變換工序開工加熱器的改造

趙海衛(wèi)，陳 銘

（貴州赤天化桐梓化工有限責(zé)任公司，貴州桐梓 563200）

變換工序開工加熱器的改造

趙海衛(wèi)，陳 銘

（貴州赤天化桐梓化工有限責(zé)任公司，貴州桐梓 563200）

耐硫變換催化劑開車時必須進(jìn)行升溫、硫化，長期停車時則須氮氣置換，在這些過程中，對熱載體氮氣的加熱方式不同，能源利用率及經(jīng)濟(jì)效益存在著較大差異。因此，結(jié)合氮氣加熱器技術(shù)改造前后運行情況，從能源利用、經(jīng)濟(jì)效益方面作了比較。

變換；開工加熱器；改造

貴州桐梓化工有限公司是一家利用桐梓當(dāng)?shù)責(zé)o煙煤生產(chǎn)甲醇、合成氨和尿素的化工企業(yè)，前身為貴州金赤化工有限責(zé)任公司。氣化裝置采用以無煙煤煤為原料的GE水煤漿氣化技術(shù)，裝置配套3臺φ3.2m、25.4m3/h的等徑氣化爐，兩開一備，分別配置3臺棒磨機(jī)和3套渣水處理系統(tǒng)，為30萬t/a合成氨裝置和30萬t/a甲醇裝置提供粗水煤氣。合成氨裝置氣體變化采用耐硫鈷鉬催化劑，凈化技術(shù)采用大連理工大學(xué)低溫甲醇洗、液氮洗技術(shù)，氨合成采用卡薩利氨合成技術(shù)。

1 變換工藝升溫流程簡述

變換工序開車前，先要對變換催化劑進(jìn)行升溫。來自氮氣管網(wǎng)6MPaG的氮氣經(jīng)加熱器（E11）與2.5MPa的蒸汽進(jìn)行換熱，氮氣加熱至200℃后進(jìn)入煤氣過濾器（V2），再進(jìn)入第一變換爐（R1）。出第一變換爐（R1）的氮氣，再經(jīng)中壓蒸汽過熱器（E2）與4.0MPa過熱蒸汽進(jìn)行換熱，進(jìn)入煤氣預(yù)熱器（E1）預(yù)熱，再經(jīng)過廢鍋（E3）旁路，進(jìn)入第二變換爐（R2）中對第二變換爐（R2）進(jìn)行升溫，出R2的氣體通過0.5MPa廢鍋Ⅰ（E4）被來自0.5MPa飽和蒸汽管網(wǎng)的蒸汽加熱，進(jìn)入第三變換爐（R3），出第三變換爐氣體首先通過中壓鍋爐給水預(yù)熱器（E5），再進(jìn)入0.5MPa廢鍋Ⅱ（E6），然后進(jìn)入第一水分離器（V3）分離出工藝?yán)淠骸Ｎ蠢淠龤怏w經(jīng)分離后進(jìn)入脫鹽水加熱器（E7）。變換氣經(jīng)第二水分離器（V4）分離出工藝?yán)淠汉螅谧儞Q氣水冷器（E8）中用循環(huán)水冷卻，送入第三水分離器（V2105）。

2 開工加熱器對開車的影響

1）變換工序?qū)馇埃呋瘎┐矊訙囟纫链呋瘎┗钚詼囟戎希⑶乙人簹獾穆饵c溫度高20～30℃，以防止催化劑泡水，造成催化劑使用壽命縮短。

2）變換工序在導(dǎo)氣過程中需要配部分熱氮氣，防止變換工序?qū)膺^程中催化劑床層發(fā)生超溫現(xiàn)象。

3）變換工序長期停車，為防止系統(tǒng)中的飽和水蒸氣冷凝，造成催化劑泡水，需要對變換工序進(jìn)行氮氣置換。

4）事故狀態(tài)下為了盡快對變換工序置換，需要加入熱氮氣對床層進(jìn)行降溫操作。

3 改造前氮氣加熱器存在的問題

1）原氮氣加熱器設(shè)計換熱面積偏小，變換爐床層升溫所需時間長，嚴(yán)重影響了開車進(jìn)度，并且造成開車成本高。

2）原氮氣加熱器層程設(shè)計壓力為2.2MPa，在變換工序?qū)膺^程中，當(dāng)系統(tǒng)壓力升至1.5MPa時，現(xiàn)場需要快速關(guān)閉截止閥，防止氮氣加熱器管程超壓，不但加大了現(xiàn)場操作人員的勞動強(qiáng)度，同時操作不及時，容易造成變換爐催化劑床層超溫，嚴(yán)重影響了催化劑的使用壽命。

