玉门炼化常减压装置空气预热器改造及优化

尤兴华，李小东，张 霖

（中石油玉门油田公司炼油化工总厂，甘肃玉门735200）

中石油玉门油田炼油化工总厂常减压蒸馏装置于1997年8月建成投产，年处理量为250万t。装置应用常压炉和减压炉为原料提供热能，均采用箱式炉结构，设计热负荷分别为25.87MW 和11.02MW，热效率90%。加热炉余热回收系统用烟气将空气加热到240℃左右，分两路通过风道分别进入常压炉和减压炉燃烧器，供火嘴燃料燃烧用。常压炉、减压炉各对流室排出的大约300~390℃烟气，经过加热炉顶部汇集烟道进入空气预热器与空气换热，烟气温度降到170℃，被引风机抽出送到常压炉烟囱上部排入大气。

随着装置多年的生产运行，原设计中的热管式空气预热器体现出排烟温度高、预热效果不佳。导致加热炉能耗增加，而加热炉的能耗占整个常减压装置总能耗约70%~80%[1]，提高加热炉效率一直是节能工作的中重点。因此2010年装置对加热炉空气预热器进行了改造。并于2011年和2013年对加热炉空气预热系统进行进一步优化改造，现在加热炉热效率一直稳定保持在92.5%以上，对装置的节能减排做出了明显贡献（见图1）。

图1 装置近年空气预热器平稳率统计Fig.1 Qualified-rate statistics of air preheater

1 复合式空气预热器改造

针对本装置加热炉特点，装置通过对多种加热炉空气预热器进行对比分析，最终采用了扰流子-热管-搪瓷管的复合式空气预热器[2]。

1.1 高温段扰流子空气预热器

扰流子空预器是在普通管式空预器的基础上加以改进发展的新型空预器。主要是在换热管内增设了扰流子，可有效强化冷、热侧传热，提高流体的扰动，破坏管内边界层，提高管内换热系数，降低管壁工作温度，有利于换热管的换热。

高温段扰流子空预器主要由钢结构、扰流管原件组成。空气走管内，烟气走管外。扰流管一端与管板焊接，另一端与管板不焊，使用填料密封结构。这样既满足了设备的密封要求，又不限制扰流管的热膨胀。由于高温段没有露点腐蚀问题，采用扰流子空预器可以彻底解决热管式空预器超温失效、爆管等缺陷，确保空预器常长周期、高效运行。

1.2 中温段热管空气预热器

热管是一种具有高传热性能的传热元件，它通过密闭真空管壳内工作介质的相变潜热来传递热量，其传热性能类似于超导体导电性能，因此，它具有传热能力大，传热效率高的特点。

热管空气预热器主要由壳体、热管元件及冷、热流体进出接口组成。壳体是一个钢结构件，中间由管板分隔，烟气、空气在管板两侧流动。壳体的上顶和下底及侧面设有保温层。设计中热管采用倾斜布置，安装时有12℃的倾角，烟气采用垂直流向，容易带走积灰，防止因积灰造成的换热效果下降。

1.3 低温段搪瓷管空气预热器

搪瓷管空气预热器在预热器烟气进口烧制一种高耐磨搪瓷专用涂层，取消了金属套管，加大了空气流通面积，降低了烟气流速，从而使磨损减轻。同时在烟气出口处烧制搪瓷涂层，彻底解决低温腐蚀，而且由于搪瓷表面光滑，不容易产生积灰，减少了预热器堵塞。搪瓷管具有耐酸碱腐蚀、耐烟气冲刷、抗飞灰磨损、使用寿命长等优点。由于搪瓷材料耐低温腐蚀，因此，可以将加热炉排烟温度可降至130℃以下，提高余热利用率，减少燃料消耗。普通钢管空气预热器长时间运行后由于积灰等原因，造成换热效果大大降低。而搪瓷管表面光滑，长时间运行不积灰，换热效果基本不变[3]。

搪瓷管空气预热器主要由壳体和搪瓷管组成。空气走管内，烟气走管外。使用不锈钢膨胀节将管板与壳程密封，这样既满足了设备的密封要求又不限制搪瓷管的热膨胀。

2 使用效果评价

2010年加热炉空气预热器改造完成投用后达到了预期效果（见表1），空气预热器排烟温度由改造前的166℃降低至117℃。热效率由89.1%提高至92.6%。此次改造取得了较好的效果。改造后加热炉的余热回收系统运转平稳，效果明显，对烟气热量的利用率大幅增加，减少了热量的损耗。

表1 常减压装置加热炉运行典型数据Tab.1 Typical data of furnace of crude oil unit

虽然改造后空气预热器的运行取得了很好的效果，但是在后期运行中逐渐显现出部分问题。如在投用3个月后2011年1月空气预热器出现了明显的下降。经过分析总结，发现搪瓷管段出现明显泄漏。在整改完成后加热炉运行平稳，但与改造完成初期的加热炉热效率92.6%相比，仍存在差距，且呈现出继续下降的趋势。装置借助2013年大检修的时机，对空气预热器进行了彻底的检查维护，维护后空气预热器运行平稳，热效率一直维持在92.5%以上。

