中壓加氫裂化裝置原料油換熱器傳熱系數(shù)下降的原因及對策

1、收稿日期:2005204228;修改稿收到日期:2005207229。作者簡介:樓劍常,高級工程師,1983年畢業(yè)于華東石油大學(xué),現(xiàn)任北京燕山分公司副經(jīng)理,一直從事煉油生產(chǎn)和管理工作。中壓加氫裂化裝置原料油換熱器傳熱系數(shù)下降的原因及對策樓劍常,張映旭(中國石化燕山分公司,北京102503摘要介紹了1.30Mt/a 中壓加氫裂化裝置原料油換熱器在運行過程中的結(jié)垢問題。通過對結(jié)垢原因的分析和處理措施的探討,指出預(yù)防加氫裂化裝置原料油換熱器結(jié)垢要采取以下措施:(1在原料罐頂加氮封;(2做好原料油過濾;(3控制原料和新氫中的氯含量。對結(jié)垢后的換熱器,可以采取如下處理辦法:(1用催化裂化柴油沖洗;(2向

2、原料油中注入防垢劑。關(guān)鍵詞:加氫裂化換熱器傳熱系數(shù)1前言原料油換熱器是燕山分公司煉油廠1.30Mt/a中壓加氫裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備,承擔(dān)著為加氫反應(yīng)物流提供主要熱量來源的任務(wù)。設(shè)計工況下,循環(huán)氫加熱爐F 2501的熱負(fù)荷為8423kW ,而高壓換熱器E 2501,E 2502,E 2503的熱負(fù)荷之和為41391kW ,整個反應(yīng)物流所需熱量的絕大部分來自原料油與反應(yīng)產(chǎn)物換熱的熱量回收。因此,換熱器傳熱效果的好壞直接關(guān)系到加氫裂化的反應(yīng)溫度能否達(dá)到要求。受原料油結(jié)垢和反應(yīng)生成物中氨鹽結(jié)晶等因素的影響,加氫裂化原料油換熱器在運行過程中傳熱效果往往會有不同程度的下降。因此,針對裝置實際找出原料油換熱器

3、傳熱效果下降的原因并采取相應(yīng)處理措施,對保證加氫裂化裝置的正常生產(chǎn)具有重要意義。2工藝流程簡介燕山分公司煉油廠中壓加氫裂化裝置采用單段雙劑串聯(lián)一次通過流程,流程特點是采用冷高分和爐后混氫,反應(yīng)產(chǎn)物的熱量通過高壓換熱器與原料油和循環(huán)氫換熱進(jìn)行熱量回收,通過的換熱設(shè)備依次是原料油換熱器E 2501、循環(huán)氫換熱器E 2502、原料油換熱器E 2503,低分油換熱器E 2504,最后進(jìn)入高壓分離器。3存在的問題燕山分公司煉油廠中壓加氫裂化裝置進(jìn)行了3次停工檢修或改造,運行了3個周期,目前進(jìn)入第4個周期。第1周期加工減二線與重油催化裂化柴油混合原料,工藝路線為加氫改質(zhì);第2周期加工重油催化裂化柴油,工藝

4、路線為加氫精制;第3周期加工減二線與重油催化裂化柴油混合原料,工藝路線為加氫改質(zhì);第4周期加工常三、減一、減二、減三線混合原料,工藝路線為加氫裂化。經(jīng)考查,四個周期中都出現(xiàn)了高壓換熱器傳熱系數(shù)下降的問題,特別是第4個生產(chǎn)周期原料為全蠟油時,這一問題更加突出。對第3和第4周期高壓換熱器傳熱系數(shù)進(jìn)行計算后發(fā)現(xiàn),循環(huán)氫加熱器E 2502的傳熱系數(shù)基本不變,而原料油換熱器E 2501、E 2503的傳熱系數(shù)存在不同程度的下降,并且在投用初期(前3個月的傳熱系數(shù)下降速率明顯快于后期,結(jié)果見表1。表1E 2501、E 2503傳熱系數(shù)下降速率變化對比項目第3周期E 2501E 2503第4周期E 2501

