費(fèi)托合成循環(huán)換熱分離器運(yùn)行中存在問題及技術(shù)改造

劉吉平+羅文保

摘 要：循環(huán)換熱分離器是費(fèi)托合成單元核心設(shè)備之一，它的運(yùn)行平穩(wěn)關(guān)系著整個費(fèi)托反應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，目前神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化項目處于生產(chǎn)試車階段，費(fèi)托合成1、2、3、4系列已投產(chǎn)，換熱器在實際運(yùn)行中與設(shè)計數(shù)據(jù)存在一定差異，換熱效果差、產(chǎn)物分離不徹底等，已影響到裝置長周期運(yùn)行，針對當(dāng)前工況進(jìn)行分析，確定解決思路。各系列停車進(jìn)行技改，達(dá)到換熱分離效果。

關(guān)鍵詞：費(fèi)托合成；循環(huán)換熱分離器；產(chǎn)物分離

中圖分類號：TS224 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0046-02

引言

400萬噸/年煤制油項目費(fèi)托合成反應(yīng)循環(huán)換熱分離器是費(fèi)托合成單元核心設(shè)備之一，換熱器內(nèi)件由ZIEPACK（阿法拉伐）制造，換熱器分離殼體由大連金重制造；煤炭間接液化項目油品合成裝置費(fèi)托合成單元循環(huán)換熱分離器，起著回收油氣熱量，提高反應(yīng)循環(huán)氣溫度，降低裝置能耗的作用，它的運(yùn)行平穩(wěn)關(guān)系著整個費(fèi)托反應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。

在實際運(yùn)行中，因分離效果差，造成后系統(tǒng)換熱分離效果差，重質(zhì)油及蠟中夾帶水，造成安全隱患。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡介

循環(huán)換熱分離器為立式布置，上端部分為換熱功能模塊，下端部分為分離模塊，換熱模塊、分離模塊在兩個壓力容器圓殼內(nèi)。整體設(shè)備將換熱功能、高溫油氣氣液分離功能融為一體。

換熱功能——板殼式高效換熱，采用波紋板傳熱元件；油氣分離功能——高效TP板分離元件。

主要技術(shù)參數(shù)：殼體規(guī)格尺寸Φ3800×11250，板束規(guī)格尺寸Φ3200＼3600×13900，熱側(cè)流道寬度≥10mm，熱側(cè)流速15-20m/s。

循環(huán)換熱分離器工藝原理：費(fèi)托反應(yīng)器產(chǎn)高溫油氣從循環(huán)換熱分離器頂部進(jìn)口進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部板式換熱器殼程，循環(huán)壓縮機(jī)來循環(huán)氣從設(shè)備側(cè)面進(jìn)口進(jìn)入內(nèi)部板式換熱器管程，在板式換熱器完成逆向流換熱，高溫油氣被冷卻后再進(jìn)入到設(shè)備下部分離器完成氣液分離，高溫油氣溫度控制由循環(huán)氣流量來調(diào)節(jié)。

寧煤項目循環(huán)換熱分離器為了節(jié)省設(shè)備投資和空間，把換熱器和分離器二合一，合并設(shè)計為循環(huán)換熱分離器。其分離原理為：經(jīng)過循環(huán)換熱分離器上部板束式換熱器被冷卻的高溫油（液）氣進(jìn)入到下部分離器，氣體高速流動在碰到折流半環(huán)后，被冷凝下來的液體減速后已不具備折流的所需動能，這時自身的重力作用使得小的液滴沿著分離器板壁流入分離器下部收集槽，而未完全分離的在經(jīng)過分離器兩側(cè)的擴(kuò)壓分離時進(jìn)一步分離，這里主要利用油氣的速度差、密度差進(jìn)行分離。

2 設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行存在問題

2.1 設(shè)計參數(shù)與當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)對比

從上面參數(shù)可以看出，參數(shù)偏離比較大的主要為冷側(cè)介質(zhì)出口溫度，較設(shè)計值偏低，熱側(cè)介質(zhì)出口溫度，較設(shè)計值偏高。通過以下溫度趨勢圖可以進(jìn)一步觀察。

2.2 冷熱介質(zhì)進(jìn)出口溫度曲線

2.3 目前運(yùn)行存在問題

（1）循環(huán)換熱分離器在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)熱側(cè)介質(zhì)進(jìn)出口

阻力將達(dá)到200kPa，遠(yuǎn)大于設(shè)計值的<100kPa

壓差一方面和系統(tǒng)負(fù)荷有關(guān)，負(fù)荷越高，壓差越大；另外一方面和循環(huán)換熱分離器換熱板束堵塞情況有關(guān)，堵塞現(xiàn)象越嚴(yán)重，壓差越大。從現(xiàn)場檢修情況來看，底部分離器絲網(wǎng)被催化劑嚴(yán)重堵塞，也是造成壓降升高的主要原因，部分設(shè)備已變形損壞，無法繼續(xù)使用。

（2）循環(huán)換熱分離器底部分離器分離效果差

按設(shè)計院設(shè)計要求，換熱器熱側(cè)出口溫度控制在125℃，系統(tǒng)反應(yīng)生產(chǎn)的水在循環(huán)換熱分離器內(nèi)以氣相存在，同輕質(zhì)油氣進(jìn)入空冷進(jìn)行冷卻，油水在油水分離器進(jìn)行分離，目前在使用中發(fā)現(xiàn)，重質(zhì)油帶水嚴(yán)重，占50%以上，輕質(zhì)油帶重質(zhì)油，冬季試車嚴(yán)重時造成管線堵塞，大量含水重質(zhì)油進(jìn)入汽提，由于水的汽化潛熱大，汽化時帶走大量熱量，造成汽提塔熱量不平衡，塔底經(jīng)常溫度波動，低溫時夾帶一部分水進(jìn)入后系統(tǒng)常壓儲罐造成突沸，存在嚴(yán)重安全隱患。

