降膜式再沸器在EO/EG裝置提質(zhì)增效的應(yīng)用

陳 東，丁玉奎，梁 波，李少達(dá)，楊金祿

(中國石油獨(dú)山子石化分公司 乙烯二部，新疆 獨(dú)山子 833699)

新型降膜式蒸發(fā)器在石油、化工、冶金等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，因而具有巨大的潛在市場需求。由于國外技術(shù)對我國保密，之前國內(nèi)基本見不到國產(chǎn)的降膜蒸發(fā)器產(chǎn)品，石化企業(yè)依然只能使用進(jìn)口產(chǎn)品。如替代國外技術(shù)，可節(jié)省大量資金[1]。

獨(dú)山子石化公司乙烯廠乙二醇裝置采用SD(美國科學(xué)設(shè)計(jì)公司)技術(shù)，于1995年設(shè)計(jì)。裝置中乙二醇精制工段設(shè)有脫水塔(T-610)、MEG精餾塔(T-620)、MEG回流塔(T-630)、多乙二醇精餾塔(T-710)，每臺(tái)塔的塔底均設(shè)有再沸器以提供塔內(nèi)所需的熱量?，F(xiàn)年生產(chǎn)能力為5萬噸乙二醇，運(yùn)行8000小時(shí)，不論是熱虹吸式結(jié)構(gòu)形式再沸器還是強(qiáng)制循環(huán)結(jié)構(gòu)形式再沸器，導(dǎo)致物料在管內(nèi)停留時(shí)間相對較長，很容易在再沸器換熱管內(nèi)壁產(chǎn)生結(jié)焦與結(jié)垢現(xiàn)象。特別是E-610、E-620結(jié)焦較為嚴(yán)重，短則1～2個(gè)月，長則2～3個(gè)月就要清洗一次，早已無法滿足長周期生產(chǎn)要求。2019年公司大檢修，將乙二醇脫水塔及MEG精餾塔兩塔再沸器更換為降模式再沸器，目標(biāo)是降低蒸汽能耗，同時(shí)延長再沸器結(jié)焦周期。

1 降模式再沸器運(yùn)行基本狀況

從2019年10月開工至2021年7月，E-610/620已經(jīng)投用運(yùn)行22個(gè)月，其中因外部因素中間停工約4個(gè)月，實(shí)際運(yùn)行18個(gè)月，殼程壓力大多數(shù)時(shí)間維持在0.8～1.0MPa，兩再沸器高壓蒸汽用量均有不同程度減少，其他參數(shù)均正?？煽亍?020至2021年冬季，受原料原因停工期間，因防凍需要，EG物料在600#精餾系統(tǒng)長期自循環(huán)運(yùn)行，停留時(shí)間長。再次開工后，對E-620結(jié)焦?fàn)顩r影響較大，殼程壓力持續(xù)上升。裝置于2021年5月局部停工對E-620再沸器進(jìn)行蒸煮清焦，恢復(fù)效果較好。這是自降模式再沸器投用以來唯一一次清焦操作，超過延長清焦周期3倍的目標(biāo)。

2 再沸器運(yùn)行期間提質(zhì)增效狀況

根據(jù)公司工作安排，乙二醇裝置于2020年4月15日11∶00至4月18日11∶00對裝置進(jìn)行了考核標(biāo)定，乙二醇裝置4月9日開始從2850kg/h提乙烯負(fù)荷，4月14提乙烯負(fù)荷至4100kg/h，標(biāo)定期間維持4.1t/h乙烯負(fù)荷運(yùn)行，標(biāo)定期間增加中控及產(chǎn)品分析，保證乙二醇產(chǎn)品和二乙二醇產(chǎn)品持續(xù)合格，主要參數(shù)見表1。

表1 標(biāo)定前后600#、700#主要參數(shù)變化情況

在高負(fù)荷標(biāo)定期間，乙二醇裝置精制單元操作正常無波動(dòng)，單元處理量增加，T-610/620降膜式再沸器蒸汽量相比2.8t/h乙烯負(fù)荷時(shí)增加，T-630乙二醇回收量增加，T-630塔釜MEG含量維持在0.01%以下，遠(yuǎn)低于3%的設(shè)計(jì)值。

4.1t/h乙烯負(fù)荷下E-610/620降膜式再沸器節(jié)汽量計(jì)算，數(shù)據(jù)見表2所示。

表2 E-610/620再沸器蒸汽量改造前后對比表

表2數(shù)據(jù)顯示，在4.1t/h乙烯負(fù)荷下降膜式再沸器E-610/620較改造前相同工況共節(jié)省高壓蒸汽2t/h，超出完成節(jié)省1.5t/h的協(xié)議目標(biāo)值。