5、E 2503初期下降速率/W (m 2d -11.691.061.111.33末期下降速率/W (m 2d 4原因分析由換熱器總傳熱系數(shù)的公式:1k 0=1i +R i +R o +10(1石油煉制與化工2005年12月PETROL EUM PROCESSIN G AND PETROCH EMICAL S 第36卷第12期式中:k0總傳熱系數(shù);i管程對流傳熱系數(shù);0殼程對流傳熱系數(shù);R i管程污垢熱阻;R o殼程污垢熱阻。i=0.023d id i u i0.8c p0.3(20=0.36d ed e u00.55c p1/3w0.14(3式中:u流速;導(dǎo)熱系數(shù);粘度;密度;c p比熱;d i

6、管內(nèi)徑;d e當(dāng)量直徑,由管子排列情況決定;流體在壁溫下的粘度。由公式(1,(2,(3可以看出,管程和殼程對流傳熱系數(shù)主要受流體物性、處理量及換熱器污垢熱阻的影響:當(dāng)流體的物性和處理量不變,污垢熱阻增大,k0減小;當(dāng)流體的物性改變,其它條件不變時,比熱減小,粘度增大,導(dǎo)熱系數(shù)減小,k0都會減小。對第4個運行周期中原料由全蠟油變?yōu)楹胁糠执呋鸦裼?、催化裂化柴油又全部切除期間的流體物性進(jìn)行計算,結(jié)果見表2。表2原料改變后流體主要物性變化對比比熱/kJ(kg-1E2501 5.27 5.60 5.31E2503 3.18 3.09 3.22由表2數(shù)據(jù)和公式(2、(3分析得出:流體物性變化對換熱器

7、管程、殼程傳熱系數(shù)的影響均很小。但從現(xiàn)象看,原料變化期間,原料油換后終溫由305達(dá)到330,變化非常明顯。由于在此期間加工量沒有明顯變化,流體物性對換熱器的傳熱系數(shù)也不起主導(dǎo)作用。因此,由公式(1可以看出,影響傳熱系數(shù)的關(guān)鍵因素應(yīng)該是污垢熱阻。根據(jù)相關(guān)資料,導(dǎo)致原料油換熱器產(chǎn)生污垢熱阻的原因主要有以下兩種理論。(1管程結(jié)垢理論隨原料或重整氫帶入的氯在加氫反應(yīng)過程中生成HCl,HCl與氫氣中的N H3化合生成N H4Cl,這種化合物在低于350的部位即會結(jié)晶析出堵塞物流通道。(2殼程結(jié)垢理論加氫裂化原料油換熱器原料側(cè)的污垢主要由無機(jī)微粒的沉積和瀝青質(zhì)等有機(jī)微粒的粘附和沉積形成。無機(jī)污垢主要是原料

8、在煉制及儲運過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的鹽類。有機(jī)污垢則主要由以下原因引起:由O,S,N引發(fā)的自由基聚合反應(yīng);由Fe,Ni,Cu等金屬作催化劑引發(fā)的催化聚合反應(yīng);由多環(huán)芳烴和膠質(zhì)引發(fā)的非自由基聚合反應(yīng)。其中,由于原料油保護(hù)措施不好,致使氧氣進(jìn)入并引發(fā)自由基聚合反應(yīng),是國內(nèi)加氫裂化裝置所遇到的導(dǎo)致原料油換熱器傳熱系數(shù)下降的主要原因。5實施對策結(jié)合管殼程結(jié)垢理論,為防止換熱器結(jié)垢,一般采取以下措施:在原料罐頂加氮封;做好原料的過濾工作;嚴(yán)格控制原料和新氫中的氯含量,防止銨鹽結(jié)晶。燕山分公司煉油廠中壓加氫裂化裝置采取了如下措施:降低進(jìn)料量和循環(huán)氫壓縮機(jī)(K2502轉(zhuǎn)速;提高原料油換熱后的終溫,主要目的是

9、通過提高溫度使結(jié)晶的氨鹽升華,并通過后續(xù)注水將氨鹽帶入高分除去。處理的具體條件見表3。對處理前后原料油換熱器E2501、E2503的傳熱系數(shù)進(jìn)行計算,結(jié)果見表4。表3原料油換熱器處理條件項目進(jìn)料量/kgh-1K2502轉(zhuǎn)速/rmin-1E2501殼程處理中902138000358.3表4原料油換熱器傳熱系數(shù)對比項目原油加工量/kgh-1E2501傳熱系數(shù)/W(m2-1E2503傳熱系數(shù)/W(m2-122石油煉制與化工2005年第36卷對高分水的分析發(fā)現(xiàn),處理前后水中S 、N 含量都沒有明顯改變,這也證實了以上的分析結(jié)論。結(jié)合殼程結(jié)垢理論和國內(nèi)加氫裂化裝置在類似問題上采取的措施,燕山分公司煉油廠

