玉門(mén)煉化常減壓裝置空氣預(yù)熱器改造及優(yōu)化

尤興華，李小東，張 霖

（中石油玉門(mén)油田公司煉油化工總廠，甘肅玉門(mén)735200）

中石油玉門(mén)油田煉油化工總廠常減壓蒸餾裝置于1997年8月建成投產(chǎn)，年處理量為250萬(wàn)t。裝置應(yīng)用常壓爐和減壓爐為原料提供熱能，均采用箱式爐結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷分別為25.87MW 和11.02MW，熱效率90%。加熱爐余熱回收系統(tǒng)用煙氣將空氣加熱到240℃左右，分兩路通過(guò)風(fēng)道分別進(jìn)入常壓爐和減壓爐燃燒器，供火嘴燃料燃燒用。常壓爐、減壓爐各對(duì)流室排出的大約300~390℃煙氣，經(jīng)過(guò)加熱爐頂部匯集煙道進(jìn)入空氣預(yù)熱器與空氣換熱，煙氣溫度降到170℃，被引風(fēng)機(jī)抽出送到常壓爐煙囪上部排入大氣。

隨著裝置多年的生產(chǎn)運(yùn)行，原設(shè)計(jì)中的熱管式空氣預(yù)熱器體現(xiàn)出排煙溫度高、預(yù)熱效果不佳。導(dǎo)致加熱爐能耗增加，而加熱爐的能耗占整個(gè)常減壓裝置總能耗約70%~80%[1]，提高加熱爐效率一直是節(jié)能工作的中重點(diǎn)。因此2010年裝置對(duì)加熱爐空氣預(yù)熱器進(jìn)行了改造。并于2011年和2013年對(duì)加熱爐空氣預(yù)熱系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化改造，現(xiàn)在加熱爐熱效率一直穩(wěn)定保持在92.5%以上，對(duì)裝置的節(jié)能減排做出了明顯貢獻(xiàn)（見(jiàn)圖1）。

圖1 裝置近年空氣預(yù)熱器平穩(wěn)率統(tǒng)計(jì)Fig.1 Qualified-rate statistics of air preheater

1 復(fù)合式空氣預(yù)熱器改造

針對(duì)本裝置加熱爐特點(diǎn)，裝置通過(guò)對(duì)多種加熱爐空氣預(yù)熱器進(jìn)行對(duì)比分析，最終采用了擾流子-熱管-搪瓷管的復(fù)合式空氣預(yù)熱器[2]。

1.1 高溫段擾流子空氣預(yù)熱器

擾流子空預(yù)器是在普通管式空預(yù)器的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)發(fā)展的新型空預(yù)器。主要是在換熱管內(nèi)增設(shè)了擾流子，可有效強(qiáng)化冷、熱側(cè)傳熱，提高流體的擾動(dòng)，破壞管內(nèi)邊界層，提高管內(nèi)換熱系數(shù)，降低管壁工作溫度，有利于換熱管的換熱。

高溫段擾流子空預(yù)器主要由鋼結(jié)構(gòu)、擾流管原件組成?？諝庾吖軆?nèi)，煙氣走管外。擾流管一端與管板焊接，另一端與管板不焊，使用填料密封結(jié)構(gòu)。這樣既滿足了設(shè)備的密封要求，又不限制擾流管的熱膨脹。由于高溫段沒(méi)有露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，采用擾流子空預(yù)器可以徹底解決熱管式空預(yù)器超溫失效、爆管等缺陷，確?？疹A(yù)器常長(zhǎng)周期、高效運(yùn)行。

1.2 中溫段熱管空氣預(yù)熱器

熱管是一種具有高傳熱性能的傳熱元件，它通過(guò)密閉真空管殼內(nèi)工作介質(zhì)的相變潛熱來(lái)傳遞熱量，其傳熱性能類似于超導(dǎo)體導(dǎo)電性能，因此，它具有傳熱能力大，傳熱效率高的特點(diǎn)。

熱管空氣預(yù)熱器主要由殼體、熱管元件及冷、熱流體進(jìn)出接口組成。殼體是一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)件，中間由管板分隔，煙氣、空氣在管板兩側(cè)流動(dòng)。殼體的上頂和下底及側(cè)面設(shè)有保溫層。設(shè)計(jì)中熱管采用傾斜布置，安裝時(shí)有12℃的傾角，煙氣采用垂直流向，容易帶走積灰，防止因積灰造成的換熱效果下降。

