变换工序开工加热器的改造

赵海卫，陈 铭

（贵州赤天化桐梓化工有限责任公司，贵州桐梓 563200）

变换工序开工加热器的改造

赵海卫，陈 铭

（贵州赤天化桐梓化工有限责任公司，贵州桐梓 563200）

耐硫变换催化剂开车时必须进行升温、硫化，长期停车时则须氮气置换，在这些过程中，对热载体氮气的加热方式不同，能源利用率及经济效益存在着较大差异。因此，结合氮气加热器技术改造前后运行情况，从能源利用、经济效益方面作了比较。

变换；开工加热器；改造

贵州桐梓化工有限公司是一家利用桐梓当地无烟煤生产甲醇、合成氨和尿素的化工企业，前身为贵州金赤化工有限责任公司。气化装置采用以无烟煤煤为原料的GE水煤浆气化技术，装置配套3台φ3.2m、25.4m3/h的等径气化炉，两开一备，分别配置3台棒磨机和3套渣水处理系统，为30万t/a合成氨装置和30万t/a甲醇装置提供粗水煤气。合成氨装置气体变化采用耐硫钴钼催化剂，净化技术采用大连理工大学低温甲醇洗、液氮洗技术，氨合成采用卡萨利氨合成技术。

1 变换工艺升温流程简述

变换工序开车前，先要对变换催化剂进行升温。来自氮气管网6MPaG的氮气经加热器（E11）与2.5MPa的蒸汽进行换热，氮气加热至200℃后进入煤气过滤器（V2），再进入第一变换炉（R1）。出第一变换炉（R1）的氮气，再经中压蒸汽过热器（E2）与4.0MPa过热蒸汽进行换热，进入煤气预热器（E1）预热，再经过废锅（E3）旁路，进入第二变换炉（R2）中对第二变换炉（R2）进行升温，出R2的气体通过0.5MPa废锅Ⅰ（E4）被来自0.5MPa饱和蒸汽管网的蒸汽加热，进入第三变换炉（R3），出第三变换炉气体首先通过中压锅炉给水预热器（E5），再进入0.5MPa废锅Ⅱ（E6），然后进入第一水分离器（V3）分离出工艺冷凝液。未冷凝气体经分离后进入脱盐水加热器（E7）。变换气经第二水分离器（V4）分离出工艺冷凝液后，在变换气水冷器（E8）中用循环水冷却，送入第三水分离器（V2105）。

2 开工加热器对开车的影响

1）变换工序导气前，催化剂床层温度要升至催化剂活性温度之上，并且要比水煤气的露点温度高20～30℃，以防止催化剂泡水，造成催化剂使用寿命缩短。

2）变换工序在导气过程中需要配部分热氮气，防止变换工序导气过程中催化剂床层发生超温现象。

3）变换工序长期停车，为防止系统中的饱和水蒸气冷凝，造成催化剂泡水，需要对变换工序进行氮气置换。

4）事故状态下为了尽快对变换工序置换，需要加入热氮气对床层进行降温操作。

3 改造前氮气加热器存在的问题

1）原氮气加热器设计换热面积偏小，变换炉床层升温所需时间长，严重影响了开车进度，并且造成开车成本高。

2）原氮气加热器层程设计压力为2.2MPa，在变换工序导气过程中，当系统压力升至1.5MPa时，现场需要快速关闭截止阀，防止氮气加热器管程超压，不但加大了现场操作人员的劳动强度，同时操作不及时，容易造成变换炉催化剂床层超温，严重影响了催化剂的使用寿命。

3）变换工序停车，需要把系统压力泄压至2.0MPa以下才能对变换工序进行氮气置换，延长了变换工序氮气置换的时间。

4 氮气加热器的改造

气化车间有一台换热器（E12）长期未投用，管层设计压力8.0MPa，壳层设计压力3.0MPa，符合氮气加热器替换要求，变换工序氮气参数：压力6.0MPa，温度40℃，加热后温度209℃，流量20 000m3/h；蒸汽参数：压力2.5MPa，温度226℃，换热后发生相变温度215.06℃。根据以下计算：

式中Wh、Wc—热、冷流体的质量流量，kg/s；

Cpc—冷流体的平均质量定压热熔，J/（kg·℃）；t1、t2—冷流体的进、出口温度，℃；

rh—饱和蒸汽的比汽化焓，J/kg。

换热器的热负荷：

式中A—换热器的传热面积，m2；

Δ tm—热、冷流体的平均温度差，也就是传热的总推动力，℃；

K—比例系数，称为传热系数，W/（m2·C）。

换热面积：

式中n—管数；

d—管径，m；

l—管长，m。

表1 新换热器参数

根据资料查得氮气的平均质量定压热熔为1.03J/（kg·℃），根据公式（1）算的要想把20 000m3/h的氮气从40℃加热到209℃所需2.5MPa的饱和蒸汽为2.58t/h，所需总热量为1 332kJ/h。根据公式（2）和（3）将新换热器的换热面积及材质得到传热系数，新换器的热负荷完全能够满足热量的要求。所以根据设备装配图和生产工艺情况得出评估报告。

4.1 工艺计算模拟结果

通过工艺计算模拟，设备管层通入氮气，壳层通入蒸汽，按照氮气放空量为20 000m3/h计算，该换热器消耗蒸汽量（2.5MPa饱和蒸汽）2.58t/h，氮气侧阻力降为64kPa，氮气出口温度209℃。如果需要更高的氮气温度，只需要加大蒸汽量。

4.2 设备符合性

（1）E12管层和壳直径分别为：DN250/DN250和DN150/ DN100，设计压力分别为：8.0MPa和3.0MPa，管层材质为304。

（2）由于E12比E11重近4t，需要对原基础进行改造。

（3）原设备接管尺寸分别为DN300和DN400，需要设置DN300/400变DN250大小头。

5 结束语

改造后系统升温时间由原来的12h左右，降到6h，提高了变换工序催化剂床层升温的效率；减小了现场工作人员的劳动效率；避免了导气过程中催化剂超温的风险；缩短了变换工序氮气置换的时间；原气化闲置的换热器E12得到了利用。

Mo d i f i c a t i o n o f S t a r t-u p H e a t e r i n C o n v e r s i o n P r o c e s s

Zhao Hai-wei，Chen Ming

The sulfur-tolerant shift catalyst must be heated and vulcanized，and the nitrogen is replaced in the long-term parking.In these processes，there are different heating methods for the heat carrier nitrogen，and the energy eff i ciency and economic eff i ciency are quite different.Nitrogen heater technology before and after the transformation of the operation，from the energy use，economic benef i ts were compared.

transformation；starting heater；transformation

TQ113.2

A

1003-6490（2017）08-0007-02

2017-06-03

赵海卫（1985—），男，河北石家庄人，助理工程师，主要从事调度管理工作。