10、中壓加氫裂化裝置恢復(fù)了原料罐氮封,對恢復(fù)氮封前后分別用催化裂化柴油沖洗換熱器的傳熱系數(shù)下降速率進(jìn)行了計算,結(jié)果見表5。由表5可見,原料油換熱器傳熱系數(shù)下降的主要原因是由于原料罐沒有氮封,空氣中氧氣的進(jìn)入引發(fā)自由基聚合反應(yīng)生成了污垢。表5氮封對原料油換熱器傳熱系數(shù)下降速率的影響項目E 2501傳熱系數(shù)下降速率/W (m 2d -1E 2503傳熱系數(shù)下降速率/W (m 2d -10.880.08另外,據(jù)相關(guān)資料顯示,解決原料油換熱器殼程結(jié)垢比較有效的措施是向原料油中注入一種不含金屬離子、高含有機(jī)氮化合物的防垢劑。防垢劑的主要防垢機(jī)理是通過自身吸附于金屬和非油溶性的固體離子表面形成覆蓋膜,阻止沉積

11、物粘附在金屬表面及固體粒子之間,并通過少量表面活性劑,使膠質(zhì)和非油溶性物質(zhì)產(chǎn)生親油基因,增溶于油中來達(dá)到防止結(jié)垢的目的。為此,燕山分公司煉油廠中壓加氫裂化裝置增設(shè)了注入防垢劑系統(tǒng)。對注入防垢劑前后的換熱器傳熱系數(shù)下降速率進(jìn)行計算,結(jié)果見表6。由表6可見,注入防垢劑后,E 2501傳熱系數(shù)下降速率降低了78%,E 2503傳熱系數(shù)下降速率降低了76%。表6注入防垢劑前后E 2501、E 2503傳熱系數(shù)下降速率對比項目E 2501傳熱系數(shù)下降速率/W (m 2d -1E 2503傳熱系數(shù)下降速率/W (m 2d -10.540.216結(jié)束語目前加氫裂化裝置原料油換熱器結(jié)垢的問題還比較普遍,為了防

12、止換熱器結(jié)垢,保證裝置的長周期穩(wěn)定運行,一般要采取以下措施:做好原料油儲存過程中的保護(hù)問題,一般需在原料罐頂加氮封,防止氧氣在原料油換熱器殼程引發(fā)自由基聚合反應(yīng)生成高分子聚合物堵塞物流通道;做好原料油的過濾工作,防止大量無機(jī)雜質(zhì)在原料油換熱器殼程析出結(jié)垢;嚴(yán)格控制原料和新氫中的氯含量,防止銨鹽結(jié)晶堵塞換熱器。對原料側(cè)已經(jīng)結(jié)垢的原料油換熱器,一般可以采取以下方法:向原料中加入催化裂化柴油,由于催化裂化柴油對換熱器上的污垢有一定的沖刷溶解作用,因此加入催化裂化柴油能夠緩解換熱器的結(jié)垢。但這種方法對原料來源有限制或?qū)ιa(chǎn)有特殊要求的裝置并不適用;解決原料油換熱器原料側(cè)結(jié)垢比較有效的措施是向原料油中注

13、入防垢劑。TR OUB LESH OOTING ON THE DESCEN DING OF THE HEAT 2TRANSFER COEFFICIENT OF THE FEED HEATEXCHANGERS IN THE H YD R OCRACKING UNITLou Jianchang ,Zhang Y ingxu(Yanshan Pet rochemical Com pany ,B ei j ing 102503Abstract The p ro blems of fouling in t he feedheat exchangers of a 1.3Mt/a medium pressu

14、rehydrocracking unit was discussed.By analyzing t he formation of fouling depo sit s some countermeasures were propo sed and p racticed.The following measures were adopted to prevent t he formation of fouling in t he feed heat exchangers :(1adding nit rogen seal in t he feed tank ;(2filtering t he feed oil ;(3cont rolling t he chlorine content in t he feed and t he fresh hydrogen.If fouling deposit s were formed in t he heat exchanger ,t he following t reat