超声波防除垢技术在烯烃装置的应用

第32卷第3期石油化工技术与经济016年6月Technology & Economics in Petrochemicals.43.超声波防除垢技术在烯烃装置的应用许金林(中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部，上海200540)摘要:分析了中国石化上海石油化工股份有限公司2"烯烃装置部分换热设备结垢的原因,并采用超声波防除垢技术在相应设备上进行了技术改造。结果表明:超声波防除垢技术有效延长了换热设备的运行周期，节省了循环水与蒸汽用量.达到了节能增效的目的。关键词:乙烯装置结垢换热设备超声波节能文章编号: 1674-1099 (2016)03 -0043-05中图分类号 :TB559文献标识码: A中国石化上海石油化工股份有限公司(以下行。当冷却能力下降时,通常通过加大通水量来简称上海石化)2"烯烃装置约有250台换热器,由保证冷却冷凝效果。循环水使用成本低,蓄热能于换热器使用的工况不同,有部分换热器在生产力强,是优良的冷质,但循环水在凉水、输送和使过程中出现了结焦和结垢情况，必须切出系统进用过程中,携带了大量添加剂、碱性离子、泥沙,甚行清洗。由于部分换热器使用时间较长，导致结至生长微生物细菌,这些都可以附着在设备管束垢较严重,不具备切出清洗的条件,换热效果明显上形成污垢。下降,已成为装置长周期运行的瓶颈问题;而部分每次大修时,从水源到用户,都进行了清洗更可以切出清洗的换热器,结垢造成清洗周期明显新(冷却水管路高压冲洗、局部更换),但随着运缩短,增加了检维修费用。行的时间加长,循环水的浓缩倍率增加,水中的杂质含量增加(1 ~3 mm钙镁离子垢、泥沙、微生物1换热设 备结垢情况分析黏泥等都对水质有影响)。如有管束发生泄漏，上海石化2"烯烃装置在生产过程中，各种换物料将进人循环水中,尤其是有机物料,为微生物热设备的运行能力对生产工艺至关重要,对装置的繁殖提供了养分,当这些微生物粘附在管束上的能耗和长周期安稳运行影响较大。以急冷水初时,形成氧浓差电池,发生电化学腐蚀,损坏设备，级冷却器E- EA2140A为例，其管束中积聚了黏同时有更多的物料进人循环水中参与循环,对整泥等杂质(其结垢情况见图1),影响换热效果和个系统的用水设备形成威胁。结垢对设备的威胁流通量。主要表现为:降低生产负荷、增加蒸汽消耗量、影响产品质量、增加循环水消耗、造成垢下腐蚀缩短设备使用寿命、额外增加了维护费用等。2换热器 结垢造成的损失分析生产过程中，换热器传热性能的优劣严重影响能源的使用效率和产品的产量,而影响换热器性能及寿命的关键问题就是污垢的存在。污垢是一种导热能力很低的物质,是热传导的主收稿日期:2016-03 -30。图1 E- EA2140A结垢情况作者简介:许金林，男,1964年出生,1986年毕业于上海冶金水冷器用循环水做冷却介质，带走物料的余高等专科学校热能利用专业,2003年毕业于华东理工大学工热，以满足物料的工艺要求,保证生产的安全运程管理专业,工程师，长期从事项目及设备管理工作。石油化工技术与经济第32卷第3期.44.Technology & Economics in Petrochemicals2016年6月要阻力。例如,铜的导热系数为393 W/MK,钢据进行对比,其因换热设备结垢造成的蒸汽消耗的导热系数为46 W/MK,而积垢的平均导热系见表1。数仅为0.93 W/MK,相差几十倍甚至上百倍。表1大修前后同时期的蒸汽消耗对比图2是污垢热阻随时间变化的数学模型。项目检修前检修后污垢热阻运行装置负荷100 614102 248中压燕汽135 18612 8377初始低压蒸汽14 6169 664清洗间隔一时间根据清洗前后统计数据对比可以看出:在装置的生产负荷变化不大的情况下,仅一-个季度,清图2污垢热阻随 时间变化的数学模型洗前比清洗后中压蒸汽多消耗6 809 t、低压蒸汽从图2可以看到:即使刚刚清除完结垢,一旦多消耗4952t。