超聲波防除垢技術(shù)在烯烴裝置的應用

第32卷第3期石油化工技術(shù)與經(jīng)濟016年6月Technology & Economics in Petrochemicals.43.超聲波防除垢技術(shù)在烯烴裝置的應用許金林(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海200540)摘要:分析了中國石化上海石油化工股份有限公司2"烯烴裝置部分換熱設備結垢的原因,并采用超聲波防除垢技術(shù)在相應設備上進(jìn)行了技術(shù)改造。結果表明:超聲波防除垢技術(shù)有效延長(cháng)了換熱設備的運行周期，節省了循環(huán)水與蒸汽用量.達到了節能增效的目的。關(guān)鍵詞:乙烯裝置結垢換熱設備超聲波節能文章編號: 1674-1099 (2016)03 -0043-05中圖分類(lèi)號 :TB559文獻標識碼: A中國石化上海石油化工股份有限公司(以下行。當冷卻能力下降時(shí),通常通過(guò)加大通水量來(lái)簡(jiǎn)稱(chēng)上海石化)2"烯烴裝置約有250臺換熱器,由保證冷卻冷凝效果。循環(huán)水使用成本低,蓄熱能于換熱器使用的工況不同,有部分換熱器在生產(chǎn)力強,是優(yōu)良的冷質(zhì),但循環(huán)水在涼水、輸送和使過(guò)程中出現了結焦和結垢情況，必須切出系統進(jìn)用過(guò)程中,攜帶了大量添加劑、堿性離子、泥沙,甚行清洗。由于部分換熱器使用時(shí)間較長(cháng)，導致結至生長(cháng)微生物細菌,這些都可以附著(zhù)在設備管束垢較嚴重,不具備切出清洗的條件,換熱效果明顯上形成污垢。下降,已成為裝置長(cháng)周期運行的瓶頸問(wèn)題;而部分每次大修時(shí),從水源到用戶(hù),都進(jìn)行了清洗更可以切出清洗的換熱器,結垢造成清洗周期明顯新(冷卻水管路高壓沖洗、局部更換),但隨著(zhù)運縮短,增加了檢維修費用。行的時(shí)間加長(cháng),循環(huán)水的濃縮倍率增加,水中的雜質(zhì)含量增加(1 ~3 mm鈣鎂離子垢、泥沙、微生物1換熱設 備結垢情況分析黏泥等都對水質(zhì)有影響)。如有管束發(fā)生泄漏，上海石化2"烯烴裝置在生產(chǎn)過(guò)程中，各種換物料將進(jìn)人循環(huán)水中,尤其是有機物料,為微生物熱設備的運行能力對生產(chǎn)工藝至關(guān)重要,對裝置的繁殖提供了養分,當這些微生物粘附在管束上的能耗和長(cháng)周期安穩運行影響較大。以急冷水初時(shí),形成氧濃差電池,發(fā)生電化學(xué)腐蝕,損壞設備，級冷卻器E- EA2140A為例，其管束中積聚了黏同時(shí)有更多的物料進(jìn)人循環(huán)水中參與循環(huán),對整泥等雜質(zhì)(其結垢情況見(jiàn)圖1),影響換熱效果和個(gè)系統的用水設備形成威脅。結垢對設備的威脅流通量。主要表現為:降低生產(chǎn)負荷、增加蒸汽消耗量、影響產(chǎn)品質(zhì)量、增加循環(huán)水消耗、造成垢下腐蝕縮短設備使用壽命、額外增加了維護費用等。2換熱器 結垢造成的損失分析生產(chǎn)過(guò)程中，換熱器傳熱性能的優(yōu)劣嚴重影響能源的使用效率和產(chǎn)品的產(chǎn)量,而影響換熱器性能及壽命的關(guān)鍵問(wèn)題就是污垢的存在。污垢是一種導熱能力很低的物質(zhì),是熱傳導的主收稿日期:2016-03 -30。圖1 E- EA2140A結垢情況作者簡(jiǎn)介:許金林，男,1964年出生,1986年畢業(yè)于上海冶金水冷器用循環(huán)水做冷卻介質(zhì)，帶走物料的余高等專(zhuān)科學(xué)校熱能利用專(zhuān)業(yè),2003年畢業(yè)于華東理工大學(xué)工熱，以滿(mǎn)足物料的工藝要求,保證生產(chǎn)的安全運程管理專(zhuān)業(yè),工程師，長(cháng)期從事項目及設備管理工作。