浅析重整进料换热器改造对装置能耗的影响

张虎

摘 要：本文介绍了某连续重整装置，扩能改造后，进料板式换热器出现压降增大，换热效率降低的情况。通过技改更换为缠绕式换热器后，与板式换热器运行参数进行对比分析发现，换热器压降降低，使系统压差明显减小，循环机蒸汽消耗降低，四合一加热炉消耗瓦斯量大幅减少，节能降耗效果显著。

关键词：连续重整装置;板壳式换热器;缠绕管式换热器;能耗

0 引言

某连续重整装置设计规模为1.2Mt/a，其混合进料换热器选用进口板壳式换热器。2013年大检修期间将装置扩能至1.44Mt/a后，重整进料板壳式换热器压降增大至120kPa，换热效率降低，造成四合一加热炉瓦斯能耗增加，影响了装置的生产稳定性和经济性。

2017年大检修期间，将原板壳式换热器更换为缠绕管换热器，热端温差降至29℃左右，换热器管壳程压降稳定在80-90kPa，效果显著。

1 两种换热器介绍

1.1 板壳式换热器

20世纪末，国内首次在催化重整装置上引进了法国Alfa laval公司的板壳式换热器。国产换热板片采用分步模压成形，进口板片采用水下爆破成形，板束均采用全焊接结构。板壳式换热器在传热效率、压降、占地等方面优势明显，但全焊接式板壳式换热器的制造要求严格、加工难度大[1]。

1.2 缠绕管式换热器

缠绕管式换热器由管束、下管箱、上管箱和壳体组成。下管箱有循环氢入口、进料口、气体分布板和液体分布管，管束包括上、下管板及换热管芯体，热流走壳程，冷流走管程。

缠绕管式换热器换热管反向螺旋缠绕，改善了流体流动状态，形成强烈的湍流;换热管内流体螺旋流动强化了管程传热，壳程折流部件的扰动也起到了强化传热的作用，壳程折流部件的扰动也起到了强化传热的作用。

换热管内流体呈螺旋流动，流道截面形成二次流，壳程流体在各管程之间形成湍流，降低了流体对壳壁的附着。换热管和垫条、管卡的合理设置，缠绕管式换热器基本没有死区，壳程流体逆流横向交叉通过绕管，在相邻管之间、层与层之间不断分离和汇合，使壳程流体形成了剧烈湍流，确保了壳程流体的均匀分布，且减少了结垢的几率。下管箱中设置盘式气体分布器和管式液体分布器，分布器上优化开孔设计，有效保证了气液两相在管程内的均匀分布。进入管内的流体则以螺旋方式流动，增强流体的剪切力，湍流流动状态稳定，而且降低了管壁附着的可能性及结垢倾向。但因换热管管径较小，且为螺旋缠绕式，一旦管内堵塞，不易清洗;而换热管外为垫条和管卡支撑结构，且缠绕管管束与壳体间为焊接结构，使得壳程无法打开检修和清洗，通常只能采用化学清洗。

为了充分发挥缠绕管换热器的性能优势，不宜将其应用在易结垢或有机械杂质的场合，且换热器管程入口宜设置过滤器。

2 更换前及更换后相关数据采集

2.1 采集范围及采集内容

2016年与2019年装置运行平稳，处理量、反应温度无大幅调整，工况相近，因此采集这两年的数据进行分析。

取两种换热器运行时循环机出口压力、换热器热端出口温度、燃料气消耗量、除盐水消耗量、循环机蒸汽消耗量、电能损耗以及进料控制阀运行情况，进行数据采集统计。

2.2 数据统计表

3 数据对比分析

3.1 循环机出口压力

由表1和表2的数据可以得到：

使用板壳式换热器时，循环机出口压力在满负荷下平均压力为0.5210MPa;使用缠绕管式换热器时，循环机出口压力在满负荷下平均压力为0.4898MPa。进料换热器更换后，重整反应系统压降较之前使用板式换热器下降0.028MPa。

3.2 换热器热端冷端出口温度

在工作中使用板壳式换热器时，混合进料换热器热端出口平均值为439.67℃，冷端出口平均值为108.81℃;进料换热器使用缠绕管式换热器时，混合进料换热器热端出口平均值为460.71℃，冷端出口平均值为97.71℃。

进料换热器更换后较之前使用板式换热器热端出口温度提高21.04℃，冷端出口温度降低11.1℃。

3.3 四合一炉一号加热炉瓦斯

使用板壳式换热器时，四合一炉一号炉所需瓦斯量平均值为2471.11Nm3/h;使用缠绕管式换热器时，四合一炉一号炉所需瓦斯量平均值为1637.58Nm3/h。

在进料量与反应苛刻度一致的情况下，四合一炉一号炉瓦斯平均消耗量较之前使用板式换热器降低833.58Nm3/h。

3.4除盐水消耗量

由于技改后换热效率提高，冷端温度降低，反应空冷器负荷降低。本装置所采用的表面蒸发式反应空冷器，使用除盐水作为喷淋水。空冷器负荷降低，除盐水蒸发消耗量降低。使用板壳式换热器时，除盐水消耗量平均值为50.44t/h;使用缠绕管式换热器时，除盐水消耗量平均值为47.925t/h。进料换热器更换后，装置除盐水消耗量平均值较之前使用板式换热器降低2.25t/h。

3.5 循环机蒸汽消耗量

使用板壳式换热器时，循环机的蒸汽消耗量平均值为17.299t/h;使用缠绕管式换热器时，循环机的蒸汽消耗量平均值为15.81t/h。

进料换热器更换后，循环机的蒸汽消耗量平均值较之前使用板式换热器降低1.5t/h。

3.6 进料控制阀运行情况

進料换热器更换前，重整进料控制阀副线阀开度为30%，勉强达到生产所需的负荷。副线操作，装置的安稳运行会受到影响，如遇到紧急情况需大幅度降量时，进料控制阀调节滞后，需外操人员现场关闭控制阀副线。

进料换热器更换后，重整进料控制阀阀位一直保持70%左右，控制阀副线未开。

3.7 电能损耗

进料换热器更换前，重整反应空冷及喷淋水泵处于全开状态，反应空冷冷后温度仍会出现>42℃情况。使用缠绕管式换热器时，换热效率提高，反应空冷器负荷得到降低，喷淋水泵不需要全开，在停运2台喷淋水泵及2台空冷风机的情况下，也可使反应空冷冷后温度满足生产设计要求。

由电流表及电压表知：喷淋水泵电机电流为28A、电压为380V;空冷风机电机电流为17A、电压为380V。

由功率计算公式P=UI得：

喷淋水泵电机实际功率：P1=U1I1=28×380=14.44kW;

空冷风机电机实际功率：P2=U2I2=6.46kW。

则每个小时节省电：2×（14.4+6.4）=41.6度。

4 结语

某公司1.44Mt/a连续重整装置混合进料换热器更换为缠绕管式换热器，投用已有3年，整体运行良好，能够满足装置生产需求，且节能效果显著。

参考文献：

[1]秦永强.国产大型板壳式换热器在芳烃联合装置的应用[J].石油化工设备技术，2017，38（3）：1-4.