1、概況

某公司原料加氫處理裝置由中石化洛陽(yáng)工程公司設(shè)計(jì)，其高壓換熱器采用傳熱效率高、節(jié)省占地的新型纏繞管式換熱器。該裝置自2016年5月開始運(yùn)行以來(lái)，其高壓換熱器系統(tǒng)管程側(cè)壓差多次升高，系統(tǒng)換熱效率降低，造成系統(tǒng)反應(yīng)系統(tǒng)壓差上升，裝置被迫停工檢修消缺，因此解決高壓換熱器系統(tǒng)壓差上升對(duì)裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行具有重要意義。

1.1?換熱流程概況

裝置外來(lái)混合原料油經(jīng)加氫進(jìn)料泵升壓后與壓縮機(jī)出口混合氫混合，依次經(jīng)過熱高分氣/混合進(jìn)料換熱器（E-104）管程、反應(yīng)流出物/冷混合進(jìn)料換熱器（E-103）管程、反應(yīng)流出物/熱混合進(jìn)料換熱器（E-101）管程、精制反應(yīng)流出物/混合進(jìn)料換熱器（E-106）管程換熱后進(jìn)入反應(yīng)進(jìn)料加熱爐加熱至反應(yīng)所需溫度，再進(jìn)入加氫反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。

1.2?設(shè)備概況

裝置原料側(cè)共設(shè)置4臺(tái)高壓纏繞管式換熱器進(jìn)行原料取熱，該組換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)如表1：

纏繞管式換熱器主要結(jié)構(gòu)由殼體、封頭、纏繞換熱管等部件組成（如圖1），管程入口設(shè)置入口分布器（如圖2），主要作用提高原料中氣、液組分混合效果和過濾介質(zhì)中機(jī)械雜質(zhì)和生成垢物組分。其中，E104采用下進(jìn)上出，E101、E103、E106采用上進(jìn)下出，其入口分配器E104設(shè)置在設(shè)備在下部，其它換熱器設(shè)置在設(shè)備上部。

2、問題分析

2.1?問題說(shuō)明

2017年8月裝置檢修開工后反應(yīng)系統(tǒng)壓降逐步呈上升趨勢(shì)，2018年4月17日，裝置通過工藝調(diào)整后，系統(tǒng)壓降降低平穩(wěn)運(yùn)行一個(gè)月后系統(tǒng)壓力再次快速上漲。通過系統(tǒng)壓降、換熱器管程壓降分析，系統(tǒng)壓降隨換熱器管程壓降上升而上升。壓降變化圖，如圖3：

2.2?問題分析

高壓換熱器管程側(cè)壓力上升，說(shuō)明其管程系統(tǒng)存在堵塞情況，根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)分析，其堵塞位置通常位于入口分布器和纏繞管束內(nèi)；根據(jù)換熱器換熱溫度變化，換熱器換熱效率基本未發(fā)生變化，選取其中一臺(tái)E106分析見如圖4，其它換熱器換熱效率趨勢(shì)相同。根據(jù)換熱器管程側(cè)壓降及溫差變化說(shuō)明其壓降升高的根本原因位于換熱器入口分布器處。通過現(xiàn)場(chǎng)拆檢確認(rèn)，E104入口分布器未發(fā)現(xiàn)其堵塞物，E101、E103、E106入口分布器堵塞嚴(yán)重，約50%的分布孔被堵塞，見圖5。

3、解決措施

依據(jù)換熱器管程入口分布器結(jié)構(gòu)和壓降產(chǎn)生原因，E101、E103、E106管程入口分布器由原始點(diǎn)狀圓孔結(jié)構(gòu)（見6）優(yōu)化為長(zhǎng)圓孔結(jié)構(gòu)（見7）；改造后入口分布器流通截面積由原來(lái)0.1?m2提高至0.7?m2即流通面積提高7倍；E104管程入口分布器不作調(diào)整。

根據(jù)設(shè)備工藝介質(zhì)運(yùn)行參數(shù)及優(yōu)化后設(shè)備結(jié)構(gòu)，利用Fluent軟件對(duì)換熱器入口分布器進(jìn)行流體仿真分析，以滿足防堵塞、低壓損及優(yōu)化流體分布需求。因其E101、E103、E106換熱器介質(zhì)物性參數(shù)（見表2）、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相近，故選取苛刻度較高的E106作為核算樣本。圖8為E106管程入口分布器優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖及壓降分布云圖。由圖可知，原料介質(zhì)流經(jīng)分布器的進(jìn)出口壓降約為原始開圓孔結(jié)構(gòu)的10%，其余兩臺(tái)壓降更小。

圖9為三種結(jié)構(gòu)管板入口截面處的流體分布云圖。由圖可知，原始開圓孔結(jié)構(gòu)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)相比無(wú)分布器流體分布效果均得到改善，改造前后兩種結(jié)構(gòu)均符合流體分布要求。

4、改造效果

改造后入口分布器于2018年投用，在氣相狀態(tài)下，換熱器管程系統(tǒng)壓降由改造前0.3?MPa降至改造后0.1?MPa，符合Fluent軟件對(duì)換熱器入口分布器進(jìn)行流體仿真分析結(jié)果，見圖11。

2019年設(shè)備投用后，換熱器管程系統(tǒng)溫差未發(fā)生變化，說(shuō)明分布器改造未對(duì)換熱存在影響，選取其中一臺(tái)E106換熱溫差變化進(jìn)行分析，其它換熱器趨勢(shì)相同。

5、結(jié)論

針對(duì)換熱器管程系統(tǒng)壓降過高，對(duì)其堵塞原因進(jìn)行分析，通過優(yōu)化E101、E103、E106入口分布器結(jié)構(gòu)，其流通截面積由0.1?m2提高至0.7?m2，降低了系統(tǒng)壓降，減少垢物于分布器的累積，優(yōu)化結(jié)果符合工藝的防堵塞、低壓損及優(yōu)化流場(chǎng)的需求，裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行效果大幅提升，改造效果顯著。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

孫玉柱，2017年畢業(yè)于華東科技大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)工作于中海石油寧波大榭石化設(shè)備管理崗位。工程師，研究石化設(shè)備方向。

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