3）變換工序停車，需要把系統(tǒng)壓力泄壓至2.0MPa以下才能對變換工序進(jìn)行氮氣置換，延長了變換工序氮氣置換的時間。

4 氮氣加熱器的改造

氣化車間有一臺換熱器（E12）長期未投用，管層設(shè)計壓力8.0MPa，殼層設(shè)計壓力3.0MPa，符合氮氣加熱器替換要求，變換工序氮氣參數(shù)：壓力6.0MPa，溫度40℃，加熱后溫度209℃，流量20 000m3/h；蒸汽參數(shù)：壓力2.5MPa，溫度226℃，換熱后發(fā)生相變溫度215.06℃。根據(jù)以下計算：

式中Wh、Wc—熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；

Cpc—冷流體的平均質(zhì)量定壓熱熔，J/（kg·℃）；t1、t2—冷流體的進(jìn)、出口溫度，℃；

rh—飽和蒸汽的比汽化焓，J/kg。

換熱器的熱負(fù)荷：

式中A—換熱器的傳熱面積，m2；

Δ tm—熱、冷流體的平均溫度差，也就是傳熱的總推動力，℃；

K—比例系數(shù)，稱為傳熱系數(shù)，W/（m2·C）。

換熱面積：

式中n—管數(shù)；

d—管徑，m；

l—管長，m。

表1 新?lián)Q熱器參數(shù)

根據(jù)資料查得氮氣的平均質(zhì)量定壓熱熔為1.03J/（kg·℃），根據(jù)公式（1）算的要想把20 000m3/h的氮氣從40℃加熱到209℃所需2.5MPa的飽和蒸汽為2.58t/h，所需總熱量為1 332kJ/h。根據(jù)公式（2）和（3）將新?lián)Q熱器的換熱面積及材質(zhì)得到傳熱系數(shù)，新?lián)Q器的熱負(fù)荷完全能夠滿足熱量的要求。所以根據(jù)設(shè)備裝配圖和生產(chǎn)工藝情況得出評估報告。

4.1 工藝計算模擬結(jié)果

通過工藝計算模擬，設(shè)備管層通入氮氣，殼層通入蒸汽，按照氮氣放空量為20 000m3/h計算，該換熱器消耗蒸汽量（2.5MPa飽和蒸汽）2.58t/h，氮氣側(cè)阻力降為64kPa，氮氣出口溫度209℃。如果需要更高的氮氣溫度，只需要加大蒸汽量。

4.2 設(shè)備符合性

（1）E12管層和殼直徑分別為：DN250/DN250和DN150/ DN100，設(shè)計壓力分別為：8.0MPa和3.0MPa，管層材質(zhì)為304。

（2）由于E12比E11重近4t，需要對原基礎(chǔ)進(jìn)行改造。

（3）原設(shè)備接管尺寸分別為DN300和DN400，需要設(shè)置DN300/400變DN250大小頭。

5 結(jié)束語

改造后系統(tǒng)升溫時間由原來的12h左右，降到6h，提高了變換工序催化劑床層升溫的效率；減小了現(xiàn)場工作人員的勞動效率；避免了導(dǎo)氣過程中催化劑超溫的風(fēng)險；縮短了變換工序氮氣置換的時間；原氣化閑置的換熱器E12得到了利用。

Mo d i f i c a t i o n o f S t a r t-u p H e a t e r i n C o n v e r s i o n P r o c e s s

Zhao Hai-wei，Chen Ming

The sulfur-tolerant shift catalyst must be heated and vulcanized，and the nitrogen is replaced in the long-term parking.In these processes，there are different heating methods for the heat carrier nitrogen，and the energy eff i ciency and economic eff i ciency are quite different.Nitrogen heater technology before and after the transformation of the operation，from the energy use，economic benef i ts were compared.

transformation；starting heater；transformation

TQ113.2

A

1003-6490（2017）08-0007-02

2017-06-03

趙海衛(wèi)（1985—），男，河北石家莊人，助理工程師，主要從事調(diào)度管理工作。