循環(huán)水換熱器換熱效果差的在線解決方法

聶云龍 楊曉峰 （大慶石化公司化肥廠）

循環(huán)水換熱器換熱效果差的在線解決方法

聶云龍 楊曉峰 （大慶石化公司化肥廠）

換熱器是化工生產(chǎn)裝置中必不可少的重要設(shè)備之一。由于在化工生產(chǎn)中換熱器換熱效果差而造成裝置緊急停車的事故在企業(yè)生產(chǎn)中屢見不鮮。換熱器循環(huán)水反洗沖法和零背壓排放法在線解決了換熱器換熱效果差的問題：循環(huán)水反沖洗法提高了氨氣壓縮機的效率，減少了冷凍系統(tǒng)能耗；循環(huán)水零背壓排放法在線解決了冷凝器真空度低的問題，不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本，而且實現(xiàn)了環(huán)保操作。

換熱器 在線清洗 反沖洗 零背壓排放 效率 能源

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.05.006

多數(shù)大型化工生產(chǎn)企業(yè)為確保生產(chǎn)運行平穩(wěn)，實現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，都需要實現(xiàn)長周期連續(xù)生產(chǎn)，直到下一個檢修期到來，裝置才會停下來。因此，這就要求化工生產(chǎn)裝置內(nèi)的每一臺設(shè)備，都要滿足安全、優(yōu)質(zhì)和長期運行這個基本要求。

循環(huán)水換熱器是化工生產(chǎn)裝置中必不可少的重要設(shè)備之一，其運行的好壞直接影響整個裝置是否能高效運行。許多裝置都發(fā)生過由于某個循環(huán)水換熱器換熱效果差而被迫緊急停車的事故。造成循環(huán)水換熱器換熱效果差的原因有很多種，最常見的是循環(huán)水內(nèi)雜質(zhì)將換熱器的換熱管堵住，造成換熱效果差，影響裝置的高效運行。如何在不影響裝置正常生產(chǎn)的情況下解決循環(huán)水換熱器換熱效果差的問題呢？下面以某化肥廠合成氨裝置為例介紹兩種在線解決循環(huán)水換熱效果差的方法。

1 循環(huán)水反沖洗法

以氨氣壓縮機段間水冷器（128C）為例進行說明。

128C是合成氨裝置氨氣壓縮機高壓缸一、二段之間的一臺循環(huán)水換熱器，它運行的好與壞，直接影響到冷凍系統(tǒng)是否能正常運行，以及整個裝置生產(chǎn)能耗的高低。也就是說，一旦該換熱器的換熱效果變差，就會增加氨氣壓縮機組的能耗，給裝置長周期、滿負荷的生產(chǎn)帶來安全問題，同時由于換熱器換熱效果變差，循環(huán)水沒有起到應(yīng)有的冷卻作用，還造成循環(huán)水的能源浪費。

1.1 換熱效果差的原因分析

每年的6、7月份，循環(huán)水換熱器工藝氣側(cè)的出口溫度都會隨氣溫升高而逐漸升高，而且隨著外界溫度的上升，其出口溫度升高的幅度也在加大，造成該換熱器換熱效果越來越差，導致其后部冷凍系統(tǒng)的能耗越來越大，而且隨著其換熱效果變差對其他換熱器也造成了一定的影響。通過對有關(guān)數(shù)據(jù)的采集和分析認為，該換熱器換熱效果變差的主要原因是循環(huán)水來水側(cè)有雜物堵住了換熱管，造成水量變少，導致?lián)Q熱效果變差。

1.2 措施

經(jīng)現(xiàn)場勘查、數(shù)據(jù)分析以及結(jié)合以往換熱器的檢修情況，制定了解決方案，在該換熱器循環(huán)水的入口管線上帶壓接管，安裝兩個4 in（1 in=25.4 mm）閥門，對該換熱器進行在線反沖洗，將入口側(cè)的雜物反沖洗出去，從而解決入口管堵塞問題。

反沖洗流程如圖1。

反沖洗過程為：

◇首先對現(xiàn)場循環(huán)水和工藝氣側(cè)的溫度進行記錄，采集原始數(shù)據(jù)；

◇現(xiàn)場關(guān)1#閥門的同時開2#閥門（1#、2#、3#閥門處各有1人）；

◇將1#閥門關(guān)死后，馬上將3#閥門全開，開始反沖洗；

◇沖洗2～3 min時，將2#閥門全關(guān)全開一次，反復進行2次；

◇反沖洗期間記錄循環(huán)水壓力和工藝氣側(cè)的溫度，見表1、圖2；

◇反沖洗時間為8～10 min，反沖洗結(jié)束后改回正常流程。

表1 反沖洗前后數(shù)值對比

1.3 分析結(jié)果

換熱器反沖洗后效果非常明顯，出口溫度下降幅度非常大，換熱效果差的問題得到圓滿的解決，大大地提高了氨氣壓縮機的效率，減少了冷凍系統(tǒng)的能耗。從處理后的結(jié)果看，反沖洗的方法非常有效，而且簡單適用。

2 循環(huán)水零背壓排放法

以小表面冷凝器（1101JC）為例進行說明。

合成氨裝置小表面冷凝器（1101JC）為2005年擴能改造后新增設(shè)備。2008年大檢修時進行清洗，開工后至2009年9月份出現(xiàn)小表面冷凝器真空度下降的現(xiàn)象，成為制約生產(chǎn)的瓶頸，限制了裝置生產(chǎn)負荷。還可能出現(xiàn)真空度繼續(xù)下降至正壓，導致所用凝氣透平水封閥動作，機泵打量不足等安全隱患。而且隨著真空度的下降，抽氣的溫度也會相應(yīng)的上升，在1101JC的上部就會出現(xiàn)循環(huán)水量少、溫度高的現(xiàn)象，最終會加劇換熱管結(jié)垢，導致1101JC真空度進一步下降，形成惡性循環(huán)，因此需要馬上對這個問題進行分析和解決。設(shè)備流程簡圖見圖3。

