变换工序开工加热器的改造

2017-08-09 05:55赵海卫
化工设计通讯 2017年8期
关键词:导气桐梓床层

赵海卫,陈 铭

(贵州赤天化桐梓化工有限责任公司,贵州桐梓 563200)

变换工序开工加热器的改造

赵海卫,陈 铭

(贵州赤天化桐梓化工有限责任公司,贵州桐梓 563200)

耐硫变换催化剂开车时必须进行升温、硫化,长期停车时则须氮气置换,在这些过程中,对热载体氮气的加热方式不同,能源利用率及经济效益存在着较大差异。因此,结合氮气加热器技术改造前后运行情况,从能源利用、经济效益方面作了比较。

变换;开工加热器;改造

贵州桐梓化工有限公司是一家利用桐梓当地无烟煤生产甲醇、合成氨和尿素的化工企业,前身为贵州金赤化工有限责任公司。气化装置采用以无烟煤煤为原料的GE水煤浆气化技术,装置配套3台φ3.2m、25.4m3/h的等径气化炉,两开一备,分别配置3台棒磨机和3套渣水处理系统,为30万t/a合成氨装置和30万t/a甲醇装置提供粗水煤气。合成氨装置气体变化采用耐硫钴钼催化剂,净化技术采用大连理工大学低温甲醇洗、液氮洗技术,氨合成采用卡萨利氨合成技术。

1 变换工艺升温流程简述

变换工序开车前,先要对变换催化剂进行升温。来自氮气管网6MPaG的氮气经加热器(E11)与2.5MPa的蒸汽进行换热,氮气加热至200℃后进入煤气过滤器(V2),再进入第一变换炉(R1)。出第一变换炉(R1)的氮气,再经中压蒸汽过热器(E2)与4.0MPa过热蒸汽进行换热,进入煤气预热器(E1)预热,再经过废锅(E3)旁路,进入第二变换炉(R2)中对第二变换炉(R2)进行升温,出R2的气体通过0.5MPa废锅Ⅰ(E4)被来自0.5MPa饱和蒸汽管网的蒸汽加热,进入第三变换炉(R3),出第三变换炉气体首先通过中压锅炉给水预热器(E5),再进入0.5MPa废锅Ⅱ(E6),然后进入第一水分离器(V3)分离出工艺冷凝液。未冷凝气体经分离后进入脱盐水加热器(E7)。变换气经第二水分离器(V4)分离出工艺冷凝液后,在变换气水冷器(E8)中用循环水冷却,送入第三水分离器(V2105)。

2 开工加热器对开车的影响

1)变换工序导气前,催化剂床层温度要升至催化剂活性温度之上,并且要比水煤气的露点温度高20~30℃,以防止催化剂泡水,造成催化剂使用寿命缩短。

2)变换工序在导气过程中需要配部分热氮气,防止变换工序导气过程中催化剂床层发生超温现象。

3)变换工序长期停车,为防止系统中的饱和水蒸气冷凝,造成催化剂泡水,需要对变换工序进行氮气置换。

4)事故状态下为了尽快对变换工序置换,需要加入热氮气对床层进行降温操作。

3 改造前氮气加热器存在的问题

1)原氮气加热器设计换热面积偏小,变换炉床层升温所需时间长,严重影响了开车进度,并且造成开车成本高。

2)原氮气加热器层程设计压力为2.2MPa,在变换工序导气过程中,当系统压力升至1.5MPa时,现场需要快速关闭截止阀,防止氮气加热器管程超压,不但加大了现场操作人员的劳动强度,同时操作不及时,容易造成变换炉催化剂床层超温,严重影响了催化剂的使用寿命。

3)变换工序停车,需要把系统压力泄压至2.0MPa以下才能对变换工序进行氮气置换,延长了变换工序氮气置换的时间。

4 氮气加热器的改造

气化车间有一台换热器(E12)长期未投用,管层设计压力8.0MPa,壳层设计压力3.0MPa,符合氮气加热器替换要求,变换工序氮气参数:压力6.0MPa,温度40℃,加热后温度209℃,流量20 000m3/h;蒸汽参数:压力2.5MPa,温度226℃,换热后发生相变温度215.06℃。根据以下计算:

式中Wh、Wc—热、冷流体的质量流量,kg/s;

Cpc—冷流体的平均质量定压热熔,J/(kg·℃);t1、t2—冷流体的进、出口温度,℃;

rh—饱和蒸汽的比汽化焓,J/kg。

换热器的热负荷:

式中A—换热器的传热面积,m2;

Δ tm—热、冷流体的平均温度差,也就是传热的总推动力,℃;

K—比例系数,称为传热系数,W/(m2·C)。

换热面积:

式中n—管数;

d—管径,m;

l—管长,m。

表1 新换热器参数

根据资料查得氮气的平均质量定压热熔为1.03J/(kg·℃),根据公式(1)算的要想把20 000m3/h的氮气从40℃加热到209℃所需2.5MPa的饱和蒸汽为2.58t/h,所需总热量为1 332kJ/h。根据公式(2)和(3)将新换热器的换热面积及材质得到传热系数,新换器的热负荷完全能够满足热量的要求。所以根据设备装配图和生产工艺情况得出评估报告。

4.1 工艺计算模拟结果

通过工艺计算模拟,设备管层通入氮气,壳层通入蒸汽,按照氮气放空量为20 000m3/h计算,该换热器消耗蒸汽量(2.5MPa饱和蒸汽)2.58t/h,氮气侧阻力降为64kPa,氮气出口温度209℃。如果需要更高的氮气温度,只需要加大蒸汽量。

4.2 设备符合性

(1)E12管层和壳直径分别为:DN250/DN250和DN150/ DN100,设计压力分别为:8.0MPa和3.0MPa,管层材质为304。

(2)由于E12比E11重近4t,需要对原基础进行改造。

(3)原设备接管尺寸分别为DN300和DN400,需要设置DN300/400变DN250大小头。

5 结束语

改造后系统升温时间由原来的12h左右,降到6h,提高了变换工序催化剂床层升温的效率;减小了现场工作人员的劳动效率;避免了导气过程中催化剂超温的风险;缩短了变换工序氮气置换的时间;原气化闲置的换热器E12得到了利用。

Mo d i f i c a t i o n o f S t a r t-u p H e a t e r i n C o n v e r s i o n P r o c e s s

Zhao Hai-wei,Chen Ming

The sulfur-tolerant shift catalyst must be heated and vulcanized,and the nitrogen is replaced in the long-term parking.In these processes,there are different heating methods for the heat carrier nitrogen,and the energy eff i ciency and economic eff i ciency are quite different.Nitrogen heater technology before and after the transformation of the operation,from the energy use,economic benef i ts were compared.

transformation;starting heater;transformation

TQ113.2

A

1003-6490(2017)08-0007-02

2017-06-03

赵海卫(1985—),男,河北石家庄人,助理工程师,主要从事调度管理工作。

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