蒸發(fā)式冷卻器在瓶級(jí)聚酯生產(chǎn)裝置中的應(yīng)用

張超奇，榮耀輝

（1.河南能源化工集團(tuán)安化公司，河南安陽(yáng) 455133；2.安陽(yáng)龍宇投資管理有限公司，河南安陽(yáng) 455133）

0 引 言

安陽(yáng)龍宇投資管理有限公司 （以下簡(jiǎn)稱安陽(yáng)龍宇）300kt／a聚酯生產(chǎn)裝置，采用中石油昆侖公司先進(jìn)的四釜聚酯技術(shù)和美國(guó)UOP公司的固相聚合技術(shù)，以精對(duì)苯二甲酸和乙二醇為主要原料生產(chǎn)瓶級(jí)聚酯切片。裝置于2012年10月開工建設(shè)，2013年11月機(jī)械竣工，2014年3月29日投料試車。目前裝置產(chǎn)能達(dá)到日產(chǎn)瓶級(jí)聚酯產(chǎn)品980t以上，運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到108%，實(shí)現(xiàn)了高負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)品品種有熱灌級(jí)、水瓶級(jí)、油瓶級(jí)、碳酸級(jí)瓶級(jí)聚酯產(chǎn)品，銷往哇哈哈、金龍魚、魯花、達(dá)利園、匯源等一線品牌企業(yè)。但300kt／a聚酯生產(chǎn)裝置在高負(fù)荷運(yùn)行的同時(shí)存在一個(gè)突出問題，那就是酯化聚合系統(tǒng)工藝塔塔頂氣相混合蒸氣冷凝配套4臺(tái)空冷器，正常生產(chǎn)時(shí)4臺(tái)空冷器必須全部運(yùn)行 （無(wú)備用設(shè)備），高溫季節(jié) （夏季）及一旦出現(xiàn)設(shè)備故障，將嚴(yán)重影響裝置的高負(fù)荷、安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。

1 瓶級(jí)聚酯生產(chǎn)裝置酯化系統(tǒng)的現(xiàn)狀

安陽(yáng)龍宇300kt／a瓶級(jí)聚酯裝置酯化聚合系統(tǒng)采用 “一頭兩尾”（“一頭兩尾”生產(chǎn)工藝，即漿料配制系統(tǒng)、一酯化系統(tǒng)為裝置共用，聚酯產(chǎn)能為300kt／a；一酯化系統(tǒng)往后則分為2條150kt／a生產(chǎn)線）形式建成，酯化氣回收系統(tǒng)共用1臺(tái)工藝塔，工藝塔精餾后塔頂酯化混合蒸氣溫度在100℃左右，冬季時(shí)大部分酯化混合蒸氣經(jīng)配套的4臺(tái)空冷器進(jìn)行冷卻，小部分經(jīng)換熱器與熱水換熱，熱水再供全廠辦公室、廠房取暖用，而在其他季節(jié)酯化混合蒸氣全部通過4臺(tái)空冷器進(jìn)行冷卻，冷卻得到的溫度45℃以下的酯化廢液一部分作為工藝塔回流液，另一部分送公用工程車間分別經(jīng)汽提塔、污水處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理合格后達(dá)標(biāo)排放，不凝氣則送熱媒爐燃燒。

生產(chǎn)過程中，酯化系統(tǒng)產(chǎn)生的酯化混合蒸氣進(jìn)入工藝塔進(jìn)行提純，底部采出提純后的乙二醇（EG），頂部采出酯化混合蒸氣 （酯化混合蒸氣主要組成：H2O＞98%、EG＜1%，微量乙醛及其他物質(zhì)），高負(fù)荷時(shí)其流量約14t／h，采出的酯化混合蒸氣由空冷器予以冷卻。

在空冷器內(nèi)，工藝塔塔頂來(lái)的酯化混合蒸氣走管程，經(jīng)翅片換熱管與風(fēng)機(jī)送來(lái)的冷風(fēng) （冷空氣）換熱，需控制凝液的溫度以滿足后續(xù)生產(chǎn)的需要。由于空冷器為露天安裝，長(zhǎng)期以來(lái)下雨時(shí)會(huì)導(dǎo)致翅片結(jié)垢以及灰塵等粘附于換熱器翅片上，影響空冷器的換熱效果；同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)空冷器余量考慮不足 （目前裝置運(yùn)行負(fù)荷超出設(shè)計(jì)負(fù)荷，實(shí)際負(fù)荷達(dá)108%），當(dāng)高負(fù)荷運(yùn)行、夏季高溫天氣或空冷器風(fēng)機(jī)檢修時(shí)，酯化混合蒸氣量較大，導(dǎo)致空冷器出口凝液溫度升高，酯化混合蒸氣無(wú)法得到有效冷卻，系統(tǒng)無(wú)法維持高負(fù)荷、安全、穩(wěn)定生產(chǎn)。

