潤滑油加氫裝置加熱爐余熱回收系統(tǒng)改造效果分析

崔進(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

某40 wt/a石蠟基高壓加氫潤滑油基礎油裝置加熱爐部分包括一臺加氫裂化反應進料加熱爐、一臺加氫裂化分餾進料加熱爐、一臺異構脫蠟反應進料加熱爐、一臺異構脫蠟分餾進料加熱爐和一套煙氣余熱回收系統(tǒng)和一座60 m獨立鋼煙囪。并設有變頻控制的鼓風機和引風機各一臺。通過對加熱爐的核算發(fā)現(xiàn)，四臺加熱爐的熱效率均低于設計值92%。分析發(fā)現(xiàn)加熱爐負荷較設計值偏高，加熱爐排煙溫度較高，余熱回收系統(tǒng)回收熱量較少，從節(jié)能的角度上來看有必要對空氣預熱器進行改造。

1 空氣預熱器的主要形式

管式空氣預熱器 ：我國70年代使用的空氣預熱器多數(shù)為固定光管式空氣預熱器，其傳熱系數(shù)K僅達14 W/(m2·K)～28 W/(m2·K)左右，且設備體積及重量較大，目前已很少采用。

熱管空氣預熱器：熱管是一種高傳熱效率的設備，它由一段密封管段組成，將內(nèi)部空氣抽出，充入一定數(shù)量的液體稱為工質(zhì)，通常為水。工作時當管外放熱介質(zhì)流過時，將熱量傳到管段充入介質(zhì)的一端，此時管內(nèi)液體一部分被蒸發(fā)，并流向管外有冷介質(zhì)流過的另一端，管內(nèi)被冷凝的液體又返回蒸發(fā)段。這種現(xiàn)象不斷循環(huán)，以達到冷、熱兩種流體換熱的目的。

擾流子空氣預熱器：擾流子是一種構造簡單、強化傳熱效能高、阻力較小的管內(nèi)插入物。它利用破壞流體邊界層，增大流體在管內(nèi)流過的路程以及翅片效應是傳熱效率大大提高。使用擾流子作傳熱元件的空氣預熱器叫擾流子空氣預熱器。換熱時，因空氣在管內(nèi)做螺旋運動中產(chǎn)生離心力，離心力使空氣之間產(chǎn)生擾動及產(chǎn)生徑向?qū)α鳎偈惯吔鐚訙p薄，因此傳熱系數(shù)可提高1.7倍。為了減少預熱器的體積，以翅片管為首選，它可以增加傳熱面積。由于管外纏繞翅片，管內(nèi)裝設擾流子，所以使擾流子空氣預熱器總傳熱系數(shù)大大增加。

2 空氣預熱器改造前運行狀況

現(xiàn)有四臺爐子(F-101、F-201、F-301、F-401)共用一套余熱回收系統(tǒng)。采用(擾流子＋熱管)組合式空氣預熱器回收煙氣余熱。當正常操作時，來自4臺加熱爐的熱煙氣引至60 m獨立鋼煙囪，經(jīng)煙囪內(nèi)部熱煙道下行后出煙囪，先后進入擾流子空氣預熱器和熱管空氣預熱器與空氣換熱，再由煙氣引風機引至60 m獨立鋼煙囪內(nèi)冷煙道進行排放。冷空氣由鼓風機先后送入熱管空氣預熱器和擾流子空氣預熱器與熱煙氣換熱后，經(jīng)熱風道供4臺加熱爐燃燒器燃燒使用。

加熱爐熱損失的主要部分是排煙，因此降低排煙溫度是最為直接有效的措施，一般情況下排煙溫度每降低10 K，加熱爐熱損失減少0.5%～0.8%。自開工以來，實際排煙溫度平均較設計值高出40 ℃，夏季炎熱天氣排煙溫度高出設計值可達50 ℃。對空氣預熱器空氣側、煙氣側出入口溫度進行分析。