3 问题及整改措施

3.1 搪瓷段热管破裂

在2011年4月由于空气预热器的热效率出现明显下降，经过对空气预热器各段烟气取样进行分析，判断为搪瓷管段发生泄漏，需进行更换。在将空气预热器打开维护中发现低温搪瓷管表面搪瓷破坏严重，损坏的搪瓷管腐蚀严重导致空气进入烟气系统，造成烟气中氧含量升高。

搪瓷管虽然具有耐腐蚀的特点，可以将露点腐蚀温度降低。但是搪瓷预热器的缺点就是易脆，若有搪瓷脱落腐蚀会加速。在2010年安装过程中，未充分考虑到这一问题，可能在运输、安装过程中，由于震动、磕碰等原因造成搪瓷脱落，对空气预热器的高效运行造成了影响。因此，在此次检修中特别对运输条件作出了要求，在运输中将搪瓷管分别进行包裹，并且对运输及安装人员进行了培训，最大程度的保证搪瓷管的完整性。

由于搪瓷管搪瓷表面会有空点，热膨胀后会造成脱瓷。而玉门所处纬度高，昼夜温差大，在更换、存放过程中难以避免，因温度大幅变化造成的搪瓷脱落。因此在搪瓷管更换完毕后，装置优化操作，将排烟温度由设计的110℃，提高到135~140℃防止搪瓷管搪瓷脱漏后造成的对金属管的腐蚀。确保空气预热器搪瓷管段的高效平稳运行。

3.2 热管段泄漏问题

搪瓷管段更换完毕后，空气预热器的热效率虽然提高到了91.5%以上，但是与改造初期的92.6%仍然存在有一定差距。初步判断为由于热管有12°的倾角（图2），因此，对热管密封面和管板的安装要求较高。在2010年的安装过程中未考虑到此因素，导致密封面出现泄漏，发生漏风现象。

图2 热管连接倾角Fig.2 Dip of heat pipe connection

在2013年的检修维护中将所有热管都抽出并吊在地面上，对密封面进行了清理，并更换了所有盘根。回装到距离密封管板300mm时，在热管密封盘根上涂上了耐高温密封胶，增加了热管密封面和管板的密封效果。对安装人员提前进行安装培训，对安装过程进行全程监督指导，保证安装过程平稳，密封完好。

检修完毕空气预热器投用后，加热炉热效率提高到了92.5%，达到了改造要求，且在持续的监控中，表现出了运行平稳的特点，自2013年9月检修完毕后加热炉热效率一直维持在92.5%左右。

3.3 露点腐蚀

复合式空气预热器在设计时考虑到了由于排烟温度低会造成预热器末端露点腐蚀，因此，对其末端底部采取了辅料浇筑的方法，以避免露点腐蚀的影响。但是在现场安装时，由于引风机与预热器连接部需现场调试安装，安装完成后单独对连接部进行辅料浇筑，若后期浇筑效果不好存在较多孔隙，导致烟气中的酸性凝液通过孔隙下渗对设备造成腐蚀。

装置利用2013年检修时机，对泄漏部位进行封堵，对钢板进行加固加厚处理，对内部填料进行二次浇注，保证设备的密封性，提高空气预热器工作效率。

4 小结

通过改造及后期维护整改，加热炉目前运行平稳，各项指标均有大幅好转。并且通过多次设备维护和操作优化，根据装置操作特点最终确定运行参数。

2013年维护完成后加热炉总出口热效率保持在92.5%以上，此次改造取得了很好的效果。引风机的变频控制阀位开度由原先的114减低到75了，引风机电流降低了20A；炉膛烟气所含氧含量为4%，2011年检修前几乎为0%；CO含量明显下降；炉出口温度正常，两炉未出现正压，负压值正常。装置能耗由改造前的10.70降低到现在的10.50以下，改造后比改造前两炉共减少燃料用量187kg·h-1，全年节省瓦斯1.54×106kg。

表2 2013年常减压装置加热炉化验分析数据Tab.2 Analysis data of furnace

虽然改造维护后空气预热器还是存在微量泄漏（表2），主要原因一是高温扰流子段东端换热器管板焊接，西端采用石棉带软密封，导致西端密封存在微量泄漏，二是中间热管的密封面，由于存在12度的倾角，无法达到100%密封。这两个问题将在以后的检维修过程中进行解决。

［1］马秉骞.炼油设备基础知识［M］.北京:中国石化出版社，2003.189-190.

［2］陈国英.常减压车间空气预热器的改造［J］.石油化工设计，2001，18（4）:40-42.

［3］赵艳玲，付玉生，刘宗强.搪瓷管重型空气预热器在常减压的应用［J］.齐鲁石油化工，2011，39（2）:149-151.