2 空冷器系統(tǒng)的前期優(yōu)化

2017年度，聚酯生產(chǎn)裝置700t／d負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，4臺(tái)空冷器全部投運(yùn)，據(jù)當(dāng)時(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，空冷器出口凝液溫度高達(dá)90℃以上 （正常運(yùn)行指標(biāo)為45℃以下），無(wú)法保證裝置的滿負(fù)荷運(yùn)行。為確保裝置的正常生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)采用了接消防水進(jìn)行強(qiáng)制降溫的方式，不僅造成大量水資源的浪費(fèi)，而且長(zhǎng)期大量澆水造成空冷器電機(jī)進(jìn)水損壞、皮帶打滑，空冷器運(yùn)行狀況變差，嚴(yán)重影響裝置的高負(fù)荷、長(zhǎng)周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)空冷器系統(tǒng)存在的上述問題，安陽(yáng)龍宇制定了臨時(shí)優(yōu)化方案：分別從酯化聚合系統(tǒng)5樓一次水管線碰頭配置DN80管線、從軟水高位槽進(jìn)水管線配置DN50管線至空冷器處，所配制的DN80一次水管線與DN50軟水管線之間增加聯(lián)通閥，在4臺(tái)空冷器上方配置DN25管線18根，每根管線上增加6個(gè)噴頭，噴頭間距0.5m，同時(shí)去4臺(tái)空冷器上方管線增加閥門，用于空冷器出口凝液溫度高時(shí)強(qiáng)制降溫，以維持裝置的滿負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)，還制定了相應(yīng)的防護(hù)措施：在4臺(tái)空冷器電機(jī)、皮帶上方增加防護(hù)罩，防止噴淋降溫時(shí)空冷器電機(jī)進(jìn)水受損及皮帶遇水打滑而影響空冷器換熱效果；將噴淋水通過臨時(shí)管線回收至一次水池再利用，避免水資源的浪費(fèi)。

空冷器系統(tǒng)經(jīng)過前期優(yōu)化后，投運(yùn)初期效果明顯，但隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，空冷器翅片換熱管表面結(jié)垢越來(lái)越嚴(yán)重，換熱效果明顯降低，不得不考慮進(jìn)行在線清洗，不僅產(chǎn)生較高的清洗費(fèi)用，而且清洗廢液處理難度較大。

3 空冷器系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化——增設(shè)蒸發(fā)式冷卻器

3.1 增設(shè)蒸發(fā)式冷卻器方案

針對(duì)空冷器系統(tǒng)采取臨時(shí)優(yōu)化措施后存在的問題，安陽(yáng)龍宇決定增設(shè)蒸發(fā)式冷卻器，以解決2個(gè)問題：一是停運(yùn)前期改造的噴淋系統(tǒng)，避免空冷器翅片換熱器結(jié)垢影響換熱效果；二是空冷器有備用設(shè)備，確保工藝操作有調(diào)整空間。而增設(shè)蒸發(fā)式冷卻器后可望達(dá)到的目標(biāo)有三：一是實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)空冷器至少有1臺(tái)備用設(shè)備；二是噴淋水強(qiáng)制降溫設(shè)施僅作為應(yīng)急備用；三是使裝置運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到970t／d以上，實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷、長(zhǎng)周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

具體方案為：蒸發(fā)式冷卻器安裝在酯化聚合系統(tǒng)5樓空冷器西側(cè)，在原酯化混合蒸氣管線預(yù)留DN450甩頭，采用不銹鋼管線將部分酯化混合蒸氣引入蒸發(fā)式冷卻器，同時(shí)利用現(xiàn)場(chǎng)一次水／軟水甩頭將一次水或軟水接入蒸發(fā)式冷卻器，以便對(duì)部分酯化混合蒸氣進(jìn)行冷卻，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)式冷卻器與4臺(tái)空冷器的并聯(lián)運(yùn)行，達(dá)到降低空冷器負(fù)荷的目的，以保持聚酯生產(chǎn)裝置的高負(fù)荷、安全、穩(wěn)定生產(chǎn)。增設(shè)蒸發(fā)式冷卻器后酯化混合蒸氣冷卻流程如圖1。

3.2 蒸發(fā)式冷卻器的工藝參數(shù)

增設(shè)的蒸發(fā)式冷卻器采用逆流型，以水和空氣為冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)與冷凝盤管內(nèi)的高溫酯化混合蒸氣進(jìn)行熱交換，利用管外部分水的蒸發(fā)帶走管內(nèi)高溫酯化混合蒸氣的熱量，使酯化混合蒸氣得到冷凝，滿足生產(chǎn)運(yùn)行需求。所增設(shè)的蒸發(fā)式冷卻器的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 增設(shè)蒸發(fā)式冷卻器后酯化混合蒸氣冷卻流程

表1 蒸發(fā)式冷卻器的主要技術(shù)參數(shù)