石油化工技術(shù)與經(jīng)濟第32卷第3期.44.Technology & Economics in Petrochemicals2016年6月要阻力。例如,銅的導熱系數為393 W/MK,鋼據進(jìn)行對比,其因換熱設備結垢造成的蒸汽消耗的導熱系數為46 W/MK,而積垢的平均導熱系見(jiàn)表1。數僅為0.93 W/MK,相差幾十倍甚至上百倍。表1大修前后同時(shí)期的蒸汽消耗對比圖2是污垢熱阻隨時(shí)間變化的數學(xué)模型。項目檢修前檢修后污垢熱阻運行裝置負荷100 614102 248中壓燕汽135 18612 8377初始低壓蒸汽14 6169 664清洗間隔一時(shí)間根據清洗前后統計數據對比可以看出:在裝置的生產(chǎn)負荷變化不大的情況下,僅一-個(gè)季度,清圖2污垢熱阻隨 時(shí)間變化的數學(xué)模型洗前比清洗后中壓蒸汽多消耗6 809 t、低壓蒸汽從圖2可以看到:即使剛剛清除完結垢,一旦多消耗4952t。全年僅因換熱設備結垢將多消設備開(kāi)機運行,設備結垢就會(huì )繼續,污垢熱阻持續耗中壓蒸汽6 809 x4=27236 t,低壓蒸汽多消耗增加，直到嚴重到威脅正常生產(chǎn)時(shí),再進(jìn)行-一次檢4952x4=19 808 t。修除垢。如此重復循環(huán)，使得設備在實(shí)際運行期2.2循環(huán)水 量增加間始終處于帶垢作業(yè)狀態(tài)。而由于換熱器一- 直處換熱設備帶垢運行,換熱效率下降,必須加于帶垢運行狀態(tài)，裝置生產(chǎn)效率會(huì )隨換熱效率下大閥門(mén)開(kāi)度,通過(guò)加大循環(huán)水用量來(lái)保障冷卻降而降低,直至停機檢修除垢。在整個(gè)生產(chǎn)運行效果過(guò)程中,由于換熱設備帶垢運行直接或間接造成2.3 耗電量增加裝置能耗的增加、降負荷運行、產(chǎn)品產(chǎn)量的減少、該裝置絕大部分的耗電量都用于進(jìn)料泵、循環(huán)質(zhì)量的下降等問(wèn)題都比較明顯。泵.回流泵、輸送泵、風(fēng)機和壓縮機。在裝置負荷-一通過(guò)對該裝置在檢修前后的數據以及現場(chǎng)定且滿(mǎn)足工藝要求的前提下，它們的功率是恒定換熱設備打開(kāi)清洗時(shí)的結垢情況進(jìn)行分析,該的,用電量也相差不大。該裝置用電量增加主要是裝置因換熱設備結垢造成的各方面的損失如由于污垢造成的泵、換熱設備和管線(xiàn)的流通阻力增下。大以及換熱設備結垢后造成各單元操作的改變引2.1多 消耗中壓及低壓蒸汽起的,也就是說(shuō)污垢間接的造成了裝置在用電量方該裝置的中壓蒸汽通過(guò)丙烯壓縮機的抽出汽面的增加。而獲得,該蒸汽主要供給乙烯裝置的裂解燃料油2.4額外增加清洗費用.汽提塔、中壓蒸汽稀釋蒸汽換熱器、稀釋蒸汽過(guò)大修期間換熱設備清洗統計見(jiàn)表2。由表2熱器脫戊烷塔再沸器、一段循環(huán)冷卻器和開(kāi)車(chē)加可以看出:因換熱設備結垢僅清洗費用這項就高熱器、二段進(jìn)料加熱器;低壓蒸汽通過(guò)乙烯致冷壓達257.5萬(wàn)元?？s機的抽出蒸汽透平來(lái)獲得,或從用于急冷油冷表2大修期間換熱設備清洗統計卻器、來(lái)自中壓蒸汽凝液閃蒸罐的閃蒸蒸汽以及換熱器抽芯換熱器清洗清洗費用合計/萬(wàn)元其他蒸汽透平排氣獲得,它主要用于工藝水汽提單元名稱(chēng)清洗數量/臺總面積/m2 (抽芯清洗費用 60元/m2 )塔、輕烴進(jìn)料、預熱器、工藝水汽提塔再沸器、凝液汽提塔再沸器、凝液加熱器、脫乙烷塔再沸器、炔裂解單元1316 516.299. 1分離單元21 367128.2反應器進(jìn)料加熱器、脫丙烷塔再沸器、脫丁烷塔再加氫單元5034. 730.2沸器、乙烯產(chǎn)品出料汽化器、丙二烯轉化器出料冷卻器、高壓脫丙烷再沸器等。在中壓、低壓蒸汽缺合計1742917.9257. 5乏時(shí),可以通過(guò)來(lái)自工廠(chǎng)的蒸汽總管來(lái)補充。該2.5增加更換管束費用裝置中壓和低壓蒸汽主要通過(guò)各換熱設備來(lái)傳遞大修期間換熱設備更換統計見(jiàn)表3。