板殼式換熱器在重整反應系統應用中的節能分析

(中國石化 洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

板殼式換熱器在重整反應系統應用中的節能分析

曹世凌

(中國石化 洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

通過分析中國石化某公司重整裝置反應系統原立管式進料換熱器運行效果，發現其熱端溫差高，反應系統壓降大。通過將原立管式進料換熱器更換為高效板殼式換熱器。一反爐入口溫度由427.6 ℃提至463.2 ℃，一反爐燃料氣消耗由1 633 kg/h降低至1 136 kg/h，節省燃料氣折合標準燃料油472.15 kg/h，降低裝置的綜合能耗5.16 kg/t，節標準燃料油3.966 06萬t/a，年經濟效益1 388.12萬元。而更換板殼式換熱器各種投資合計1 285萬元，投資回收期0.93年，可廣泛應用于重整、芳烴、加氫和乙苯等裝置，節能效果明顯。

重整 ; 板殼式換熱器 ; 應用 ; 節能 ; 效益

0 概述

中國石化某公司重整裝置主要包括預加氫、重整反應、氫氣再接觸、后分餾、催化劑再生及蒸汽發生等單元，采用法國IFP連續重整技術，以石腦油為原料，處理量70萬t/a。重整反應系統進料換熱器是重整裝置關鍵的節能設備，具有冷熱流體流量大及熱負荷高的特點，2011年裝置節能改造前此換熱器采用兩臺并聯純逆流立管式換熱器。2004年10月對其實施國產化連續重整技術改造，催化劑再生部分采用“LPEC連續重整成套技術”，重整反應部分在原有基礎上增加第三重整反應器和第二重整反應加熱爐，裝置流程由“三爐三反”改為“四爐四反”。

1 立管式進料換熱器更新的必要性

在裝置生產過程中，重整進料與反應產物換熱所用換熱器，對臨氫系統壓降和熱能的高效利用影響較大。重整反應系統為裝置核心，反應系統進料換熱器熱負荷占加熱進料總負荷的80%～85%，進料加熱爐熱負荷只占15%～20%，因此該換熱器換熱效率高低對裝置的能耗影響較大。裝置節能改造前，反應系統進料換熱器采用兩臺并聯純逆流立管式換熱器，設計換熱面積2 704 m2。隨著裝置多次擴能改造，裝置的處理量不斷提高，反應系統進料換熱器熱端溫差逐漸升高，2011年8月，其熱端溫差高達65 ℃，熱量回收率低。為維持反應系統壓力，重整循環氫壓縮機驅動用3.5 MPa蒸汽消耗增加約2.7 t/h。因此，將立管式進料換熱器更換為高效板殼式換熱器顯得尤為必要。

2 板殼式換熱器在重整反應系統的應用

2.1 板殼式換熱器

板殼式換熱器由壓力容器外殼及傳熱板束組成，既保持板式換熱器的結構緊湊、傳熱系數高的優點，又具有列管式換熱器能在高溫和高壓條件下操作的優點[1-2]。板殼式換熱器板間距較板式換熱器增大，無墊片[3]；板厚度增加，板間距也增加；采用焊接方式連接各板，密封性能良好；結構緊湊；流動阻力小[4]。

1999年，國內首臺板殼式換熱器在克拉瑪依石油化工廠成功應用，與列管式換熱器相比,設備參數和應用效果見表1。

采用板殼式換熱器后，其傳熱面積較列管式換熱器減少250 m2，總高度降低7 m。反應物料進加熱爐提高16 ℃，加熱爐的熱負荷降低[5]。

表1 二段混氫板殼式換熱器與原管殼式換熱器比較

2.2 板殼式換熱器在重整反應系統的應用

國產板殼式換熱器于20世紀90年代開始研制，因其具有傳熱效率高、熱端溫差小、壓降小、污塞傾向小、結構緊湊和安全可靠等特點，在國內燕山石化、華北石化、高橋石化等企業得到較為廣泛的應用。

2011年9月，利用裝置節能改造機會，將重整反應系統原兩臺并聯純逆流立管式換熱器更換為一臺高效板殼式換熱器，立式結構，采用全焊接板殼式換熱器結構，由板束、上下膨脹節及殼體構成，換熱器內換熱板片為RZ系列人字型板片。換熱器型號為LBQ2500-1.06/0.85-RZ4，由蘭州某公司研制。同年10月裝置開工以來，高效板殼式換熱器運行情況良好。換熱板束結構簡圖和板殼式換熱器設備分別見圖1和圖2。