全年仅因换热设备结垢将多消设备开机运行,设备结垢就会继续,污垢热阻持续耗中压蒸汽6 809 x4=27236 t,低压蒸汽多消耗增加，直到严重到威胁正常生产时,再进行-一次检4952x4=19 808 t。修除垢。如此重复循环，使得设备在实际运行期2.2循环水 量增加间始终处于带垢作业状态。而由于换热器一- 直处换热设备带垢运行,换热效率下降,必须加于带垢运行状态，装置生产效率会随换热效率下大阀门开度,通过加大循环水用量来保障冷却降而降低,直至停机检修除垢。在整个生产运行效果过程中,由于换热设备带垢运行直接或间接造成2.3 耗电量增加装置能耗的增加、降负荷运行、产品产量的减少、该装置绝大部分的耗电量都用于进料泵、循环质量的下降等问题都比较明显。泵.回流泵、输送泵、风机和压缩机。在装置负荷-一通过对该装置在检修前后的数据以及现场定且满足工艺要求的前提下，它们的功率是恒定换热设备打开清洗时的结垢情况进行分析,该的,用电量也相差不大。该装置用电量增加主要是装置因换热设备结垢造成的各方面的损失如由于污垢造成的泵、换热设备和管线的流通阻力增下。大以及换热设备结垢后造成各单元操作的改变引2.1多 消耗中压及低压蒸汽起的,也就是说污垢间接的造成了装置在用电量方该装置的中压蒸汽通过丙烯压缩机的抽出汽面的增加。而获得,该蒸汽主要供给乙烯装置的裂解燃料油2.4额外增加清洗费用.汽提塔、中压蒸汽稀释蒸汽换热器、稀释蒸汽过大修期间换热设备清洗统计见表2。由表2热器脱戊烷塔再沸器、一段循环冷却器和开车加可以看出:因换热设备结垢仅清洗费用这项就高热器、二段进料加热器;低压蒸汽通过乙烯致冷压达257.5万元。缩机的抽出蒸汽透平来获得,或从用于急冷油冷表2大修期间换热设备清洗统计却器、来自中压蒸汽凝液闪蒸罐的闪蒸蒸汽以及换热器抽芯换热器清洗清洗费用合计/万元其他蒸汽透平排气获得,它主要用于工艺水汽提单元名称清洗数量/台总面积/m2 (抽芯清洗费用 60元/m2 )塔、轻烃进料、预热器、工艺水汽提塔再沸器、凝液汽提塔再沸器、凝液加热器、脱乙烷塔再沸器、炔裂解单元1316 516.299. 1分离单元21 367128.2反应器进料加热器、脱丙烷塔再沸器、脱丁烷塔再加氢单元5034. 730.2沸器、乙烯产品出料汽化器、丙二烯转化器出料冷却器、高压脱丙烷再沸器等。在中压、低压蒸汽缺合计1742917.9257. 5乏时,可以通过来自工厂的蒸汽总管来补充。该2.5增加更换管束费用装置中压和低压蒸汽主要通过各换热设备来传递大修期间换热设备更换统计见表3。由表3热量,一旦这些换热设备结垢，势必会造成中压和可以看出:因换热设备结垢更换管束费用高达低压蒸汽的消耗增加,根据大修前后同时期的数790.8万元。第3期(2016)许金林.超声波防除垢技术在烯烃装置的应用.45.表3大修期间换热设备更换统计波导底座,波导底座和换能器旋接;换热器更换换热 器质量更换费用(3)换能器通过高频电缆与超声波防除垢装单元名称数量/台/t合计/万元置主机相连,主机接220V电源。裂解单元60.8182.43.3 改造方案分离单元1190.2570.6.3.1 配置方案加氢单元根据每台换热器的设备参数、两侧介质的工合计15263. 6790.8艺条件、结垢物质的组成与结垢周期,对每台换热器进行超声波防除垢改造,主机型号为CMII-H3超声波防除垢技术的应用-06ZB,配备了中环信科超声波脉冲防(除)垢装针对部分结垢和结焦比较严重的换热设备采置软件VI. 0,设备具体配置情况见表4。用超声波防、除垢技术，以提高换热效率，降低能表4超声波防除垢设备配置耗、生产成本,解决装置长周期运行的瓶颈，实现设备名称位号主机数备注节能减排的目的。