降膜蒸發(fā)器使用，可節(jié)省蒸汽2噸/小時(shí)，年可蒸汽1.6萬噸(按8000小時(shí)計(jì)算)，每噸蒸汽按170元計(jì)算，僅年節(jié)約高壓蒸汽產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益：

16000×170元=272萬元/年

兩套再沸器設(shè)備(3臺(tái)，或是2臺(tái))，投資總計(jì)在100萬元左右?，F(xiàn)場改造費(fèi)用包括地基、框架、管線等，以及不可估算費(fèi)用約為100萬元?？傎M(fèi)用預(yù)計(jì)200萬元(參考)。

投資回報(bào)率：200/272=0.73年(約9個(gè)月)

3 降模式再沸器在應(yīng)用中的問題及解決辦法

3.1 結(jié)焦轉(zhuǎn)移問題

與更換降模式再沸器之前相比，與再沸器相關(guān)聯(lián)的塔釜泵，再沸器強(qiáng)制循環(huán)泵，甚至再沸器流量控制調(diào)節(jié)閥，塔釜流量計(jì)，再沸器循環(huán)流量計(jì)孔板都不同程度出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，如圖1所示。主要表現(xiàn)在：

圖1 再沸器循環(huán)泵葉輪軸封結(jié)焦?fàn)顩r

(1)機(jī)泵入口過濾器不能完全擋住結(jié)焦顆粒，更多是黏糊狀結(jié)焦物使機(jī)泵葉輪不能正常工作。出現(xiàn)過只清理過濾器而使備用泵實(shí)際無法備用的現(xiàn)象。

(2)塔釜控制流量的調(diào)節(jié)閥及再沸器循環(huán)量控制調(diào)節(jié)閥逐漸開大至全開，無法調(diào)節(jié)流量。

(3)再沸器循環(huán)量流量計(jì)孔板結(jié)焦使循環(huán)流量出現(xiàn)假顯，使這個(gè)重要參數(shù)無法真實(shí)反映出來。

采取措施：

(1)對容易結(jié)焦的塔釜泵定期切換并用蒸汽凝液蒸煮的辦法進(jìn)行清焦。如干燥塔T-610塔釜泵，精餾塔T-620塔釜泵，干燥塔再沸器E-610強(qiáng)制循環(huán)泵G-611，精餾塔再沸器E-620強(qiáng)制循環(huán)泵G-626等。由更換降模式再沸器之前的每三個(gè)月切換一次，縮短到每一個(gè)月切換一次，每次切換后除必須清理入口過濾器外，還必須對泵體用蒸汽接膠管蒸煮24小時(shí)，確保備用泵備用正常。

(2)結(jié)焦后期，實(shí)際各塔釜泵，循環(huán)泵并不能堅(jiān)持一個(gè)月，此時(shí)必須加一重保障，對塔釜循環(huán)泵設(shè)定壓力。如班組巡回檢查時(shí)，G-611壓力低至0.46Mp，G-626壓力低至0.24Mp則必須切換并清理入口過濾器進(jìn)行蒸煮清焦。

(3)當(dāng)塔釜流量調(diào)節(jié)閥和強(qiáng)制循環(huán)調(diào)節(jié)閥異常結(jié)焦開大時(shí)，設(shè)定最高限位，及時(shí)對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行隔離蒸煮清焦。再沸器強(qiáng)制循環(huán)流量孔板結(jié)焦假顯時(shí)，以現(xiàn)場泵出口壓力表，調(diào)節(jié)閥開度及換熱器殼層壓力值來綜合判斷實(shí)際循環(huán)量。

3.2 實(shí)際操作對降模式再沸器的影響及對策

從E-620殼層壓力變化曲線來看，開停工過程及裝置負(fù)荷的頻繁變化對再沸器殼層壓力沖擊較大，每一次開停工和負(fù)荷變化都會(huì)使再沸器殼層壓力有所上升，影響到再沸器的使用周期。減少物料在系統(tǒng)中的停留時(shí)間，盡可能減少各塔塔釜不合格物料的重新回收回?zé)挕?/p>