1.3 低溫段搪瓷管空氣預(yù)熱器

搪瓷管空氣預(yù)熱器在預(yù)熱器煙氣進(jìn)口燒制一種高耐磨搪瓷專用涂層，取消了金屬套管，加大了空氣流通面積，降低了煙氣流速，從而使磨損減輕。同時(shí)在煙氣出口處燒制搪瓷涂層，徹底解決低溫腐蝕，而且由于搪瓷表面光滑，不容易產(chǎn)生積灰，減少了預(yù)熱器堵塞。搪瓷管具有耐酸堿腐蝕、耐煙氣沖刷、抗飛灰磨損、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。由于搪瓷材料耐低溫腐蝕，因此，可以將加熱爐排煙溫度可降至130℃以下，提高余熱利用率，減少燃料消耗。普通鋼管空氣預(yù)熱器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后由于積灰等原因，造成換熱效果大大降低。而搪瓷管表面光滑，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不積灰，換熱效果基本不變[3]。

搪瓷管空氣預(yù)熱器主要由殼體和搪瓷管組成?？諝庾吖軆?nèi)，煙氣走管外。使用不銹鋼膨脹節(jié)將管板與殼程密封，這樣既滿足了設(shè)備的密封要求又不限制搪瓷管的熱膨脹。

2 使用效果評(píng)價(jià)

2010年加熱爐空氣預(yù)熱器改造完成投用后達(dá)到了預(yù)期效果（見(jiàn)表1），空氣預(yù)熱器排煙溫度由改造前的166℃降低至117℃。熱效率由89.1%提高至92.6%。此次改造取得了較好的效果。改造后加熱爐的余熱回收系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，效果明顯，對(duì)煙氣熱量的利用率大幅增加，減少了熱量的損耗。

表1 常減壓裝置加熱爐運(yùn)行典型數(shù)據(jù)Tab.1 Typical data of furnace of crude oil unit

雖然改造后空氣預(yù)熱器的運(yùn)行取得了很好的效果，但是在后期運(yùn)行中逐漸顯現(xiàn)出部分問(wèn)題。如在投用3個(gè)月后2011年1月空氣預(yù)熱器出現(xiàn)了明顯的下降。經(jīng)過(guò)分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)搪瓷管段出現(xiàn)明顯泄漏。在整改完成后加熱爐運(yùn)行平穩(wěn)，但與改造完成初期的加熱爐熱效率92.6%相比，仍存在差距，且呈現(xiàn)出繼續(xù)下降的趨勢(shì)。裝置借助2013年大檢修的時(shí)機(jī)，對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行了徹底的檢查維護(hù)，維護(hù)后空氣預(yù)熱器運(yùn)行平穩(wěn)，熱效率一直維持在92.5%以上。

3 問(wèn)題及整改措施

3.1 搪瓷段熱管破裂

在2011年4月由于空氣預(yù)熱器的熱效率出現(xiàn)明顯下降，經(jīng)過(guò)對(duì)空氣預(yù)熱器各段煙氣取樣進(jìn)行分析，判斷為搪瓷管段發(fā)生泄漏，需進(jìn)行更換。在將空氣預(yù)熱器打開(kāi)維護(hù)中發(fā)現(xiàn)低溫搪瓷管表面搪瓷破壞嚴(yán)重，損壞的搪瓷管腐蝕嚴(yán)重導(dǎo)致空氣進(jìn)入煙氣系統(tǒng)，造成煙氣中氧含量升高。

搪瓷管雖然具有耐腐蝕的特點(diǎn)，可以將露點(diǎn)腐蝕溫度降低。但是搪瓷預(yù)熱器的缺點(diǎn)就是易脆，若有搪瓷脫落腐蝕會(huì)加速。在2010年安裝過(guò)程中，未充分考慮到這一問(wèn)題，可能在運(yùn)輸、安裝過(guò)程中，由于震動(dòng)、磕碰等原因造成搪瓷脫落，對(duì)空氣預(yù)熱器的高效運(yùn)行造成了影響。因此，在此次檢修中特別對(duì)運(yùn)輸條件作出了要求，在運(yùn)輸中將搪瓷管分別進(jìn)行包裹，并且對(duì)運(yùn)輸及安裝人員進(jìn)行了培訓(xùn)，最大程度的保證搪瓷管的完整性。

由于搪瓷管搪瓷表面會(huì)有空點(diǎn)，熱膨脹后會(huì)造成脫瓷。而玉門(mén)所處緯度高，晝夜溫差大，在更換、存放過(guò)程中難以避免，因溫度大幅變化造成的搪瓷脫落。因此在搪瓷管更換完畢后，裝置優(yōu)化操作，將排煙溫度由設(shè)計(jì)的110℃，提高到135~140℃防止搪瓷管搪瓷脫漏后造成的對(duì)金屬管的腐蝕。確?？諝忸A(yù)熱器搪瓷管段的高效平穩(wěn)運(yùn)行。