由表3熱量,一旦這些換熱設備結垢，勢必會(huì )造成中壓和可以看出:因換熱設備結垢更換管束費用高達低壓蒸汽的消耗增加,根據大修前后同時(shí)期的數790.8萬(wàn)元。第3期(2016)許金林.超聲波防除垢技術(shù)在烯烴裝置的應用.45.表3大修期間換熱設備更換統計波導底座,波導底座和換能器旋接;換熱器更換換熱 器質(zhì)量更換費用(3)換能器通過(guò)高頻電纜與超聲波防除垢裝單元名稱(chēng)數量/臺/t合計/萬(wàn)元置主機相連,主機接220V電源。裂解單元60.8182.43.3 改造方案分離單元1190.2570.6.3.1 配置方案加氫單元根據每臺換熱器的設備參數、兩側介質(zhì)的工合計15263. 6790.8藝條件、結垢物質(zhì)的組成與結垢周期,對每臺換熱器進(jìn)行超聲波防除垢改造,主機型號為CMII-H3超聲波防除垢技術(shù)的應用-06ZB,配備了中環(huán)信科超聲波脈沖防(除)垢裝針對部分結垢和結焦比較嚴重的換熱設備采置軟件VI. 0,設備具體配置情況見(jiàn)表4。用超聲波防、除垢技術(shù)，以提高換熱效率，降低能表4超聲波防除垢設備配置耗、生產(chǎn)成本,解決裝置長(cháng)周期運行的瓶頸，實(shí)現設備名稱(chēng)位號主機數備注節能減排的目的。裂解氣壓縮機透平表面冷凝器E-EA-2703 6 固定管板3.1超聲波 防除垢技術(shù)技術(shù)機理丙烯壓縮機透平表面冷凝器E-EA-2704 6固定管板3.1.1機理乙烯壓縮機透平表面冷凝器E-EA-2705 4固定管板污垢形成需要有兩個(gè)必要條件:第一,要有垢急冷水初級冷卻器E-EA-2140A 8 U 形管式質(zhì);第二,要有附著(zhù)條件。超聲波防除垢技術(shù),是第二急冷水冷卻器E-EA-2141A 7 U 形管式打破污垢的附著(zhù)條件來(lái)阻止污垢的形成"。超裂解氣三段后冷器E- EA-2230A浮頭式聲波脈沖震蕩波在換熱器管和板璧傳播,在金屬E-EA-2230B 5浮頭式管、板壁和附近的液態(tài)介質(zhì)之間產(chǎn)生高速微渦和低壓脫丙烷塔再沸器E-EA-2260A 2固定管板剪切應力效應，破壞垢粒的附著(zhù)條件,防止換熱設高壓脫丙烷塔再沸器E-EA-2258 2固定管板備在運行過(guò)程中結垢,提高換熱設備的傳熱系數，3.3.2 實(shí)施方案降低并達到同樣的工藝要求所需的能耗量,實(shí)現(1)主機安裝節能目的。主機安裝在換熱設備管板對應位置附近的墻3.1.2優(yōu)勢壁或架構上。工作電源的電壓為198 ~242 V,電超聲波防除垢的技術(shù)優(yōu)勢如下:(1)可以實(shí)現在線(xiàn)連續防除垢,不影響生產(chǎn);源電纜由配電箱接至超聲波防、除垢裝置的電源開(kāi)關(guān),電源的提供和安裝由用戶(hù)負責。(2)運行成本低，不需要人工操作;(3)采用純物理方式,不損害、腐蝕設備,不(2)換能器安裝每臺主機控制一定數量的換能器,換能器的會(huì )污染環(huán)境,無(wú)水資源浪費;(4)使用介質(zhì)廣,適應設備多(管殼式換熱分布位置見(jiàn)圖3。器、板式換熱器等等),防除垢徹底,全面覆蓋換安裝方法:將波導用手工電焊分別堆焊于換熱器管板的外緣上,換能器通過(guò)螺紋連接擰固在熱設備。波導上(見(jiàn)圖4),如遇有障礙時(shí),換能器安裝位置3.2改造 內容加裝超聲波防除垢技術(shù)改造涉及2烯烴新可做適當調整。區400kt/a乙烯裝置裂解氣壓縮機透平表面冷印~220V 3A器E-EA -2703等9臺換熱設備,改造過(guò)程包括換熱設備調研、超聲波防除垢設備配置方案設計、TTUT工程施工方案設計項目驗收等階段。改造后換熱設備的特征如下:(1)換熱器外部安裝超聲波防除垢設備,換熱器整體工藝結構不改變; ;圖3換能器分布位置示意(2)管板外部焊接超聲波防除垢設備換能器石油化工技術(shù)與經(jīng)濟第32卷第3期. 46.Technology & Economics in Petrochemicals2016年6月接至主機紋咬邊、夾渣未焊透、氣孔等缺陷。