控制乙二醇精餾塔塔釜較低的溫度，有利于控制再沸器殼層壓力的上升。但長久來看塔釜溫度不宜過低，過低的溫度會(huì)使更多的MEG由乙二醇分離塔返回前系統(tǒng)再重新進(jìn)料，使精餾塔進(jìn)料重組分增加。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)讓分離塔T-630因負(fù)荷過大，使二乙二醇成品餾出口S-739中乙二醇含量超標(biāo)。實(shí)際生產(chǎn)中，乙二醇精餾塔靈敏板溫度控制在145℃左右，塔釜組分中MEG含量在35%以下較為適宜。

盡可能穩(wěn)定乙烯負(fù)荷，避免負(fù)荷頻繁變化對生產(chǎn)影響調(diào)控氧化操作，減少酸、醛的生成，維持工藝水處理單元U-550的出水pH≥8,電導(dǎo)率≤8μs/cm，保持精制水水量對F-540水置換的工藝控制措施，減少鐵離子和其他雜質(zhì)累積，提高工藝水品質(zhì)。

強(qiáng)化U-550陰離子交換樹脂再生效果，提前跟蹤訂貨，每三個(gè)月更換U-550四個(gè)床層樹脂，保證在樹脂老化前能夠及時(shí)安排更換。

2021年5～6月，對T-620再沸器E-620唯一一次蒸煮清焦前后運(yùn)行對比分析，5月24日乙二醇裝置按計(jì)劃對T-620/E-620局部停工，進(jìn)行水蒸煮除焦。5月29日乙烯負(fù)荷提至4.1t/h穩(wěn)定運(yùn)行，E-620殼程壓力由1.8Mpa將至0.8MPa，較蒸煮前相同負(fù)荷工況降低1MPa，蒸煮除焦效果明顯，如圖2所示。

圖2 E-620蒸煮前后蒸汽耗量對比圖(4.1t/h乙烯工況)

從圖2可看出，E-620蒸煮后換熱效率提升明顯，E-620蒸汽耗量較蒸煮前相同工況降低約400kg/h。 按照高壓蒸汽單價(jià)170元/噸計(jì)算，月度高壓蒸汽成本將降低約4萬元。

查LIMS分析結(jié)果，2021年6月(E-620蒸煮后)T-620塔釜乙二醇含量為33.56wt%，較2020年5月(E-620蒸煮前)降低8.87wt%。

T-620塔釜乙二醇含量的降低，可降低乙二醇回收塔T-630操作負(fù)荷，T-630再沸器蒸汽耗量降低，如圖3所示。

圖3 E-620蒸煮前后T-630再沸器蒸汽耗量對比圖(4.1t/h乙烯工況)

從圖3可看出，因E-620蒸煮后T-630操作負(fù)荷降低，T-630再沸器蒸汽耗量較蒸煮前相同工況降低約50kg/h。 按照高壓蒸汽單價(jià)170元/噸計(jì)算，月度成本將降低0.55萬元。

再沸器結(jié)焦?fàn)顩r直接影響到蒸汽使用能耗。目前干燥塔再沸器E-610殼層壓力自更換以來始終控制在0.7～1.0Mpa平穩(wěn)正常，乙烯負(fù)荷4.1狀態(tài)下蒸汽用量保持在1.9～2.1之間穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。精餾塔再沸器E-620殼層壓力上升至1.2Mpa后，蒸汽用量由5.2t上升至約5.6t非常明顯。清焦后恢復(fù)正常。

當(dāng)再沸器出現(xiàn)結(jié)焦較為嚴(yán)重的階段，無特殊情況，不必勉強(qiáng)長時(shí)間維持運(yùn)行，及時(shí)清焦，降低運(yùn)行成本及操作難度，保持運(yùn)行平穩(wěn)也不失為一個(gè)更好的選擇。

4 結(jié)束語

采用國產(chǎn)降膜式再沸器結(jié)構(gòu)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的換熱器。從目前運(yùn)行18個(gè)月來看，能夠達(dá)到預(yù)期的技術(shù)與節(jié)能指標(biāo)，運(yùn)行情況良好：

1)設(shè)備傳熱效率提高30%以上；

2)節(jié)省多消耗蒸汽1.8噸/小時(shí)以上；

3)設(shè)備清洗周期比原來延長3倍以上。

但在使用過程中也出現(xiàn)結(jié)焦轉(zhuǎn)移，儀表失靈，殼層壓力異常上升等問題，給長周期運(yùn)行帶來了一定的困難。但實(shí)踐證明，只要及時(shí)分析原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，采取正確的應(yīng)對措施，出現(xiàn)的生產(chǎn)波動(dòng)問題都得到了控制和處理，保持了裝置的長周期平穩(wěn)生產(chǎn)。