应用激光焊接板换回收PX装置低温热

戚元庆，杨慧昌

(镇海石化工程股份有限公司，浙江　宁波　315042)



应用激光焊接板换回收PX装置低温热

戚元庆，杨慧昌

(镇海石化工程股份有限公司，浙江宁波315042)

在PX装置重整油分馏塔和脱庚烷塔的塔顶应用激光焊接板式换热器，分别与脱盐水和除氧水换热，回收塔顶气的冷凝潜热。加热后的脱盐水进热工除氧器，可以节约除氧器的蒸汽用量，加热后的除氧水可以多发低压蒸汽。本文为PX装置低温热回收利用开启了新的途径，并为老装置改造提供了可行的工程解决方案。

PX装置；低温热；回收；激光焊接板式换热器

节能减排是减少温室气体排放、提高能源利用效率的重要手段，是可持续发展的必由之路。石油化工企业作为能耗大户，尤其肩负重任，责任巨大。

PX装置是以重整生成油为原料，生产对二甲苯(PX)为主要目标的化工装置。国内某厂45万吨/年PX装置采用法国IFP工艺，主要包括二甲苯异构化、二甲苯分离和吸附分离三个生产单元。装置共有10台精馏塔，操作负荷都很大，塔底需要提供大量再沸热能，而塔顶又产生大量的低温热。设计时经过流程优化，主要采取的节能措施有：①提高塔顶压力从而提高塔顶物流温位，作为其他塔底重沸器热源；②塔底重沸炉作为热载体炉集中供热，作为其他塔底重沸器热源；③加热炉对流段热联合，加热塔底重沸物料，并对装置自发蒸汽进行过热。尽管采取了上述措施，生产每吨PX的能耗仍然高达390 kg标油，装置内未利用的低温热仍然很多，降低能耗仍然任重道远。

1　寻找低温热源

PX装置重整油分馏塔的作用是以连续重整脱戊烷油为原料，脱除C7及以下组分。塔顶油气通过空冷器冷却到40 ℃进入回流罐。重整油分馏塔塔顶的操作参数见表1。该塔的操作长期不正常，主要表现为空冷器压降大，塔顶压力超过设计值0.1 MPa左右，致使塔的分离精度达不到设计指标，即塔顶油中的C8芳烃含量超标，而塔底的甲苯又切不干净。塔顶油气温度为130 ℃，全部通过空冷器冷却，热负荷非常大，因此将其作为低温余热回收利用的对象，同时期望通过低温热利用改造，降低塔顶操作压力，解决产品质量不合格的问题。

PX装置脱庚烷塔的功能是以二甲苯异构化反应生成油为进料，切除C7馏分。该塔塔顶冷却负荷较高，原设计为了多回收塔顶热量，对塔顶压力作了提压设计，以提高塔顶油气的温位。操作参数见表1。原设计塔顶的换热流程是塔顶油气先与循环塔进料换热，再与脱庚烷塔进料换热，最后进入空冷器冷到40 ℃。进空冷器温度过高造成能量浪费，因此有必要对换热流程进行优化。

表1　低温热源参数Table 1　Low temperature heat source parameters

2　寻找合适冷源

尽管石油化工装置中存在着大量的低温热源，可是由于温位太低，缺乏合适的冷源与之换热，常常难以利用。因此，寻找合适冷源成为低温热回收利用中的关键步骤。

同属芳烃联合装置的歧化单元设有一台100 t/h的低压除氧器，同区域的重整装置有50 t/h的低压除氧器。40 ℃的脱盐水进入除氧器，由1.0 MPa蒸汽汽提除氧。除氧水的温度为104 ℃。如果用脱盐水与低温热源先换热再进除氧器，可以节约1.0 MPa蒸汽的用量。这是目前低温热回收改造中应用较为普遍的冷源。

另外，歧化单元的100 t/h除氧水在进入蒸汽发生器前温度为104 ℃，也可以与温位稍高的热源换热，以增加蒸汽产量。

脱盐水与重整油分馏塔顶油气温位刚好匹配，除氧水与脱庚烷塔顶油气刚好匹配，因此选择这两股介质作为冷源是合适的。

3　关键设备选型

在老装置上开展低温热回收利用，受制约的条件太多，常常步履维艰，实施困难。设备平面布置就是经常遇到难题之一。原装置在设计时主要考虑节约占地，一般不会预留改造空间。塔顶油气管线为防止积液，一般要求配管时步步低自流进入回流罐。这就要求新增加的换热器安装高度必须高于空冷器。因此设备平面布置十分困难。

