費托合成循環換熱分離器運行中存在問題及技術改造

劉吉平+羅文保

摘 要：循環換熱分離器是費托合成單元核心設備之一，它的運行平穩關系著整個費托反應系統的運行穩定，目前神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化項目處于生產試車階段，費托合成1、2、3、4系列已投產，換熱器在實際運行中與設計數據存在一定差異，換熱效果差、產物分離不徹底等，已影響到裝置長周期運行，針對當前工況進行分析，確定解決思路。各系列停車進行技改，達到換熱分離效果。

關鍵詞：費托合成；循環換熱分離器；產物分離

中圖分類號：TS224 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0046-02

引言

400萬噸/年煤制油項目費托合成反應循環換熱分離器是費托合成單元核心設備之一，換熱器內件由ZIEPACK（阿法拉伐）制造，換熱器分離殼體由大連金重制造；煤炭間接液化項目油品合成裝置費托合成單元循環換熱分離器，起著回收油氣熱量，提高反應循環氣溫度，降低裝置能耗的作用，它的運行平穩關系著整個費托反應系統的運行穩定。

在實際運行中，因分離效果差，造成后系統換熱分離效果差，重質油及蠟中夾帶水，造成安全隱患。

1 設備結構簡介

循環換熱分離器為立式布置，上端部分為換熱功能模塊，下端部分為分離模塊，換熱模塊、分離模塊在兩個壓力容器圓殼內。整體設備將換熱功能、高溫油氣氣液分離功能融為一體。

換熱功能——板殼式高效換熱，采用波紋板傳熱元件；油氣分離功能——高效TP板分離元件。

主要技術參數：殼體規格尺寸Φ3800×11250，板束規格尺寸Φ3200＼3600×13900，熱側流道寬度≥10mm，熱側流速15-20m/s。

循環換熱分離器工藝原理：費托反應器產高溫油氣從循環換熱分離器頂部進口進入設備內部板式換熱器殼程，循環壓縮機來循環氣從設備側面進口進入內部板式換熱器管程，在板式換熱器完成逆向流換熱，高溫油氣被冷卻后再進入到設備下部分離器完成氣液分離，高溫油氣溫度控制由循環氣流量來調節。

寧煤項目循環換熱分離器為了節省設備投資和空間，把換熱器和分離器二合一，合并設計為循環換熱分離器。其分離原理為：經過循環換熱分離器上部板束式換熱器被冷卻的高溫油（液）氣進入到下部分離器，氣體高速流動在碰到折流半環后，被冷凝下來的液體減速后已不具備折流的所需動能，這時自身的重力作用使得小的液滴沿著分離器板壁流入分離器下部收集槽，而未完全分離的在經過分離器兩側的擴壓分離時進一步分離，這里主要利用油氣的速度差、密度差進行分離。

2 設備當前運行存在問題

2.1 設計參數與當前運行參數對比

從上面參數可以看出，參數偏離比較大的主要為冷側介質出口溫度，較設計值偏低，熱側介質出口溫度，較設計值偏高。通過以下溫度趨勢圖可以進一步觀察。

2.2 冷熱介質進出口溫度曲線

2.3 目前運行存在問題

（1）循環換熱分離器在運行過程中發現熱側介質進出口

阻力將達到200kPa，遠大于設計值的<100kPa

壓差一方面和系統負荷有關，負荷越高，壓差越大；另外一方面和循環換熱分離器換熱板束堵塞情況有關，堵塞現象越嚴重，壓差越大。從現場檢修情況來看，底部分離器絲網被催化劑嚴重堵塞，也是造成壓降升高的主要原因，部分設備已變形損壞，無法繼續使用。

（2）循環換熱分離器底部分離器分離效果差

按設計院設計要求，換熱器熱側出口溫度控制在125℃，系統反應生產的水在循環換熱分離器內以氣相存在，同輕質油氣進入空冷進行冷卻，油水在油水分離器進行分離，目前在使用中發現，重質油帶水嚴重，占50%以上，輕質油帶重質油，冬季試車嚴重時造成管線堵塞，大量含水重質油進入汽提，由于水的汽化潛熱大，汽化時帶走大量熱量，造成汽提塔熱量不平衡，塔底經常溫度波動，低溫時夾帶一部分水進入后系統常壓儲罐造成突沸，存在嚴重安全隱患。