（3）換熱器熱側(cè)出口溫度偏高

從換熱器出口溫度可以看出比設(shè)計溫度高出20℃，主要原因一方面是堵塞造成換熱效率下降，另一方面設(shè)備在檢修時發(fā)現(xiàn)上部換熱器包邊撕裂損壞，造成氣體走短路致使換熱效果變差。

（4）進(jìn)入換熱器油氣夾帶催化劑

從現(xiàn)場檢修及重油中取樣可以看出，進(jìn)入換熱器油氣夾帶催化劑非常嚴(yán)重，現(xiàn)場取樣重油呈黑色，催化劑含量在200-300ppm，設(shè)計要求小于100ppm，大量催化劑造成底部分離器堵塞。

3 改進(jìn)措施

受循環(huán)換熱分離器影響，單臺費(fèi)托反應(yīng)器無法達(dá)到設(shè)計要求，實現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行，決定對費(fèi)托合成反應(yīng)各系列停車檢修，針對以上運(yùn)行存在問題，制定如下改造方案。

3.1 反應(yīng)器頂部旋風(fēng)分離器進(jìn)氣口及降液管進(jìn)行改造

費(fèi)托反應(yīng)器頂部設(shè)計10個旋風(fēng)分離器，其主要目的是將頂部出口高溫油氣中夾帶的催化劑顆粒進(jìn)行分離，氣相從頂部流出，分離出的固體顆?；胤磻?yīng)器內(nèi)部。

經(jīng)設(shè)計院核算將費(fèi)托合成反應(yīng)器頂部旋風(fēng)分離器入口一半進(jìn)行封堵，增大進(jìn)氣側(cè)壓差，提高分離效果，減少反應(yīng)器頂部油氣夾帶催化劑量；旋風(fēng)分離器降液管在反應(yīng)器40米位置，正常生產(chǎn)時反應(yīng)器液位控制在40米，起不到液封作用，將降液管降至反應(yīng)器30米位置。

3.2 循環(huán)換熱分離器內(nèi)部檢查，底部分離器絲網(wǎng)拆除，對損壞部件進(jìn)行加固

原設(shè)計分離器為絲網(wǎng)+多孔板+TP板+多孔板，在實際運(yùn)行中因油氣夾帶催化劑，造成絲網(wǎng)堵塞，壓差變大，造成分離設(shè)備損壞，分離效果變差。

經(jīng)與相關(guān)設(shè)備廠家溝通對分離器進(jìn)行改造，改為多孔板1+高效TP板+多孔板2，取消原設(shè)計絲網(wǎng)，為提高設(shè)備分離效果，并將高效TP板增加一倍，縮小板間隙。

多孔板1：帶100mm折邊，開孔尺寸Φ20，開孔率65%；TP板：規(guī)格200x1410x2140mm；多孔板2：帶50mm折邊，開孔尺寸Φ30，開孔率50%。采用螺栓與槽形框架外表面連接固定。

因板式換熱器冷熱側(cè)進(jìn)出口溫差大，造成板式換熱器包邊撕裂損壞，在檢修過程中，對包邊進(jìn)行加固。

3.3 循環(huán)換熱分離器增加旁路，提高換熱器底部產(chǎn)物溫度

原設(shè)計熱側(cè)出口溫度為120℃，受平衡分壓及水的飽和蒸汽壓影響，部分水析出，原循環(huán)換熱分離器冷側(cè)旁路設(shè)計為DN350，通量少，新增加DN400旁路管線，將熱側(cè)出口溫度提高至140℃，重質(zhì)油中水含量明顯減少。

3.4 輕質(zhì)油分離器及壓縮機(jī)入口分液罐進(jìn)行檢查，損壞部件進(jìn)行加固

停車檢修對分離器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)分離器內(nèi)氣體分布器、降液管都有不同程度的損壞，對設(shè)備內(nèi)件進(jìn)行加固。

3.5 將重質(zhì)油改至反吹氣加熱器加熱，提高重質(zhì)油溫度

將重質(zhì)油改至反費(fèi)托合成反應(yīng)重質(zhì)油加熱器，通過2.8MPa蒸汽對重質(zhì)油進(jìn)行加熱，提高進(jìn)汽提塔重質(zhì)油溫度。

3.6 進(jìn)汽提塔重質(zhì)油加熱器更換，提高換熱效率

將原重質(zhì)油加熱器更換為較高換熱面積換熱器，利用停車檢修機(jī)會已更換，重質(zhì)油溫度由原來110℃提高至210℃，汽提塔穩(wěn)定重質(zhì)油及穩(wěn)定蠟已無明顯水。

4 結(jié)束語

通過以上改造，裝置運(yùn)行已得到好轉(zhuǎn)，單臺費(fèi)托反應(yīng)器達(dá)到設(shè)計值滿負(fù)荷運(yùn)行（進(jìn)氣量達(dá)到35萬Nm3/h），運(yùn)行比較穩(wěn)定。汽提系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計值。

此次改造在400萬噸煤制油項目得到了很好應(yīng)用，對同行業(yè)煤制油項目設(shè)備技改有一定的指導(dǎo)意義。

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