立式繞管式換熱器的應用及施工注意事項

金山

摘 要：中國石油塔里木油田塔中第二聯合站中原有一臺臥式結構的濕凈化氣預冷器，實際運行中發現，預冷器管束堵塞，經分析換熱管產生堵塞的原因可能是前端管線設備腐蝕產物進入預冷器所致;另外已建的預冷器為臥式結構，在換熱過程中由于溫度降低，天然氣中冷凝析出的液體在管束內積聚，導致沉積物堵塞換熱管。建議將預冷器改為立式，加速液體流速，減少沉積時間，以避免或減緩堵塞的產生。

關鍵詞：立式繞管式換熱器

1 工程概況

塔中第二聯合站設有集氣裝置單元、增壓站、脫硫裝置、脫水脫烴裝置、凝析油處理裝置、硫磺回收裝置，以及輔助生產設施和公用工程，其中脫水脫烴裝置設有濕凈化氣預冷器1臺，于2010年10月投入使用。2013年12月外輸瞬時流量在9×104m3/h左右時，濕凈化氣預冷器前后壓差達到0.71MPa，超過正常壓差值0.6MPa，通過分析排查，判斷為預冷器管束堵塞。預冷器的殼程、管束在濕凈化氣入口、出口處多次腐蝕嚴重，嚴重處管束已穿孔，根據腐蝕堵塞產物碳酸鐵占56%、羥基氧化鐵占44%推測，換熱管產生堵塞的原因可能是前端管線設備腐蝕產物進入預冷器所致;另外已建的預冷器為臥式結構，在換熱過程中由于溫度降低，天然氣中冷凝析出的液體在管束內積聚，導致沉積物堵塞換熱管。建議將預冷器改為立式，加速液體流速，減少沉積時間，以避免或減緩堵塞的產生;在預冷器前增加過濾分離器。

2 流程描述

濕凈化氣預冷器工藝流程：自脫硫裝置來的脫硫后天然氣溫度41℃，壓力6.85 MPaG，與來自注醇泵的乙二醇貧液（75﹪wt）通過乙二醇霧化器和濕凈化氣混合后，與自低溫分離器來的冷干氣在濕凈化氣預冷器（E-20401）中進行逆流換熱，脫硫后的濕天然氣被冷卻至約-12℃，再經丙烷制冷系統冷卻至約-22 ℃，后進入低溫分離器（D-20401）進行醇烴液分離。分離后的產品氣進入濕凈化氣預冷器（E-20401）與濕凈化天然氣逆流換熱，換熱后的干氣溫度33℃，壓力6.72 MPaG外輸。

3 設計內容

新建立式繞管式換氣器1臺，原臥式濕凈化氣預冷器仍保留，可用于現場1開1備使用。換熱器采用立式繞管式換熱器。繞管換熱器結構緊湊，傳熱效率高，能承受高壓，可實現較小溫差換熱，充分回收冷量，節能效果顯著。本工程濕凈化氣預冷器為立式繞管式換熱器，技術參數如下：

規格：直徑1400mm×高度9776mm

型式：立式

管程介質：濕凈化氣;管程工作壓力：6.7MPa;管程設計壓力：8MPa;設計溫度：60℃

殼程介質：干凈化氣;殼程工作壓力：6.7MPa;殼程設計壓力：8MPa;設計溫度：-30℃

換熱面積：1014.5m2

保溫層材料：硬質聚氨酯泡沫100mm;保護層：鋁皮

設備質量：37789kg

設備材質：Q345R/16MnDR

繞管式換熱器容器殼程采用16MnDR鋼板，開口接管選用與殼體材料相配套的16MnD鍛件（NB/T47009-2010）;管程推薦采用Q345R鋼板，開口接管推薦選用與殼體材料相配套的16Mn鍛件（NB/T47008-2010）;換熱管推薦選用Q345E鋼管（GB6479-2013）。濕凈化氣走管程，高溫濕凈化氣從上部流動入，下部流出;干凈化氣走殼程，低溫干凈化氣從下部流入，上部流出，兩者逆向接觸。

4實施注意細節

4.1 工藝部分

材料技術要求：考慮與已建臥式濕凈化器預冷器管線材質保持一致，濕凈化氣入口、干凈化氣出口管線、乙二醇管線選用無縫鋼管20G（《高壓鍋爐用無縫鋼管》GB5310-2008）;濕凈化氣出口、干凈化氣入口介質溫度-22℃，選用無縫鋼管Q345E（《高壓化肥設備用無縫鋼管》GB 6479-2013）。操作溫度為-12℃的濕凈化氣出口管線、操作溫度為-22℃干凈化氣入口管線選用低溫球閥，直徑DN250選用DQ547型固定球閥 ，直徑DN40排污管線采用DQ47型固定球閥。

施工技術要求：由于濕凈化氣進口管線、濕凈化氣出口管線、干凈化氣入口管線、干凈化氣出口管線由于含CO2，CO2分壓為0.17MPa，參照《天然氣地面設施抗硫化物應力開裂和抗應力腐蝕開裂的金屬材料要求》SY/T 0599-2006，酸性腐蝕環境為SSC 3區，需做焊后熱處理。焊接過的碳鋼應在不低于620℃溫度下進行消除應力熱處理來控制焊接應力。原料氣管線對接焊縫均應進行硬度檢查，其結果應滿足HV10≤250。

4.2 結構部分

本立式預冷器設備本體高度約10m，設備重量約37789kg，設備基礎上表面高6.165m，設備基礎框架寬度2184mm，設備直徑1480mm，設備在吊裝作業時需將設備吊裝至少17m的高度，平穩放入到基礎框架中，吊裝準確性要求高，設備吊裝時施工方編寫吊裝作業專項方案。后期圖紙會審中發現原設備設計的耳式支座不利于后期結構基礎設計，經過更改后耳式支座旋轉45°，便于最大性的擴大基礎框架寬度。

4.3 防腐部分

考慮立式預冷器底部積液防腐問題，預冷器底部封頭做內防腐，采用環氧噴涂。

參考文獻：

[1]李建偉.高壓繞管式換熱器的設計及制造[C]// 機械部氣體分離設備科技信息網、中國制冷學會第二專業委員會，1998.