波導的焊接由用戶(hù)持證焊工來(lái)完成。換能器3.4應用效果3.4.1裂解氣 壓縮機表面冷凝器E - EA2703波導表5和表6分別為投用超聲波除垢設備前后殼體冷卻水出口閥門(mén)開(kāi)度。由表5與表6對比可以看雖出:在投用超聲波防除垢裝置前為保證換熱效果，需要調整冷卻水出口閥門(mén)開(kāi)度,在同樣溫差的情況下可以看出投用超聲波除垢裝置后,冷卻水出圖4換能器安裝示意口開(kāi)度較小，而出口開(kāi)度直接影響到循環(huán)用量。(3)波導安裝由此可見(jiàn)超聲波除垢裝置對于延長(cháng)換熱器運行周波導的焊接采用手工電弧焊接,焊縫不得有裂期及節約循環(huán)水用量起到一-定 的作用。表5E-EA2703投用超聲波除垢設備前冷卻水閥門(mén)開(kāi)度項目.2011-10 2011-11 2011-12 2012 -012012-02 2012 -032012 -04冷卻水進(jìn)口溫度/C2822:1823冷卻水出口溫度/C351324冷卻水進(jìn)出口溫差/K6冷卻水閥門(mén)開(kāi)度/%100/65100/70100/70。100/100表6E-EA2703投用超聲波除垢設備后冷卻水閥門(mén)開(kāi)度項目2013-10 2013-11 2013-12 2014 - 012014 -022014 -032014 - 0439293(423130100/503.4.2急冷水初級冷 卻器E - EA2140A置后冷卻水進(jìn)出口溫差明顯增大,且隨著(zhù)使用時(shí)表7和表8分別是不同時(shí)間段采集的EA -間的延長(cháng)，EA-2140A并沒(méi)有出現換熱效果變差2140A(安裝了CMFG超聲波防除垢裝置)與EA的現象,而EA-2140B冷卻水進(jìn)出口溫差逐漸減-2140B(未安裝CMFG超聲波防除垢裝置)冷卻小，說(shuō)明換熱器存在嚴重的結垢現象。這說(shuō)明安水進(jìn)出口溫度數據。裝CMFG超聲波防除垢裝置后顯著(zhù)改善換熱器.表7EA-2140A冷卻水進(jìn)出口測溫數據內結垢現象,延長(cháng)了換熱器的除垢周期，節約了維修成本。測試數據123456 7平均3.4.3高 壓脫丙烷塔再沸器E- EA -2258高壓脫丙烷塔再沸器E- EA -2258運行1832302832 31 31 33 31冷卻水出口溫度/C .504947494950 51 49個(gè)月的蒸汽單耗,2013年9月末投用超聲波防除溫差/K1819191718191818垢設備。投用超聲波防除垢設備后,再沸器的蒸汽單耗維持在0.151 V/t 左右。而投用超聲波防表8EA-2140B冷卻水進(jìn)出口測溫數據除垢設備之前，再沸器的蒸汽單耗平均值為0.165 t。平均物料處理量為30. 8 t/h,則投用超聲123467平均波防除垢設備后的7個(gè)月時(shí)間，共節約蒸汽為30.83330282829303330x(0. 165 -0.151) x24 x30x7=2173. 25 t。504644434444454517 161615151412154結論通過(guò)對比發(fā)現,安裝CMFG超聲波防除垢裝(1)應用超聲波防除垢技術(shù)后，解決了換熱第3期(2016)許金林.超聲波防除垢技術(shù)在烯烴裝置的應用.47.設備帶垢運行的問(wèn)題,實(shí)現了換熱設備在線(xiàn)防除數據對比，單位原料蒸汽發(fā)生量由之前的平均值垢,有效延長(cháng)換熱設備的使用周期。0.165/t降低至0.151Vt,在7個(gè)月的運行時(shí)間(2)有效防止換熱設備結垢,提高換熱器的里節約蒸汽2 173.25 t。換熱效率，大幅度降低了水冷器的循環(huán)水用量。超聲波防除垢技術(shù)可廣泛應用于乙烯裝置,以裂解氣壓縮機表面冷凝器E- EA2703為例,投針對換熱過(guò)程中形成的循環(huán)水垢聚合物垢、油污用后7個(gè)月時(shí)間的數據監測，與前1年同時(shí)間段垢等，解決生產(chǎn)中各類(lèi)換熱設備結垢問(wèn)題,促進(jìn)乙作對比，可節約循環(huán)水1. 