1、概況

某公司原料加氫處理裝置由中石化洛陽工程公司設(shè)計，其高壓換熱器采用傳熱效率高、節(jié)省占地的新型纏繞管式換熱器。該裝置自2016年5月開始運行以來，其高壓換熱器系統(tǒng)管程側(cè)壓差多次升高，系統(tǒng)換熱效率降低，造成系統(tǒng)反應系統(tǒng)壓差上升，裝置被迫停工檢修消缺，因此解決高壓換熱器系統(tǒng)壓差上升對裝置長周期運行具有重要意義。

1.1?換熱流程概況

裝置外來混合原料油經(jīng)加氫進料泵升壓后與壓縮機出口混合氫混合，依次經(jīng)過熱高分氣/混合進料換熱器（E-104）管程、反應流出物/冷混合進料換熱器（E-103）管程、反應流出物/熱混合進料換熱器（E-101）管程、精制反應流出物/混合進料換熱器（E-106）管程換熱后進入反應進料加熱爐加熱至反應所需溫度，再進入加氫反應器進行反應。

1.2?設(shè)備概況

裝置原料側(cè)共設(shè)置4臺高壓纏繞管式換熱器進行原料取熱，該組換熱器設(shè)計參數(shù)如表1：

纏繞管式換熱器主要結(jié)構(gòu)由殼體、封頭、纏繞換熱管等部件組成（如圖1），管程入口設(shè)置入口分布器（如圖2），主要作用提高原料中氣、液組分混合效果和過濾介質(zhì)中機械雜質(zhì)和生成垢物組分。其中，E104采用下進上出，E101、E103、E106采用上進下出，其入口分配器E104設(shè)置在設(shè)備在下部，其它換熱器設(shè)置在設(shè)備上部。

2、問題分析

2.1?問題說明

2017年8月裝置檢修開工后反應系統(tǒng)壓降逐步呈上升趨勢，2018年4月17日，裝置通過工藝調(diào)整后，系統(tǒng)壓降降低平穩(wěn)運行一個月后系統(tǒng)壓力再次快速上漲。通過系統(tǒng)壓降、換熱器管程壓降分析，系統(tǒng)壓降隨換熱器管程壓降上升而上升。壓降變化圖，如圖3：

2.2?問題分析

高壓換熱器管程側(cè)壓力上升，說明其管程系統(tǒng)存在堵塞情況，根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)分析，其堵塞位置通常位于入口分布器和纏繞管束內(nèi)；根據(jù)換熱器換熱溫度變化，換熱器換熱效率基本未發(fā)生變化，選取其中一臺E106分析見如圖4，其它換熱器換熱效率趨勢相同。根據(jù)換熱器管程側(cè)壓降及溫差變化說明其壓降升高的根本原因位于換熱器入口分布器處。通過現(xiàn)場拆檢確認，E104入口分布器未發(fā)現(xiàn)其堵塞物，E101、E103、E106入口分布器堵塞嚴重，約50%的分布孔被堵塞，見圖5。

3、解決措施

依據(jù)換熱器管程入口分布器結(jié)構(gòu)和壓降產(chǎn)生原因，E101、E103、E106管程入口分布器由原始點狀圓孔結(jié)構(gòu)（見6）優(yōu)化為長圓孔結(jié)構(gòu)（見7）；改造后入口分布器流通截面積由原來0.1?m2提高至0.7?m2即流通面積提高7倍；E104管程入口分布器不作調(diào)整。

根據(jù)設(shè)備工藝介質(zhì)運行參數(shù)及優(yōu)化后設(shè)備結(jié)構(gòu)，利用Fluent軟件對換熱器入口分布器進行流體仿真分析，以滿足防堵塞、低壓損及優(yōu)化流體分布需求。因其E101、E103、E106換熱器介質(zhì)物性參數(shù)（見表2）、結(jié)構(gòu)特點相近，故選取苛刻度較高的E106作為核算樣本。圖8為E106管程入口分布器優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖及壓降分布云圖。由圖可知，原料介質(zhì)流經(jīng)分布器的進出口壓降約為原始開圓孔結(jié)構(gòu)的10%，其余兩臺壓降更小。

圖9為三種結(jié)構(gòu)管板入口截面處的流體分布云圖。由圖可知，原始開圓孔結(jié)構(gòu)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)相比無分布器流體分布效果均得到改善，改造前后兩種結(jié)構(gòu)均符合流體分布要求。

4、改造效果

改造后入口分布器于2018年投用，在氣相狀態(tài)下，換熱器管程系統(tǒng)壓降由改造前0.3?MPa降至改造后0.1?MPa，符合Fluent軟件對換熱器入口分布器進行流體仿真分析結(jié)果，見圖11。

2019年設(shè)備投用后，換熱器管程系統(tǒng)溫差未發(fā)生變化，說明分布器改造未對換熱存在影響，選取其中一臺E106換熱溫差變化進行分析，其它換熱器趨勢相同。

5、結(jié)論

針對換熱器管程系統(tǒng)壓降過高，對其堵塞原因進行分析，通過優(yōu)化E101、E103、E106入口分布器結(jié)構(gòu)，其流通截面積由0.1?m2提高至0.7?m2，降低了系統(tǒng)壓降，減少垢物于分布器的累積，優(yōu)化結(jié)果符合工藝的防堵塞、低壓損及優(yōu)化流場的需求，裝置長周期運行效果大幅提升，改造效果顯著。

參考文獻

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[4]余鏡湖，許佳貴.淺析渣油加氫高換壓降升高原因及對策，中國石化加氫科技情報站，2019：79-87.

作者簡介

孫玉柱，2017年畢業(yè)于華東科技大學化學工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)工作于中海石油寧波大榭石化設(shè)備管理崗位。工程師，研究石化設(shè)備方向。

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