裂解气压缩机透平表面冷凝器E-EA-2703 6 固定管板3.1超声波 防除垢技术技术机理丙烯压缩机透平表面冷凝器E-EA-2704 6固定管板3.1.1机理乙烯压缩机透平表面冷凝器E-EA-2705 4固定管板污垢形成需要有两个必要条件:第一,要有垢急冷水初级冷却器E-EA-2140A 8 U 形管式质;第二,要有附着条件。超声波防除垢技术,是第二急冷水冷却器E-EA-2141A 7 U 形管式打破污垢的附着条件来阻止污垢的形成"。超裂解气三段后冷器E- EA-2230A浮头式声波脉冲震荡波在换热器管和板璧传播,在金属E-EA-2230B 5浮头式管、板壁和附近的液态介质之间产生高速微涡和低压脱丙烷塔再沸器E-EA-2260A 2固定管板剪切应力效应，破坏垢粒的附着条件,防止换热设高压脱丙烷塔再沸器E-EA-2258 2固定管板备在运行过程中结垢,提高换热设备的传热系数，3.3.2 实施方案降低并达到同样的工艺要求所需的能耗量,实现(1)主机安装节能目的。主机安装在换热设备管板对应位置附近的墙3.1.2优势壁或架构上。工作电源的电压为198 ~242 V,电超声波防除垢的技术优势如下:(1)可以实现在线连续防除垢,不影响生产;源电缆由配电箱接至超声波防、除垢装置的电源开关,电源的提供和安装由用户负责。(2)运行成本低，不需要人工操作;(3)采用纯物理方式,不损害、腐蚀设备,不(2)换能器安装每台主机控制一定数量的换能器,换能器的会污染环境,无水资源浪费;(4)使用介质广,适应设备多(管壳式换热分布位置见图3。器、板式换热器等等),防除垢彻底,全面覆盖换安装方法:将波导用手工电焊分别堆焊于换热器管板的外缘上,换能器通过螺纹连接拧固在热设备。波导上(见图4),如遇有障碍时,换能器安装位置3.2改造 内容加装超声波防除垢技术改造涉及2烯烃新可做适当调整。区400kt/a乙烯装置裂解气压缩机透平表面冷印~220V 3A器E-EA -2703等9台换热设备,改造过程包括换热设备调研、超声波防除垢设备配置方案设计、TTUT工程施工方案设计项目验收等阶段。改造后换热设备的特征如下:(1)换热器外部安装超声波防除垢设备,换热器整体工艺结构不改变; ;图3换能器分布位置示意(2)管板外部焊接超声波防除垢设备换能器石油化工技术与经济第32卷第3期. 46.Technology & Economics in Petrochemicals2016年6月接至主机纹咬边、夹渣未焊透、气孔等缺陷。波导的焊接由用户持证焊工来完成。换能器3.4应用效果3.4.1裂解气 压缩机表面冷凝器E - EA2703波导表5和表6分别为投用超声波除垢设备前后壳体冷却水出口阀门开度。由表5与表6对比可以看虽出:在投用超声波防除垢装置前为保证换热效果，需要调整冷却水出口阀门开度,在同样温差的情况下可以看出投用超声波除垢装置后,冷却水出图4换能器安装示意口开度较小，而出口开度直接影响到循环用量。(3)波导安装由此可见超声波除垢装置对于延长换热器运行周波导的焊接采用手工电弧焊接,焊缝不得有裂期及节约循环水用量起到一-定 的作用。表5E-EA2703投用超声波除垢设备前冷却水阀门开度项目.2011-10 2011-11 2011-12 2012 -012012-02 2012 -032012 -04冷却水进口温度/C2822:1823冷却水出口温度/C351324冷却水进出口温差/K6冷却水阀门开度/%100/65100/70100/70。100/100表6E-EA2703投用超声波除垢设备后冷却水阀门开度项目2013-10 2013-11 2013-12 2014 - 012014 -022014 -032014 - 0439293(423130100/503.4.2急冷水初级冷 却器E - EA2140A置后冷却水进出口温差明显增大,且随着使用时表7和表8分别是不同时间段采集的EA -间的延长，EA-2140A并没有出现换热效果变差2140A(安装了CMFG超声波防除垢装置)与EA的现象,而EA-2140B冷却水进出口温差逐渐减-2140B(未安装CMFG超声波防除垢装置)冷却小，说明换热器存在严重的结垢现象。