3.3 蒸發(fā)式冷卻器的投運(yùn)步驟

檢查并關(guān)閉蒸發(fā)式冷卻器水箱排污閥，開一次水補(bǔ)水閥，液位達(dá)到溢流口時(shí)，啟動(dòng)蒸發(fā)式冷卻器散熱風(fēng)機(jī)及循環(huán)水泵，水系統(tǒng)自循環(huán)24h；在水系統(tǒng)自循環(huán)確認(rèn)無(wú)問題后，開冷凝液回流閥，使蒸汽冷凝液至冷凝液收集槽管線暢通，并關(guān)閉沿路排放閥；之后緩慢開啟酯化混合蒸氣去蒸發(fā)式冷卻器的蝶閥開度至5%，運(yùn)行10min，中控觀察工藝塔、冷凝液槽工藝參數(shù)的變化情況；確認(rèn)無(wú)問題后，將酯化混合蒸氣去蒸發(fā)式冷卻器的蝶閥開至10%，運(yùn)行10min，工藝塔、冷凝液槽工藝參數(shù)運(yùn)行正常后，重復(fù)上述步驟，直至蝶閥全開。在此期間內(nèi)，據(jù)工藝塔運(yùn)行參數(shù)和冷凝液溫度情況逐步停運(yùn)空冷器噴淋水和空冷器風(fēng)機(jī)。

3.4 蒸發(fā)式冷卻器投運(yùn)后的工藝優(yōu)化

（1）蒸發(fā)式冷卻器投運(yùn)后，由于系統(tǒng)使用一次水進(jìn)行循環(huán)冷卻，運(yùn)行一定周期后，循環(huán)水硬度升高，容易導(dǎo)致冷卻器換熱管表面結(jié)垢，進(jìn)而影響冷卻效果。因此，每周對(duì)蒸發(fā)式冷卻器循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行1次水質(zhì)分析，每2周進(jìn)行1次置換，若水質(zhì)分析數(shù)據(jù)顯示蒸發(fā)式冷卻器循環(huán)水硬度較高，可加大置換頻次。

（2）蒸發(fā)式冷卻器投運(yùn)后，空冷器風(fēng)機(jī)為三開一備的運(yùn)行模式，按照要求每月15日組織對(duì)在運(yùn)風(fēng)機(jī)逐臺(tái)進(jìn)行常規(guī)檢查和潤(rùn)滑維護(hù)，確保風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況良好。

（3）空冷器風(fēng)機(jī)為4臺(tái) （2臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)、2臺(tái)定頻風(fēng)機(jī)），為確保工藝調(diào)整空間，正常生產(chǎn)時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式為2臺(tái)定頻風(fēng)機(jī)、1臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)，通過在運(yùn)定頻風(fēng)機(jī)負(fù)荷調(diào)整控制空冷器出口溫度；同時(shí)，當(dāng)蒸發(fā)式冷卻器出現(xiàn)故障時(shí)，中控可直接啟動(dòng)備用變頻風(fēng)機(jī)，避免生產(chǎn)裝置出現(xiàn)大的波動(dòng)。

4 蒸發(fā)式冷卻器投運(yùn)后的效益分析

蒸發(fā)式冷卻器投運(yùn)后，在高負(fù)荷、空冷器檢修、空冷器出口凝液溫度高時(shí)，通過蒸發(fā)式冷卻器運(yùn)行負(fù)荷調(diào)控空冷器出口溫度不超標(biāo)，保證了聚酯裝置的高負(fù)荷運(yùn)行，裝置產(chǎn)能可達(dá)970t／d以上，且各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)均在許可范圍內(nèi)。日清日結(jié)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，裝置高負(fù)荷運(yùn)行后，聚酯產(chǎn)量由700t／d提至970t／d時(shí)，公用綜合能耗攤薄，噸產(chǎn)品電耗由225kW·h降至198kW·h，噸產(chǎn)品水煤漿耗由160kg降至150kg，按電價(jià)0.7元／（kW·h）、水煤漿價(jià)格850元／t計(jì)，合計(jì)因節(jié)電和水煤漿消耗降低使噸產(chǎn)品制造成本下降27.4元 ［（225-198） ×0.7+ （160-150） ×850÷1000＝27.4元］，每日產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為970×27.4＝26578元。

5 結(jié)束語(yǔ)

蒸發(fā)式冷卻器投運(yùn)后，聚酯生產(chǎn)裝置實(shí)現(xiàn)了高負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均在許可范圍內(nèi)，且高負(fù)荷運(yùn)行期間水煤漿、電等主要原輔料的單耗明顯下降，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。但蒸發(fā)式冷卻器投運(yùn)后，所用一次水蒸發(fā)量較大，補(bǔ)水量高達(dá)5t／h，同時(shí)因一次水硬度高，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后蒸發(fā)式冷卻器易結(jié)垢，后期清理維護(hù)較困難。因此，下一步將考慮直接回收酯化混合蒸氣熱量制冷供用戶使用，即溴化鋰機(jī)組的應(yīng)用將是重點(diǎn)考慮的方向，如此更為經(jīng)濟(jì)。