循環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）

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

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

多數大型化工生產企業為確保生產運行平穩，實現高產、穩產，都需要實現長周期連續生產，直到下一個檢修期到來，裝置才會停下來。因此，這就要求化工生產裝置內的每一臺設備，都要滿足安全、優質和長期運行這個基本要求。

循環水換熱器是化工生產裝置中必不可少的重要設備之一，其運行的好壞直接影響整個裝置是否能高效運行。許多裝置都發生過由于某個循環水換熱器換熱效果差而被迫緊急停車的事故。造成循環水換熱器換熱效果差的原因有很多種，最常見的是循環水內雜質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的情況下解決循環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水換熱效果差的方法。

1 循環水反沖洗法

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水換熱器，它運行的好與壞，直接影響到冷凍系統是否能正常運行，以及整個裝置生產能耗的高低。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、滿負荷的生產帶來安全問題，同時由于換熱器換熱效果變差，循環水沒有起到應有的冷卻作用，還造成循環水的能源浪費。

1.1 換熱效果差的原因分析

每年的6、7月份，循環水換熱器工藝氣側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。通過對有關數據的采集和分析認為，該換熱器換熱效果變差的主要原因是循環水來水側有雜物堵住了換熱管，造成水量變少，導致換熱效果變差。

1.2 措施

經現場勘查、數據分析以及結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：

◇首先對現場循環水和工藝氣側的溫度進行記錄，采集原始數據；

◇現場關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#閥門全關全開一次，反復進行2次；

◇反沖洗期間記錄循環水壓力和工藝氣側的溫度，見表1、圖2；

◇反沖洗時間為8～10 min，反沖洗結束后改回正常流程。

表1 反沖洗前后數值對比

1.3 分析結果

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，減少了冷凍系統的能耗。從處理后的結果看，反沖洗的方法非常有效，而且簡單適用。

2 循環水零背壓排放法

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備。2008年大檢修時進行清洗，開工后至2009年9月份出現小表面冷凝器真空度下降的現象，成為制約生產的瓶頸，限制了裝置生產負荷。還可能出現真空度繼續下降至正壓，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的上升，在1101JC的上部就會出現循環水量少、溫度高的現象，最終會加劇換熱管結垢，導致1101JC真空度進一步下降，形成惡性循環，因此需要馬上對這個問題進行分析和解決。設備流程簡圖見圖3。

2.1 真空度下降原因分析

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

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

經過現場對換熱器兩側循環水溫度的測量，基本可以斷定循環水有一部分水流短路。測量數據為：換熱器東側的循環水溫度為64℃，換熱器西側循環水的回水溫度為48℃，而換熱器西側循環水的來水溫度只有24℃。理論分析表明，循環水經過一次換熱后，即循環水從西側經換熱器的下部換熱到東側，溫度從24℃上升到64℃，是正常的。循環水經過第二次換熱后，即循環水從東側經換熱器的上部換熱到西側，溫度沒有升高反而下降，而且換熱器的上部應該比下部溫度高（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，只能是循環水的出口側又有冷源進入，因此認為是循環水水流短路造成的。

原因二：為了給下游工序提供一個更好的環境，上半年對循環水的水流分配量進行了一次調整，即將1101JC的循環水回水蝶閥關小。當時1101JC的循環水回水閥關到只有25%～30%的開度，由于循環水回水閥開度小，造成循環水回水的背壓變大，循環水在1101JC內的循環水量變少，流速變小，尤其是在出現循環水短路后，換熱器內的循環水量變得更少，流速更慢，這就使循環水里的泥土和沙石在換熱管內沉積，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，抽氣溫度相應上升，在1101JC的上部就會出現循環水量少、溫度高的現象，最終造成換熱管結垢加劇，導致1101JC真空度進一步下降。

2.2 措施

在1101JC循環水的回水蝶閥前側，循環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，目的是加大循環水的水量和循環水的流速，從而將換熱管內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循環水回水線上新接的3個切斷閥，同時關循環水出口蝶閥，但是為了安全起見，第一次出口蝶閥沒有完全關閉，留有25%的開度，零背壓排放持續了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循環水出口蝶閥全部關閉，結果發現排出的水很臟，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 結果分析

循環水零背壓排放后1101JC運行情況良好，真空度達到-80 kPa以上，能夠滿足100%負荷時的生產要求。對1101JC真空值進行跟蹤，循環水沖洗后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。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，大大節省了停車檢修費用，節約了生產成本，避免了環境污染，也為企業創造了經濟效益。

3 結束語

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、連續運行，避免了停車檢修造成的損失和對環境的污染。

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

聶云龍，2004年畢業于東北林業大學，工程師，從事化工設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）