浅谈粗苯工艺中列管式换热器的优化

卢冰

摘 要：粗苯工艺在实际生产中存在问题较多，采取相应的优化措施，可改善粗苯冷却效果，各项指标符合设计要求。

关键词：粗苯 冷凝冷却 优化

中图分类号：TK17 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-00-01

粗苯是煤热解生成的粗煤气中的产物之一，经脱氨后的焦炉煤气中含有苯系化合物，其中以苯含量为主，称之为粗苯。粗苯属于中闪点易燃液体，其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热时有燃烧爆炸危险。粗苯又是一种中等毒性的化学品，吸入人体后可致癌，也可能会引起其他疾病。粗苯冷凝冷却器是煤化工企业粗苯回收系统重要的生产设备，其运行的好坏直接影响到脱苯塔的操作、粗苯的产量，也会对粗苯储运产生极为不利的影响。以我公司某煤化工企业为例，其净化车间粗苯工段采用管式炉煤气加热富油脱苯的生产工艺，自2006年10月份投产以来，粗苯温度一致偏高，经常在40 ℃左右，而低温冷却水进出口温差不到1 ℃，粗苯冷却器效果不好，大量粗苯蒸汽从放散管挥发，使生产作业环境恶劣，还严重影响了粗苯回收率和产量。因此，技术人员经过考察和研究确定粗苯冷凝冷却器存在问题，根据生产情况提出了相应的优化措施。

1 工艺流程

粗苯工段有两台并联操作的粗苯冷凝冷却器，每台有两个列管换热器。自脱苯塔顶部出来的约92～93 ℃粗苯蒸汽，先经上部的油汽换热器与30 ℃的富油换热降温后，再经下部的粗苯冷却器冷却到30 ℃，同时，富油经换热后，温度升到60～70 ℃。

2 存在的问题

2.1 产品温度高，作业环境差

脱苯塔产生的粗苯蒸汽经过油气换热器和冷凝冷却器冷却后，温度仍然在40～44 ℃，在粗苯产品中间槽储存时由于产品温度较高，明显可以看到粗苯蒸汽的挥发，从而造成作业场所苯蒸汽浓度高，增加了职业危害的可能性，而且严重影响现场安全。

2.2 粗苯回收率低，达不到设计要求

由于粗苯产品储存时温度高，引起大量粗苯蒸汽挥发，造成部分产品流失，降低了产品回收率，使系统回收率达不到设计要求。

2.3 冷却水耗量大，冷却效率低

操作运行时，为了降低粗苯产品在储存时的温度，增加了冷却用的低温水用量，增加了水量输送能耗。特别是随着产量的增加，在冷却系统满负荷运行时，产品粗苯温度仍然较高。

3 原因分析

经过对粗苯冷凝冷却部分分析得知，油气换热器换热基本正常，主要问题是冷凝冷却器的使用不合理、冷却效率低，表现在以下方面：（1）该厂洗脱苯设备为年产200万 t焦化项目配套的装置，然而，生产初期焦化项目为100万 t/年，粗苯工段处于半负荷生产，其粗苯产量仅为1.46t/h。计算表明，粗苯冷却器的换热面积仅需70 m2，而粗苯冷却器实际面积330 m2，实际面积大于所需的换热面积。（2）粗苯冷凝冷却器进出口的冷却水的温升较低（现场测量冷却器进出口低温水温度差相差1 ℃左右）。粗苯与低温水换热过程中水相走惯成，油相走壳程。分析其原因，可能是由于粗苯工段处于半负荷生产状态粗苯流量小，再加上冷却器内折流板外缘距壳体内壁的距离较大（一般为3～5 mm），造成粗苯在冷却器内流动过程中无法通过折流板，而直接从折流板底部的缝隙处通过，故实际使用的换热面积远小于换热器的实际面积，严重影响了粗苯冷却器的冷却效果。（3）冷却后粗苯温度高造成塔顶回流量大，脱苯塔顶温度不宜控制，增加脱苯塔负荷。另外，冷却后粗苯温度高还使储存粗苯设备存在安全隐患，并且挥发出来的粗苯气体污染环境，这也是影响粗苯产量的原因之一。

4 优化措施

根据粗苯冷凝冷却器存在的主要问题，选择两台70 m2的螺旋板换热器加在原粗苯冷凝冷却器后，与原设备串联使用，优化前后如图1所示。

5 优化效果

经上述优化后，冷却水的温差达到了设计要求，冷却水温升有了大幅度升高，粗苯冷却后温度也讲到了27 ℃左右，粗苯回收率由原来的0.85提高到目前的0.937，如下表所示。另外，由于减少了粗苯挥发，明显改善了现场操作环境，增加了粗苯贮存的安全性。

6 经济效益

粗苯冷凝冷却器优化后的经济效益非常显著。目前，该公司每年200万 t焦化项目全部投产，按年装煤量270万 t干煤，粗苯3000元/t计算，每年可多创造经济效益270×104×（0.937%～0.85%）×3000=704.7万元

参考文献

[1] 谢全安.煤化工安全与环保[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2] 李万春.煤化工生产安全操作技术[M].北京：气象出版社，2006.

[3]贺永德.现代煤化工技术手册[M].北京：化学工业出版社，2011.