如表1所示排煙溫度高主要由煙氣側入口溫度大于正常工況所致。

表1 60%處理量工況下空預器設計值與實際值對比

如表2所示F101和F301的實際操作溫度分別較設計值高出10 ℃、39 ℃，因此較高的煙氣側入口溫度主要是F101、F301負荷較高所致。

表2 48t/h減三線進料工況下各加熱爐出口溫度實際與設計值比較

分析原因主要有：第一，由于設計原料與實際原料存在差異，二段進料氮含量經(jīng)常超標，需要提高一段反應溫度來應對，因此造成一段反應加熱爐負荷偏高。第二，一段進料蠟含量較高，導致二段反應器脫蠟困難，需要提高二段反應溫度應對，因此造成二段反應加熱爐負荷偏高。原有設計的煙氣余熱回收系統(tǒng)已經(jīng)不滿足日益苛刻的原料條件以及連續(xù)高負荷生產(chǎn)的需要。同時燃料氣的消耗成本約占加氫裝置的約48%以上。從節(jié)能降耗的角度來看，對原有煙氣余熱回收系統(tǒng)的改造要求迫切[1]。

3 空氣預熱器改造方案

本次改造方案由南京圣諾熱管有限公司負責核算、設計。余熱回收系統(tǒng)中所有煙道均采用高強低導隔熱澆注料作為襯里，熱風道采用硅酸鋁復合板+0.8 mm外包鋁皮進行保溫。為最大限度節(jié)約改造成本，將原有熱管空預器和擾流子空預器利舊。為提高空氣預熱器的換熱面積，采用增設空氣預熱器的方案。為降低煙氣溫度并充分利用煙氣余熱，結合現(xiàn)場實際布置條件，增加兩臺熱管式空氣預熱器，增加一臺擾流子空氣預熱器。煙氣進、出口接口、空氣進、出口接口，空氣側過渡段、煙氣側過渡段、煙道及風道等各部件現(xiàn)場組焊成一體。熱管預熱器1(利舊)熱管預熱器2(新增)水平并列布置，與熱管預熱器3(新增)串聯(lián)。擾流子空氣預熱器1(利舊)與擾流子空氣預熱器2(新增)豎直串聯(lián)布置。具體流程示意圖如圖1所示。

圖1 改造后余熱回收系統(tǒng)示意圖

煙氣側：自熱煙道來煙氣經(jīng)擾流子空氣預熱器2(新增)，向下進入擾流子空氣預熱器1(利舊)，通過熱管預熱器3(新增)，然后進入并聯(lián)的熱管預熱器1(利舊)和熱管預熱器2(新增)，再由煙氣引風機引至60 m獨立鋼煙囪內(nèi)冷煙道進行排放。

空氣側：自鼓風機來冷空氣經(jīng)過并聯(lián)的熱管預熱器1(新增)和熱管預熱器2(利舊)，進入熱管預熱器3(新增)，向上進入擾流子空氣預熱器1(利舊)，后進入擾流子空氣預熱器2(新增)，最后進入熱風道供四臺加熱爐燃燒器燃燒使用。

本次改造在2020年4月裝置大檢修期間完成，改造后的余熱回收系統(tǒng)在2020年4月27日投入使用。

4 空氣預熱器改造前后技術指標對比

新增的兩臺熱管預熱器和一臺擾流子預熱器換熱效果良好，排煙溫度由159 ℃降至125 ℃。

由表3可知，相同工況下，改造后的空氣余熱回收系統(tǒng)有效降低了加熱爐的排煙溫度，提高了四臺加熱爐的熱效率，達到了設計值92%以上。降低了燃料氣的消耗量330 Nm3/h，以天然氣單價2元/Nm3計算，每天可以降低燃料氣費用15 840元[2]。

表3 40t/h減三進料空氣預熱器改造前后技術指標

5 結語

通過增設一臺擾流子空氣預熱器，兩臺熱管空氣預熱器，并對原有空預器利舊，有效降低了煙氣的排煙溫度，提高了四臺加熱爐的熱效率，降低了裝置燃料氣的消耗量，實現(xiàn)了裝置的節(jié)能降耗。