124 Mt。烯裝置的安全長(cháng)周期運行。(3)緩解了再沸器中污垢的形成，延長(cháng)了使參考文獻用周期,提高換熱器換熱效率,降低再沸器的蒸汽[1]國家發(fā)展 和改革委員會(huì )資源節約和環(huán)境保護司.國家重點(diǎn)耗量。以高壓脫丙烷塔再沸器E- EA -2258為節能技術(shù)推廣目錄實(shí)施指南(第- - 冊)[M].北京:中國財例,在投用后的7個(gè)月時(shí)間里,與上年同期的運行政經(jīng)濟出版社,2012.Application of Ultrasonic Anti - fouling Technology in the Olefin PlantXu Jinlin( Olefin Division, SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.，Ltd. Shanghai 200540)ABSTRACTThe causes of fouling of some heat - exchange equipment in 2" olefin plant of SINOPEC ShanghaiPetrochemical Co.，Ltd. were analyzed, and technical reconstruction was made on the relevant equipmentwith ultrasonic anti - fouling technology. Result showed that the ultrasonic anti - fouling technology couldeffctively extend the operation period of heat - exchange equipment, save the amount of circulating water andsteam so as to achieve the purpose of energy efficiency.Keywords :ethylene plant ，fouling, heat - exchange equipment, ultrasonie, energy saving2018年以前乙烯市場(chǎng)溫和而丙烯過(guò)剩在近期休斯敦召開(kāi)的IHS世界石化會(huì )議上,基于IHS的經(jīng)濟預測,在未來(lái)五年內乙烯需IHS有關(guān)專(zhuān)家指出，全球乙烯和丙烯供需平衡的求應該是強勁的。假設全球乙烯項目都按照建設趨勢是相反的。在未來(lái)幾年中，乙烯市場(chǎng)將受到和啟動(dòng)計劃進(jìn)行,那么在2018年開(kāi)工率將出現下供應短缺或需求增長(cháng)的影響,乙烯需求可能走強，降,但啟動(dòng)時(shí)間存在不確定性。而丙烯市場(chǎng)則將應對過(guò)剩產(chǎn)能。2015年,亞洲和歐洲都保持了高開(kāi)工率,由全球所有地區的公司都在努力決定是否投資于供應中斷導致乙烯價(jià)格飆升,促使這兩個(gè)地區建廠(chǎng)、投資對象及最佳投產(chǎn)時(shí)間,而且還須考量競的利潤率已接近歷史高位。全球有太多的專(zhuān)產(chǎn)丙爭對手是否在做相同的打算。烯裝置正在建設之中。全球市場(chǎng)正處于丙烯“泛開(kāi)工率是全球乙烯市場(chǎng)所面臨的最關(guān)鍵問(wèn)濫”狀態(tài),價(jià)格已經(jīng)惡化到在所有地區處于弱勢頁(yè)。未來(lái)五年內，任何需求增加或供應中斷都將地位。不過(guò)，市場(chǎng)在2018年將吸納新的供應,并在最低程度上推動(dòng)全球乙烯供應體系進(jìn)入-一種不到2020年維持平衡。穩定狀態(tài),并很可能會(huì )陷入停滯局面。(中國石化有機原料科技情報中心站供稿)