3.2 熱管段泄漏問(wèn)題

搪瓷管段更換完畢后，空氣預(yù)熱器的熱效率雖然提高到了91.5%以上，但是與改造初期的92.6%仍然存在有一定差距。初步判斷為由于熱管有12°的傾角（圖2），因此，對(duì)熱管密封面和管板的安裝要求較高。在2010年的安裝過(guò)程中未考慮到此因素，導(dǎo)致密封面出現(xiàn)泄漏，發(fā)生漏風(fēng)現(xiàn)象。

圖2 熱管連接傾角Fig.2 Dip of heat pipe connection

在2013年的檢修維護(hù)中將所有熱管都抽出并吊在地面上，對(duì)密封面進(jìn)行了清理，并更換了所有盤(pán)根。回裝到距離密封管板300mm時(shí)，在熱管密封盤(pán)根上涂上了耐高溫密封膠，增加了熱管密封面和管板的密封效果。對(duì)安裝人員提前進(jìn)行安裝培訓(xùn)，對(duì)安裝過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)督指導(dǎo)，保證安裝過(guò)程平穩(wěn)，密封完好。

檢修完畢空氣預(yù)熱器投用后，加熱爐熱效率提高到了92.5%，達(dá)到了改造要求，且在持續(xù)的監(jiān)控中，表現(xiàn)出了運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)，自2013年9月檢修完畢后加熱爐熱效率一直維持在92.5%左右。

3.3 露點(diǎn)腐蝕

復(fù)合式空氣預(yù)熱器在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了由于排煙溫度低會(huì)造成預(yù)熱器末端露點(diǎn)腐蝕，因此，對(duì)其末端底部采取了輔料澆筑的方法，以避免露點(diǎn)腐蝕的影響。但是在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，由于引風(fēng)機(jī)與預(yù)熱器連接部需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試安裝，安裝完成后單獨(dú)對(duì)連接部進(jìn)行輔料澆筑，若后期澆筑效果不好存在較多孔隙，導(dǎo)致煙氣中的酸性凝液通過(guò)孔隙下滲對(duì)設(shè)備造成腐蝕。

裝置利用2013年檢修時(shí)機(jī)，對(duì)泄漏部位進(jìn)行封堵，對(duì)鋼板進(jìn)行加固加厚處理，對(duì)內(nèi)部填料進(jìn)行二次澆注，保證設(shè)備的密封性，提高空氣預(yù)熱器工作效率。

4 小結(jié)

通過(guò)改造及后期維護(hù)整改，加熱爐目前運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)均有大幅好轉(zhuǎn)。并且通過(guò)多次設(shè)備維護(hù)和操作優(yōu)化，根據(jù)裝置操作特點(diǎn)最終確定運(yùn)行參數(shù)。

2013年維護(hù)完成后加熱爐總出口熱效率保持在92.5%以上，此次改造取得了很好的效果。引風(fēng)機(jī)的變頻控制閥位開(kāi)度由原先的114減低到75了，引風(fēng)機(jī)電流降低了20A；爐膛煙氣所含氧含量為4%，2011年檢修前幾乎為0%；CO含量明顯下降；爐出口溫度正常，兩爐未出現(xiàn)正壓，負(fù)壓值正常。裝置能耗由改造前的10.70降低到現(xiàn)在的10.50以下，改造后比改造前兩爐共減少燃料用量187kg·h-1，全年節(jié)省瓦斯1.54×106kg。

表2 2013年常減壓裝置加熱爐化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)Tab.2 Analysis data of furnace

雖然改造維護(hù)后空氣預(yù)熱器還是存在微量泄漏（表2），主要原因一是高溫?cái)_流子段東端換熱器管板焊接，西端采用石棉帶軟密封，導(dǎo)致西端密封存在微量泄漏，二是中間熱管的密封面，由于存在12度的傾角，無(wú)法達(dá)到100%密封。這兩個(gè)問(wèn)題將在以后的檢維修過(guò)程中進(jìn)行解決。

［1］馬秉騫.煉油設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2003.189-190.

［2］陳國(guó)英.常減壓車(chē)間空氣預(yù)熱器的改造［J］.石油化工設(shè)計(jì)，2001，18（4）:40-42.

［3］趙艷玲，付玉生，劉宗強(qiáng).搪瓷管重型空氣預(yù)熱器在常減壓的應(yīng)用［J］.齊魯石油化工，2011，39（2）:149-151.