（3）換熱器熱側出口溫度偏高

從換熱器出口溫度可以看出比設計溫度高出20℃，主要原因一方面是堵塞造成換熱效率下降，另一方面設備在檢修時發現上部換熱器包邊撕裂損壞，造成氣體走短路致使換熱效果變差。

（4）進入換熱器油氣夾帶催化劑

從現場檢修及重油中取樣可以看出，進入換熱器油氣夾帶催化劑非常嚴重，現場取樣重油呈黑色，催化劑含量在200-300ppm，設計要求小于100ppm，大量催化劑造成底部分離器堵塞。

3 改進措施

受循環換熱分離器影響，單臺費托反應器無法達到設計要求，實現滿負荷運行，決定對費托合成反應各系列停車檢修，針對以上運行存在問題，制定如下改造方案。

3.1 反應器頂部旋風分離器進氣口及降液管進行改造

費托反應器頂部設計10個旋風分離器，其主要目的是將頂部出口高溫油氣中夾帶的催化劑顆粒進行分離，氣相從頂部流出，分離出的固體顆粒回反應器內部。

經設計院核算將費托合成反應器頂部旋風分離器入口一半進行封堵，增大進氣側壓差，提高分離效果，減少反應器頂部油氣夾帶催化劑量；旋風分離器降液管在反應器40米位置，正常生產時反應器液位控制在40米，起不到液封作用，將降液管降至反應器30米位置。

3.2 循環換熱分離器內部檢查，底部分離器絲網拆除，對損壞部件進行加固

原設計分離器為絲網+多孔板+TP板+多孔板，在實際運行中因油氣夾帶催化劑，造成絲網堵塞，壓差變大，造成分離設備損壞，分離效果變差。

經與相關設備廠家溝通對分離器進行改造，改為多孔板1+高效TP板+多孔板2，取消原設計絲網，為提高設備分離效果，并將高效TP板增加一倍，縮小板間隙。

多孔板1：帶100mm折邊，開孔尺寸Φ20，開孔率65%；TP板：規格200x1410x2140mm；多孔板2：帶50mm折邊，開孔尺寸Φ30，開孔率50%。采用螺栓與槽形框架外表面連接固定。

因板式換熱器冷熱側進出口溫差大，造成板式換熱器包邊撕裂損壞，在檢修過程中，對包邊進行加固。

3.3 循環換熱分離器增加旁路，提高換熱器底部產物溫度

原設計熱側出口溫度為120℃，受平衡分壓及水的飽和蒸汽壓影響，部分水析出，原循環換熱分離器冷側旁路設計為DN350，通量少，新增加DN400旁路管線，將熱側出口溫度提高至140℃，重質油中水含量明顯減少。

3.4 輕質油分離器及壓縮機入口分液罐進行檢查，損壞部件進行加固

停車檢修對分離器進行檢查，發現分離器內氣體分布器、降液管都有不同程度的損壞，對設備內件進行加固。

3.5 將重質油改至反吹氣加熱器加熱，提高重質油溫度

將重質油改至反費托合成反應重質油加熱器，通過2.8MPa蒸汽對重質油進行加熱，提高進汽提塔重質油溫度。

3.6 進汽提塔重質油加熱器更換，提高換熱效率

將原重質油加熱器更換為較高換熱面積換熱器，利用停車檢修機會已更換，重質油溫度由原來110℃提高至210℃，汽提塔穩定重質油及穩定蠟已無明顯水。

4 結束語

通過以上改造，裝置運行已得到好轉，單臺費托反應器達到設計值滿負荷運行（進氣量達到35萬Nm3/h），運行比較穩定。汽提系統運行穩定，各項指標基本達到設計值。

此次改造在400萬噸煤制油項目得到了很好應用，對同行業煤制油項目設備技改有一定的指導意義。

參考文獻：

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