2.1 真空度下降原因分析

原因一：循環(huán)水側(cè)入口和出口之間的隔板存在漏量，可能導致墊片橫筋損壞，使得循環(huán)水水流短路，造成換熱管內(nèi)水流的循環(huán)水量變少，真空度下降。

循環(huán)水的流向是從換熱器西側(cè)下部進入換熱器，然后從換熱器下部流到東側(cè)，再從換熱器的上部回到西側(cè)，最后從西側(cè)上部回水管排出，見圖4。

經(jīng)過現(xiàn)場對換熱器兩側(cè)循環(huán)水溫度的測量，基本可以斷定循環(huán)水有一部分水流短路。測量數(shù)據(jù)為：換熱器東側(cè)的循環(huán)水溫度為64℃，換熱器西側(cè)循環(huán)水的回水溫度為48℃，而換熱器西側(cè)循環(huán)水的來水溫度只有24℃。理論分析表明，循環(huán)水經(jīng)過一次換熱后，即循環(huán)水從西側(cè)經(jīng)換熱器的下部換熱到東側(cè)，溫度從24℃上升到64℃，是正常的。循環(huán)水經(jīng)過第二次換熱后，即循環(huán)水從東側(cè)經(jīng)換熱器的上部換熱到西側(cè)，溫度沒有升高反而下降，而且換熱器的上部應(yīng)該比下部溫度高（換熱器上部測量溫度為90℃，換熱器下部測量溫度為53℃），水溫從64℃降到48℃，這是不正常的，只能是循環(huán)水的出口側(cè)又有冷源進入，因此認為是循環(huán)水水流短路造成的。

原因二：為了給下游工序提供一個更好的環(huán)境，上半年對循環(huán)水的水流分配量進行了一次調(diào)整，即將1101JC的循環(huán)水回水蝶閥關(guān)小。當時1101JC的循環(huán)水回水閥關(guān)到只有25%～30%的開度，由于循環(huán)水回水閥開度小，造成循環(huán)水回水的背壓變大，循環(huán)水在1101JC內(nèi)的循環(huán)水量變少，流速變小，尤其是在出現(xiàn)循環(huán)水短路后，換熱器內(nèi)的循環(huán)水量變得更少，流速更慢，這就使循環(huán)水里的泥土和沙石在換熱管內(nèi)沉積，隨著時間越沉積越多，換熱器的換熱面積變小，換熱效果下降，最終導致真空度下降。隨著真空度的下降，抽氣溫度相應(yīng)上升，在1101JC的上部就會出現(xiàn)循環(huán)水量少、溫度高的現(xiàn)象，最終造成換熱管結(jié)垢加劇，導致1101JC真空度進一步下降。

2.2 措施

在1101JC循環(huán)水的回水蝶閥前側(cè)，循環(huán)水的管線上帶壓接管，安裝3個DN250閥門，對1101JC進行零背壓排放，目的是加大循環(huán)水的水量和循環(huán)水的流速，從而將換熱管內(nèi)的泥土沙石等沉積物排放出去，恢復換熱器的換熱面積。排放時為了避免對周圍環(huán)境造成影響，在3個閥門后接一條DN400管線，將排放的水引到排污口進行排放。

2.3 處理過程

首先在1101JC的循環(huán)水回水線上帶壓接管安裝3臺DN250閥門（圖4中的1#、2#、3#閥門）；做好零背壓排放前的各項準備工作；進行零背壓排放，打開1101JC循環(huán)水回水線上新接的3個切斷閥，同時關(guān)循環(huán)水出口蝶閥，但是為了安全起見，第一次出口蝶閥沒有完全關(guān)閉，留有25%的開度，零背壓排放持續(xù)了3 min左右，1101JC回水溫度開始下降，真空度開始上升。停止排放后大約15 min，又開始第二次零背壓排放，排放了大約5 min停止。第二次排放時，將1101JC循環(huán)水出口蝶閥全部關(guān)閉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)排出的水很臟，同時出口水溫下降顯著，真空度漲幅也很大，見表2。最后真空度恢復到了正常壓力值。

表2 小表面冷凝器沖洗前后效果對比

2.4 結(jié)果分析

循環(huán)水零背壓排放后1101JC運行情況良好，真空度達到-80 kPa以上，能夠滿足100%負荷時的生產(chǎn)要求。對1101JC真空值進行跟蹤，循環(huán)水沖洗后7 d無反彈。

準確的判斷為不停車在線解決1101JC真空低問題奠定了基礎(chǔ)。如果停車清洗，從1101JC的停車到檢修施工共需要4 d時間，停車對裝置的原材料造成了浪費，檢修也會對周圍環(huán)境造成污染。零背壓排放法在線解決了1101JC真空度低的問題，大大節(jié)省了停車檢修費用，節(jié)約了生產(chǎn)成本，避免了環(huán)境污染，也為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。

3 結(jié)束語

換熱器在線反沖洗和零背壓排放方法，解決了換熱器換熱效果差的問題，同時也確保了裝置長周期的平穩(wěn)、連續(xù)運行，避免了停車檢修造成的損失和對環(huán)境的污染。

[1]王勇.換熱器維修手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010：248-249.

聶云龍，2004年畢業(yè)于東北林業(yè)大學，工程師，從事化工設(shè)備的使用和管理工作，E-mail：dqnyl@163.com，地址：大慶石化公司化肥廠合成車間，163711。

2011-05-12）