一步下降，形成恶性循环，因此需要马上对这个问题进行分析和解决。设备流程简图见图3。

2.1 真空度下降原因分析

原因一：循环水侧入口和出口之间的隔板存在漏量，可能导致垫片横筋损坏，使得循环水水流短路，造成换热管内水流的循环水量变少，真空度下降。

循环水的流向是从换热器西侧下部进入换热器，然后从换热器下部流到东侧，再从换热器的上部回到西侧，最后从西侧上部回水管排出，见图4。

经过现场对换热器两侧循环水温度的测量，基本可以断定循环水有一部分水流短路。测量数据为：换热器东侧的循环水温度为64℃，换热器西侧循环水的回水温度为48℃，而换热器西侧循环水的来水温度只有24℃。理论分析表明，循环水经过一次换热后，即循环水从西侧经换热器的下部换热到东侧，温度从24℃上升到64℃，是正常的。循环水经过第二次换热后，即循环水从东侧经换热器的上部换热到西侧，温度没有升高反而下降，而且换热器的上部应该比下部温度高（换热器上部测量温度为90℃，换热器下部测量温度为53℃），水温从64℃降到48℃，这是不正常的，只能是循环水的出口侧又有冷源进入，因此认为是循环水水流短路造成的。

原因二：为了给下游工序提供一个更好的环境，上半年对循环水的水流分配量进行了一次调整，即将1101JC的循环水回水蝶阀关小。当时1101JC的循环水回水阀关到只有25%～30%的开度，由于循环水回水阀开度小，造成循环水回水的背压变大，循环水在1101JC内的循环水量变少，流速变小，尤其是在出现循环水短路后，换热器内的循环水量变得更少，流速更慢，这就使循环水里的泥土和沙石在换热管内沉积，随着时间越沉积越多，换热器的换热面积变小，换热效果下降，最终导致真空度下降。随着真空度的下降，抽气温度相应上升，在1101JC的上部就会出现循环水量少、温度高的现象，最终造成换热管结垢加剧，导致1101JC真空度进一步下降。

2.2 措施

在1101JC循环水的回水蝶阀前侧，循环水的管线上带压接管，安装3个DN250阀门，对1101JC进行零背压排放，目的是加大循环水的水量和循环水的流速，从而将换热管内的泥土沙石等沉积物排放出去，恢复换热器的换热面积。排放时为了避免对周围环境造成影响，在3个阀门后接一条DN400管线，将排放的水引到排污口进行排放。

2.3 处理过程

首先在1101JC的循环水回水线上带压接管安装3台DN250阀门（图4中的1#、2#、3#阀门）；做好零背压排放前的各项准备工作；进行零背压排放，打开1101JC循环水回水线上新接的3个切断阀，同时关循环水出口蝶阀，但是为了安全起见，第一次出口蝶阀没有完全关闭，留有25%的开度，零背压排放持续了3 min左右，1101JC回水温度开始下降，真空度开始上升。停止排放后大约15 min，又开始第二次零背压排放，排放了大约5 min停止。第二次排放时，将1101JC循环水出口蝶阀全部关闭，结果发现排出的水很脏，同时出口水温下降显著，真空度涨幅也很大，见表2。最后真空度恢复到了正常压力值。

表2 小表面冷凝器冲洗前后效果对比

2.4 结果分析

循环水零背压排放后1101JC运行情况良好，真空度达到-80 kPa以上，能够满足100%负荷时的生产要求。对1101JC真空值进行跟踪，循环水冲洗后7 d无反弹。

准确的判断为不停车在线解决1101JC真空低问题奠定了基础。如果停车清洗，从1101JC的停车到检修施工共需要4 d时间，停车对装置的原材料造成了浪费，检修也会对周围环境造成污染。零背压排放法在线解决了1101JC真空度低的问题，大大节省了停车检修费用，节约了生产成本，避免了环境污染，也为企业创造了经济效益。

3 结束语

换热器在线反冲洗和零背压排放方法，解决了换热器换热效果差的问题，同时也确保了装置长周期的平稳、连续运行，避免了停车检修造成的损失和对环境的污染。

[1]王勇.换热器维修手册[M].北京：化学工业出版社，2010：248-249.

聂云龙，2004年毕业于东北林业大学，工程师，从事化工设备的使用和管理工作，E-mail：dqnyl@163.com，地址：大庆石化公司化肥厂合成车间，163711。

2011-05-12）