缠绕式换热器在连续重整装置的工业应用

缠绕式换热器在连续重整装置的工业应用 张学剑 中国石化天津分公司化工部 天津 300270

摘要：中石化天津分公司化工部大芳烃车间连续重整装置于2000年10月正式投产，2004年重整装置的规模由60万吨/年扩大至80万吨/年，操作负荷提高了30%，受投资限制，当时仅对影响装置产能的“瓶颈”进行了改造，重整进料换热器没有动改，为降低装置整体能耗，提高公司效益，在2012年检修过程中将重整进料换热器（E-201）由原设计使用的立式换热器更换为高效能新式缠绕式换热器，投用后换热器运行正常，达到了设计要求，新型缠绕式换热器优越的传热性能，使得连续重整装置节能降耗效果显著。本文主要介绍本次改造过程及换热器的应用情况。

关键词：连续重整；换热器；缠绕式；工业应用

1．前言

中国石油化工股份有限公司天津分公司化工部大芳烃车间芳烃联合装置由预加氢、连续重整、芳烃抽提、二甲苯分馏、歧化异构化、BT分馏、吸附分离七套生产单元及一套包括燃料、动力、火炬、油品罐区在内的公用工程系统组成，以精制石脑油为原料，生产苯、甲苯、二甲苯及C9混合芳烃。连续重整装置采用UOP超低压cyclemax再生技术，年处理能力为60万吨，平均反应压力0.35Mpa，重整油辛烷值RONC为105，催化剂再生的处理量为1500磅/hr。

2004年装置检修改造期间连续重整装置的规模由60万吨/年扩大至80万吨/年，操作负荷提高了30%，当时受投资限制，改造仅对影响装置产能的“瓶颈”进行了改造，重整进料换热器（E-201）没有动改。原设计使用的立式换热器换热效率低，导致换热器热端温差较大，回收的热量较少，从而大大增加了重整四合一加热炉的负荷，导致操作费用较高。为降低装置整体能耗，提高公司效益，结合本装置生产运行情况、重整反应系统工艺参数以及现场设备安装布局等因素，决定在2012年检修过程中将重整进料换热器，更换为高效能新式缠绕式换热器。

2.重整进料换热器特点对比

2.1重整进料换热器简介

重整进料换热器（E-201）是重整装置的核心设备之一，其作用是将冷侧的原料油和氢气，通过与反应器来的高温氢气、油气进行换热，换热后的原料油和氢气再经加热炉加热到重整反应所需的温度后进入重整反应器，在催化剂的作用下进行芳构化反应。正确选择进料换热器的形式,不仅可以降低重整反应系统的压降,而且还可以降低加热炉的负荷，节约燃料消耗。由于目前的连续重整装置都在较低的压力下操作,为了降低重整循环氢压缩机的负荷，还要求重整反应系统的压降要小。

2.2重整进料换热器特点对比

衡量换热器的好坏主要有两个方面 ,一是热端温差 (热流入口温度与冷流出口温度的差值 ) ，另一方面是管壳程压降总和 (ΔP)。热端温差越小 (即冷流被热流加热的温度越高 )说明换热效果越好。对于超低压的重整来说，重整进料 /产物换热器的压降在整个反应系统压降中占有很大的比例。换热器的压降小可以降低循环氢压缩机的负荷，这些对于大型的连续重整装置是非常重要的。

目前重整进料换热器都采用立式换热器,主要有两种型式,一种是列管式立式换热器,另一种是板壳式换热器。板壳式换热器较列管式立式换热器具有更高的传热系数，能够回收更多的热量。但由于制造难度大，近十年来，多采用进口板壳式换热器。虽然该设备在技术上完全满足要求，但设备价格昂贵，一次投资费用高且制造周期长。

3. 缠绕式换热器结构及基本参数

3.1 设备结构介绍

本装置使用的缠绕管式换热器由镇海石化建安工程公司制作。主要由壳体和芯体及其接管组成，如图1所示。其中芯体结构较复杂，由中心筒、换热管、垫条及管卡等组成。是在与管板相连的中心筒上, 以螺旋状交替缠绕数层小直径换热管形成管束,再将管束放入壳体内的一种换热器。其具有结构紧凑、可同时进行多种介质换热、管内操作压力高、传热管的热膨胀可自行补偿、换热器易实现大型化等特点。

氢 气由循环氢入口进入换热器，原料重石脑油自油入口进入换热器后与氢气混合，通过分配盘使油气得到充分的混合后进入换热管。

图1缠绕管式换热器结构示意图

3.2 本装置缠绕管式换热器的主要参数

表1缠绕管式换热器的主要参数

4. 缠绕式换热器的改造和投用

4.1改造施工过程

连续重整装置于2012年 8月1日0:00开始降温降量，9:00重整反应系统停止进料，8月15日重整反应系统退料、吹扫、置换合格，重整进料换热器（E-201）交付检修施工单位，8月19日原立式换热器拆除完毕， 9月18日新式缠绕式换热器及其相关管线全部安装完成。

4.2换热器的投用

2012年9月25日9:00重整四合一加热炉开始点炉升温，19:00重整反应温度升温至370℃，23：58重整反应系统开始投料，整个投料过程，换热器运行平稳。

4.3换热器的标定考核

根据化工部整体安排及大芳烃装置运行情况，大芳烃车间定于2012年11月20日00：00至11月22日24：00对重整进料换热器进行了为期72小时的标定考核。主要对换热器的处理能力、工艺指标、改造效果等三个方面进行了标定考核，标定考核期间重整反应系统主要工艺参数见表2。

表2标定考核期间重整反应系统主要工艺参数

标定期间运转正常，热端温差由改造前60℃降至目前40℃，冷端温差改造前22℃降至目前4℃。降低了重整产物空冷器A-201的负荷，缓解了空冷温度超标不利于循环氢压缩机K-201运转的情况。重整反应进料加热炉（F-201）燃料气用量明显下降，由改造前平均800Nm3/h降至目前平均660Nm3/h，按天然气密度0.7Kg/m3每小时节约燃料98Kg。改造前后重整进料换热器参数对比见表3。

表3改造前后重整进料换热器参数对比

5.存在问题讨论

通过表三的对比发现，在标定满负荷工况进料换热器管程出入口差压达到57KPa，高于设计值。压降大是缠绕管式换热器的突出问题，这也是由于其管束结构复杂造成的。它的结构特点也同样给换热器结垢后的清洗带来了不便，无法用常规的机械清洗法对设备进行清洗除垢，只能采取化学清洗的方法。在装置大修时可对换热器进行解体，对设备进行全面的检查和维修过程壳体内部检查与检验将十分困难。

6. 结论

通过缠绕管式换热器在天津分公司化工部大芳烃车间连续重整装置8个多月的工业应用表明：

1）投用过程中，对比原先的立式换热器缠绕管式换热器未增加操作难度。

2）该换热器的换热强度优于设计值，热端温差达到40℃，大大降低了四合一加热炉的负荷，降低了装置燃料气消耗，经济效益显著。

3）除管程压降高于设计值，对仪表排查后，已将具体情况反馈至厂家做进一步分析外，各项性能指标均达到或超过设计值，说明缠绕管式换热器在天津分公司化工部大芳烃车间连续重整装置上的工业应用获得成功。

参考文献

1、孙晓娟 伍于璞 新型重整进料换热器的技术比较 炼油技术与工程 2010.8

2、金晓晨 缠绕管式换热器在连续重整装置的应用 重整年会论文集 2011

3、E-201使用说明书