炼油企业一般较倾向于选用管壳式换热器作为换热设备，因为其具有可靠性高、操作弹性好、处理能力大、造价低、标准化等众多优点。但是本项目如果采用管壳式换热器，由于设备笨重，又是布置在框架的最顶层，现有框架将无法承载，必须进行加固。框架加固不但费用高，施工难度也非常大。经过比较，认为板式换热器更适合应用在此处，主要原因有：①设备重量轻(是管壳式换热器的1/3～1/4)，占地小，可避免框架加固；②板换接近于纯逆流传热，可以做到冷热流温度交叉，增加热回收率；③板式换热器可以做到较小的压力降，有利于保证塔顶操作压力恢复正常。

由于两个塔顶低温热源均含有芳烃，而且均含有剧毒物质苯，芳烃对垫片会产生腐蚀，容易引起泄露，因此采用垫片式板换是不合适的。激光焊接板式换热器是近年出现的新型板式换热器，在国内外石油化工装置上已有大量成功应用经验。该换热器由于板片接口采用激光焊接，焊缝的热影响区小，残余应力低，一般不会发生焊缝开裂，降低了泄露风险。因此，本低温热回收采用激光焊接板式换热器是非常合适的。激光焊接板式换热器与管壳式换热器选型比较见表2。

表2　激光焊接板换与管壳式换热器选型比较Table 1　Laser welding of plate and shell and tube heat exchanger selection

4　工艺流程设计

工艺流程图见图1和图2。

图1　重整油分馏塔顶低温热回收流程Fig.1　Reforming oil fractionator overhead of low temperature heat recovery process

图2　脱庚烷塔顶低温热回收流程Fig.2　Low temperature heat recovery process from n-heptane column

在低温热回收项目的工艺流程设计中，必须对下述三个方面给予足够重视，才能确保流程设计合理、操作安全和长周期运行。

(1)采用换热器热旁路控制冷流出口温度。

脱盐水的除氧温度是104 ℃，为了保证除氧效果，脱盐水进除氧器的温度应低5～10 ℃。由于塔顶油气管线口径较大(本项目重整油分馏塔塔顶管线直径DN700)，同时也为了不增加压降，板换油气侧进出口不加切断阀，而是利用板换自身的压降，通过在油气侧安装旁路调节阀来调节冷流的出口温度。

(2)换热后的脱盐水应采用不锈钢材质

脱盐水经过换热温度升高后会有氧气析出，若采用碳钢管线，氧腐蚀严重，并且易造成除氧器工作异常。因此该管线应采用奥氏体不锈钢材质。

(3)板换的冷侧必须安装安全阀

板换的热侧是与塔顶相通，且进出口没有安装切断阀，而塔顶装有安全阀，因此热侧进出口管线上不需要再安装安全

阀。而冷侧介质为水，为防止意外关闭板换冷侧的进出口阀门，导致水汽化，造成板换超压损坏，一般应在冷侧安装安全阀。

5　低温热回收效果

本低温热回收设施投用后与设计值吻合非常好。重整油分馏顶回收低温热10486 kW，效果表现在可以节约15 t/h的除氧用低压蒸汽。脱庚烷塔顶回收回收低温热7239 kW，效果表现在可以多发1.4 MPa蒸汽11 t/h。两项合计回收低温热17725 kW，生产每吨PX降低能耗约27 kg标油。项目总投资863万元，约半年时间就可以回收全部投资。

[1]施俊林.炼厂低温热利用的实践和策略[J].炼油技术与工程,2009,39(4):61-64.

[2]路守彦.对二甲苯工艺技术与生产[J].石化技术,2012,19(2):62-70.

[3]于秋海.炼油装置低温余热利用措施及潜力分析[J].石油炼制与化工,2010,41(12):65-70.

[4]杨慧昌,戚元庆.柴油加氢装置汽提塔顶低温热利用[J].广州化工,2015,43(19):157-159.

[5]戴厚良.芳烃技术[M].北京:中国石化出版社,2014:352-410.

Application of Laser Welded Plate Heat Exchanger for Recovering Low-temperature Heat in PX Unit

QI Yuan-qing, YANG Hui-chang

(Zhenhai Petrochemical Engineering Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315042, China)

For recovering the latent heat of condensation of top gas in PX unit, top gas of CCR oil fractionator exchanged heat with desalination water, and top gas of heptane off column exchanged heat with deoxygenated water by applying laser welded plate heat exchanger, respectively. The heated desalination water entered into the low pressure deaerator, which can reduce the steam consumption of deaerator. Besides, the heated deoxygenated water can be utilized to produce more low pressure steam. A new way to recover and utilize low temperature heat in PX unit was carried out and a viable engineering solution in revamping of old units was provided.

PX unit; low-temperature heat; recovery; laser welded plate heat exchanger

戚元庆(1977-)，男，工程师，主要从事石油化工装置工艺设计。

TE08

B

1001-9677(2016)09-0163-03