圖1 板殼式換熱器換熱板束結構簡圖

在板殼式換熱器內，冷態的循環氫與重整進料經分布器分布后，在板束下管箱內混合均勻進入板管流道，物料在板管流道中自下而上流動，匯集到板束上集箱并流出換熱器。熱態的反應出料由板束上端殼程側向開口進入板管間流道，物料在板管間流道中自上而下流動，由板束下端殼程側向開口流出殼程。板程介質與殼程介質在板束內純逆流換熱。

圖2 板殼式換熱器設備結構簡圖

3 更換板殼式換熱器節能效果及投資

重整反應系統進料換熱器更換為板殼式換熱器后，與原立管式換熱器設計參數對比見表2。

從表2可看出，板殼式換熱器總傳熱系數較原立管式換熱器高76.1 W/(m2·K)，傳熱總負荷增加5 591 kW，傳熱及節能效果明顯。

3.1 更換板殼式換熱器節能效果

2012 年2月14-17日，對重整裝置進行裝置生產標定，板殼式換熱器主要標定數據與原立管式換熱器運行數據對比見表3。

表2 板殼式換熱器與立管式換熱器設計參數對比

表3 進料換熱器更新前后運行參數對比

從表3可以看出，所列出的板殼式換熱器參數均優于原立管式換熱器，尤其是板殼式換熱器熱端溫差和壓降分別只有15.7 ℃和0.05 MPa，較原立式換熱器降低44.7 ℃和0.05 MPa。通過更換進料換熱器，一反爐入口溫度由427.6 ℃提至463.2 ℃，一反爐燃料氣消耗由1 633 kg/h降至1 136 kg/h，降低497 kg/h，折合標準燃料油472.15 kg/h。重整裝置處理量以91.5 t/h計算，降低裝置的綜合能耗5.16 kg/t。

3.2 更換板殼式換熱器經濟效益及投資

通過分析更換板殼式換熱器節能效果可以看出，更換板殼式換熱器后，裝置加熱爐燃料氣消耗降低497 kg/h，折合標準燃料油472.15 kg/h。按照燃料油3 500元/t、裝置年運行8 400 h計算，節標準燃料油3 966.06 t/a，年經濟效益1 388.12萬元。重整反應系統更換高效板殼式換熱器，各種設備投資和其他費用見表4。

表4 更換板殼式換熱器各種投資

從表4可看出，重整反應系統更換板殼式換熱器各種投資合計1 285萬元，而其年經濟效益1 388.12萬元，投資回收期0.93年，投資回收期短。

4 結論

通過分析重整原立管式進料換熱器運行效果，發現其熱端溫差高，反應系統壓降大。通過更換板殼式換熱器，一反爐的入口溫度由427.6 ℃提至463.2 ℃，一反爐燃料氣的消耗由1 633 kg/h降至1 136 kg/h，降低497 kg/h，折合標準燃料油472.15 kg/h，重整裝置處理量以91.5 t/h計算，降低裝置綜合能耗5.16 kg/t。根據生產實際，按照每噸燃料油3 500元、裝置年運行8 400 h計算，每年節標準燃料油3 966.06，年經濟效益顯著，投資回收期短，可廣泛應用于重整、芳烴、加氫和乙苯等裝置，節能效果明顯。

[1]朱聘冠.換熱器原理與計算[M].北京:清華大學出版社，1987:164-217.

[2]Andre Peze.Les Echangeurs Pldtulaire[J]. Information Chimie,1983,243:264-268.

[3]馮 磊，顧 瑾，徐涵慶.板殼式換熱器[J].廣州化工，1997，52(3):52-55.

[4]朱玉琴.新型全焊板殼式換熱器及其應用[J].西北電力技術，2002(3)：39-42.

[5]魏兆藩,王丕宏,張延豐,周建新. 大型板殼式換熱器研制[J].石油化工設備，2000(4)：26-31.

2013-11-15

曹世凌(1964-)，男，高級工程師，從事能源管理工作，電話：13623795128。

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