淺談粗苯工藝中列管式換熱器的優化

盧冰

摘 要：粗苯工藝在實際生產中存在問題較多，采取相應的優化措施，可改善粗苯冷卻效果，各項指標符合設計要求。

關鍵詞：粗苯 冷凝冷卻 優化

中圖分類號：TK17 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-00-01

粗苯是煤熱解生成的粗煤氣中的產物之一，經脫氨后的焦爐煤氣中含有苯系化合物，其中以苯含量為主，稱之為粗苯。粗苯屬于中閃點易燃液體，其蒸汽與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱時有燃燒爆炸危險。粗苯又是一種中等毒性的化學品，吸入人體后可致癌，也可能會引起其他疾病。粗苯冷凝冷卻器是煤化工企業粗苯回收系統重要的生產設備，其運行的好壞直接影響到脫苯塔的操作、粗苯的產量，也會對粗苯儲運產生極為不利的影響。以我公司某煤化工企業為例，其凈化車間粗苯工段采用管式爐煤氣加熱富油脫苯的生產工藝，自2006年10月份投產以來，粗苯溫度一致偏高，經常在40 ℃左右，而低溫冷卻水進出口溫差不到1 ℃，粗苯冷卻器效果不好，大量粗苯蒸汽從放散管揮發，使生產作業環境惡劣，還嚴重影響了粗苯回收率和產量。因此，技術人員經過考察和研究確定粗苯冷凝冷卻器存在問題，根據生產情況提出了相應的優化措施。

1 工藝流程

粗苯工段有兩臺并聯操作的粗苯冷凝冷卻器，每臺有兩個列管換熱器。自脫苯塔頂部出來的約92～93 ℃粗苯蒸汽，先經上部的油汽換熱器與30 ℃的富油換熱降溫后，再經下部的粗苯冷卻器冷卻到30 ℃，同時，富油經換熱后，溫度升到60～70 ℃。

2 存在的問題

2.1 產品溫度高，作業環境差

脫苯塔產生的粗苯蒸汽經過油氣換熱器和冷凝冷卻器冷卻后，溫度仍然在40～44 ℃，在粗苯產品中間槽儲存時由于產品溫度較高，明顯可以看到粗苯蒸汽的揮發，從而造成作業場所苯蒸汽濃度高，增加了職業危害的可能性，而且嚴重影響現場安全。

2.2 粗苯回收率低，達不到設計要求

由于粗苯產品儲存時溫度高，引起大量粗苯蒸汽揮發，造成部分產品流失，降低了產品回收率，使系統回收率達不到設計要求。

2.3 冷卻水耗量大，冷卻效率低

操作運行時，為了降低粗苯產品在儲存時的溫度，增加了冷卻用的低溫水用量，增加了水量輸送能耗。特別是隨著產量的增加，在冷卻系統滿負荷運行時，產品粗苯溫度仍然較高。

3 原因分析

經過對粗苯冷凝冷卻部分分析得知，油氣換熱器換熱基本正常，主要問題是冷凝冷卻器的使用不合理、冷卻效率低，表現在以下方面：（1）該廠洗脫苯設備為年產200萬 t焦化項目配套的裝置，然而，生產初期焦化項目為100萬 t/年，粗苯工段處于半負荷生產，其粗苯產量僅為1.46t/h。計算表明，粗苯冷卻器的換熱面積僅需70 m2，而粗苯冷卻器實際面積330 m2，實際面積大于所需的換熱面積。（2）粗苯冷凝冷卻器進出口的冷卻水的溫升較低（現場測量冷卻器進出口低溫水溫度差相差1 ℃左右）。粗苯與低溫水換熱過程中水相走慣成，油相走殼程。分析其原因，可能是由于粗苯工段處于半負荷生產狀態粗苯流量小，再加上冷卻器內折流板外緣距殼體內壁的距離較大（一般為3～5 mm），造成粗苯在冷卻器內流動過程中無法通過折流板，而直接從折流板底部的縫隙處通過，故實際使用的換熱面積遠小于換熱器的實際面積，嚴重影響了粗苯冷卻器的冷卻效果。（3）冷卻后粗苯溫度高造成塔頂回流量大，脫苯塔頂溫度不宜控制，增加脫苯塔負荷。另外，冷卻后粗苯溫度高還使儲存粗苯設備存在安全隱患，并且揮發出來的粗苯氣體污染環境，這也是影響粗苯產量的原因之一。

4 優化措施

根據粗苯冷凝冷卻器存在的主要問題，選擇兩臺70 m2的螺旋板換熱器加在原粗苯冷凝冷卻器后，與原設備串聯使用，優化前后如圖1所示。

5 優化效果

經上述優化后，冷卻水的溫差達到了設計要求，冷卻水溫升有了大幅度升高，粗苯冷卻后溫度也講到了27 ℃左右，粗苯回收率由原來的0.85提高到目前的0.937，如下表所示。另外，由于減少了粗苯揮發，明顯改善了現場操作環境，增加了粗苯貯存的安全性。

6 經濟效益

粗苯冷凝冷卻器優化后的經濟效益非常顯著。目前，該公司每年200萬 t焦化項目全部投產，按年裝煤量270萬 t干煤，粗苯3000元/t計算，每年可多創造經濟效益270×104×（0.937%～0.85%）×3000=704.7萬元

參考文獻

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