高效换热器在常减压蒸馏装置扩能改造中应用
武劲松(洛阳石化工程公司,河南洛阳471003)
换热器和空冷器是常减压蒸馏装置中应用范围最广的设备,其换热性能的好坏直接影响装置处理量和能耗。扬子石化股份有限公司二套常减压装置的改造要求把年处理量从250万ｔ提高到450万ｔ。由于处理量提高80%,而整个装置的平面布置又不允许进行大调整,用户对原油换热终温要求较高,因此普通的光管管壳式换热器无法满足改造要求。在本次改造设计中,大量采用了波纹管、双弓板、螺旋管、螺纹管、内插物等强化式换热器以及表面蒸发空冷器和Ｔ形翅片管重沸器。除原有的12台螺纹管换热器仍旧使用外,在新增的56台换热器中,共有20台波纹管换热器、15台双弓板换热器、4台螺旋管换热器和1台管内插物换热器共40台高效换热器,占新增换热器的71%,其应用数量之多在目前国内常减压装置居前位。
1波纹管换热器
波纹管换热器的换热管采用双面强化传热管型,内外壁被轧成环状波纹凸肋,其内壁能改变流体流动状态,外壁能增大传热表面和扰动,达到双面强化传热的目的。根据洛阳石化工程公司的实验与现场标定结果,与普通光管弓型板换热器相比,波纹管换热器总传热系数是光管的1.8～2.2倍,管程压降是光管的2.3倍,壳程压降比光管平均增加30%左右。波纹管对管程的强化效果强于壳程,对比同样规格的换热器,2管程波纹管换热器管程的传热系数高于光管4管程换热器,压降低于光管4管程换热器。在此次改造中,波纹管换热器主要使用在原油、减压渣油和减压蜡油等油品粘度较大、结垢热阻较高的油品换热、管壳程需双面强化的换热器上,取得了较好的换热效果。
2双弓板换热器
双弓板换热器是采用双弓形折流板代替普通单弓折流板换热器。由于采用了不同形状折流板的合理组合并增加了切去面积,使壳程介质流动形式从单弓板时的错流改变成顺流和错流,克服了单弓板换热器中壳程流体流过折流板时因180°急转弯造成流动死区大、传热效率低、流道长及压降大等弊病。在相同流量下可使壳程部分压降降低到单弓板的1/6～1/8。采取较小的折流板间距以提高流速,在相同压降条件下流速可超过单弓板的2倍。在同样热负荷条件下比单弓板节省30%以上的传热面积。根据装置改造要求,初馏塔的汽化率要达到15%,为实现这个目的,需增加原油脱盐后的换热器数量,并要求原油脱盐后的换热器具有较低的压降,故大量采用了双弓形换热器,既降低了原油压降,又提高了传热效果。原油脱盐后4路换热,每路约10台换热器,标定每路换热器压降最高只有0.41ＭＰａ,平均每台换热器压降仅0.041ＭＰａ,说明双弓板换热器在降低换热器压降上有一定的优势。
3表面蒸发空冷器
由于处理量大幅度提高,空冷器台数较改造前有较大增多。为满足工艺及平面布置需要,设计时对常顶油气空冷器和脱戊烷塔顶空冷器各采用了2台ＺＰ9×3的表面蒸发空冷器。表面蒸发空冷器是种将水冷与空冷,传热与传质融为一体的新型冷换设备。其主要特点是通过管外水膜的蒸发强化管外传热,换热除依靠水膜与空气之间的显热传递外,还利用管外表面水膜的迅速蒸发吸收了大量的热量,强化了管外传热,因此具有结构紧凑、传热效率高、投资少以及操作费用低等优点。在装置标定期间,常顶空冷器和脱戊烷塔顶空冷器负荷都较设计条件有了一定的偏差。由于原油密度比设计值小,初顶冷却负荷增大,故将常顶的1片空冷借给了初顶油气使用。而脱戊烷塔顶由于原油密度变小,负荷也较设计值偏高。但这2个部位的空冷冷却效果较好,冷后温度均在30℃左右,低于40℃的设计值,说明表面蒸发空冷器的弹性较大,可较好适应塔顶负荷的变化。为避免加长换热框架,对一级减压塔减一线中空冷器,采用2片具有传质效率高、体积小等优点的椭圆翅片管空冷器替代了原初步设计中的3片普通圆翅片管空冷器,节省了投资。在满负荷标定中,一级减一线的出装置温度为60℃,低于70℃的设计温度,冷却效果较好。
4Ｔ形翅片管重沸器
改造前脱丁烷塔底和脱戊烷塔底重沸器采用的是普通光管重沸器。改造后由于受到安装高度以及场地的限制,已不允许使用塔底重沸器。经过多方面的比较核算,利用Ｔ型翅片管重沸器在提高壳程沸腾传热系数以及有效防止换热面污垢等方面的优势,在塔底选用了2台
1.2ｍ的Ｔ型翅片管重沸器。换热器直径减小之后,方便了管道及调节阀门组的布置。
5结语
2003年3月,扬子石化公司对装置进行了72ｈ满负荷标定,整个换热系统从原油进电脱盐温度、进初馏塔温度以及原油换热终温到各部分的换热器压降均与设计值吻合较好,误差很小,说明在本次改造中采用高效换热器是成功的。