这说明安水进出口温度数据。装CMFG超声波防除垢装置后显著改善换热器.表7EA-2140A冷却水进出口测温数据内结垢现象,延长了换热器的除垢周期，节约了维修成本。测试数据123456 7平均3.4.3高 压脱丙烷塔再沸器E- EA -2258高压脱丙烷塔再沸器E- EA -2258运行1832302832 31 31 33 31冷却水出口温度/C .504947494950 51 49个月的蒸汽单耗,2013年9月末投用超声波防除温差/K1819191718191818垢设备。投用超声波防除垢设备后,再沸器的蒸汽单耗维持在0.151 V/t 左右。而投用超声波防表8EA-2140B冷却水进出口测温数据除垢设备之前，再沸器的蒸汽单耗平均值为0.165 t。平均物料处理量为30. 8 t/h,则投用超声123467平均波防除垢设备后的7个月时间，共节约蒸汽为30.83330282829303330x(0. 165 -0.151) x24 x30x7=2173. 25 t。504644434444454517 161615151412154结论通过对比发现,安装CMFG超声波防除垢装(1)应用超声波防除垢技术后，解决了换热第3期(2016)许金林.超声波防除垢技术在烯烃装置的应用.47.设备带垢运行的问题,实现了换热设备在线防除数据对比，单位原料蒸汽发生量由之前的平均值垢,有效延长换热设备的使用周期。0.165/t降低至0.151Vt,在7个月的运行时间(2)有效防止换热设备结垢,提高换热器的里节约蒸汽2 173.25 t。换热效率，大幅度降低了水冷器的循环水用量。超声波防除垢技术可广泛应用于乙烯装置,以裂解气压缩机表面冷凝器E- EA2703为例,投针对换热过程中形成的循环水垢聚合物垢、油污用后7个月时间的数据监测，与前1年同时间段垢等，解决生产中各类换热设备结垢问题,促进乙作对比，可节约循环水1. 124 Mt。烯装置的安全长周期运行。(3)缓解了再沸器中污垢的形成，延长了使参考文献用周期,提高换热器换热效率,降低再沸器的蒸汽[1]国家发展 和改革委员会资源节约和环境保护司.国家重点耗量。以高压脱丙烷塔再沸器E- EA -2258为节能技术推广目录实施指南(第- - 册)[M].北京:中国财例,在投用后的7个月时间里,与上年同期的运行政经济出版社,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年以前乙烯市场温和而丙烯过剩在近期休斯敦召开的IHS世界石化会议上,基于IHS的经济预测,在未来五年内乙烯需IHS有关专家指出，全球乙烯和丙烯供需平衡的求应该是强劲的。假设全球乙烯项目都按照建设趋势是相反的。在未来几年中，乙烯市场将受到和启动计划进行,那么在2018年开工率将出现下供应短缺或需求增长的影响,乙烯需求可能走强，降,但启动时间存在不确定性。而丙烯市场则将应对过剩产能。2015年,亚洲和欧洲都保持了高开工率,由全球所有地区的公司都在努力决定是否投资于供应中断导致乙烯价格飙升,促使这两个地区建厂、投资对象及最佳投产时间,而且还须考量竞的利润率已接近历史高位。全球有太多的专产丙争对手是否在做相同的打算。烯装置正在建设之中。全球市场正处于丙烯“泛开工率是全球乙烯市场所面临的最关键问滥”状态,价格已经恶化到在所有地区处于弱势页。未来五年内，任何需求增加或供应中断都将地位。不过，市场在2018年将吸纳新的供应,并在最低程度上推动全球乙烯供应体系进入-一种不到2020年维持平衡。稳定状态,并很可能会陷入停滞局面。(中国石化有机原料科技情报中心站供稿)