高效換熱器在乙二醇精餾中的應(yīng)用

第第頁高效換熱器在乙二醇精餾中的應(yīng)用摘要：本文簡要介紹了波紋管管殼式換熱器在煤制乙二醇精餾中的應(yīng)用，分析了其原理、優(yōu)缺點及經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：換熱器;乙二醇;精餾;波紋管

新疆天業(yè)BDO-EG（1，4-丁二醇和乙二醇）項目是應(yīng)用先進的煤化工技術(shù)建成投產(chǎn)的高附加值煤基化學(xué)品裝置。經(jīng)過不斷的質(zhì)量提升和技術(shù)改造，目前新疆天業(yè)1，4-丁二醇和乙二醇產(chǎn)品質(zhì)量各項指標(biāo)都優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，下游應(yīng)用效果良好。

在BDO-EG項目初期運行的過程中，我們發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)管殼式換熱器在精餾工段運行中出現(xiàn)了裝置操作運行不穩(wěn)定、蒸汽能耗較高及換熱器設(shè)備泄漏導(dǎo)致停車等現(xiàn)象，造成了裝置無法長周期穩(wěn)定運行，生產(chǎn)經(jīng)濟效益降低等問題。根據(jù)裝置原有工藝設(shè)計參數(shù)，結(jié)合管殼式換熱器實際運行情況，經(jīng)過多次的技術(shù)論證，選用了新型的波紋管式換熱器替換傳統(tǒng)管殼式換熱器，在實際運行生產(chǎn)過程中取得了良好的應(yīng)用效果。

1傳統(tǒng)管殼式換熱器使用問題及解決措施

在乙二醇精餾單元中，精餾塔塔頂冷凝器（不銹鋼材質(zhì)）采用普通管殼式換熱器，在生產(chǎn)運行中我們發(fā)現(xiàn)，此換熱器下料溫度（回流液溫度）不易控制，下料溫度偏低，使得從精餾塔側(cè)線采出的乙二醇關(guān)鍵指標(biāo)產(chǎn)生較大波動。該設(shè)備在投入使用3個月后發(fā)生泄漏，被迫停車檢修，嚴重影響了全年的乙二醇生產(chǎn)計劃。通過對解體后的設(shè)備進行觀察和分析，在上管板接觸氣入口處有10余根列管焊縫被拉裂，如圖1。

不銹鋼設(shè)備本不容易被腐蝕，工藝物料沒有腐蝕性，但該工藝換熱溫差大，塔頂氣相溫度140℃，循環(huán)水溫度30℃。管壁與殼壁溫差較大，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，經(jīng)分析確定該換熱器設(shè)備產(chǎn)生泄漏的主要是換熱器換熱溫差大，部分冷卻水在上管板處直接被汽化，殼程汽蝕嚴重所致。

針對這一情況，公司立即組織專家論證會，經(jīng)論證后將此傳統(tǒng)換熱器更換為另一種新型高效換熱器，即波紋管換熱器。以波節(jié)管為例，其強化傳熱的機理如圖2。

通過材料結(jié)構(gòu)及流體力學(xué)分析，波紋管式換熱器具有以下特點：①強化傳熱換熱管是一種薄壁不銹鋼管經(jīng)過特殊加工，在表面形成波峰與波谷之間約10mm的波紋，內(nèi)外流體經(jīng)過波紋時產(chǎn)生強烈擾動，因而使傳動系數(shù)明顯提高。在汽水換熱中，傳熱系數(shù)可達到3500w/（m2?℃）。②減小溫差應(yīng)力，承受較高工作溫度差。由于換熱管采用波紋管，在溫差作用下，可以自由伸縮，本身具有很好的補償能力，有效減小殼體和管子由于膨脹系數(shù)差別所形成的溫差應(yīng)力，所以，不會出現(xiàn)因拉應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋和損壞。③不易結(jié)垢，減少流動阻力。由于波紋管管內(nèi)、外的流體產(chǎn)生強烈的擾動，而形成良好的沖刷，管壁上垢層不易形成。同時，由于波紋管內(nèi)、外表面曲率變化大，在溫差的作用下，可以自由伸縮，使污垢容易脫落，有自動除垢的能力。相應(yīng)減少運動中由于結(jié)垢所帶來的阻力增加。也正是因為波紋管的這種防垢能力，使他的高效傳熱保持長久不衰，也免除了傳統(tǒng)換熱器定期清洗的煩惱。

2使用情況

在未更換設(shè)備前，設(shè)備下料溫度只能維持在30℃，大大低于工藝設(shè)計溫度。因回流溫度過低，增加了塔釜蒸汽量消耗量，塔的操作負荷和壓降增大，進而導(dǎo)致塔釜溫度增高。由于乙二醇屬于多元醇，含有2個羥基，在高溫下分子間很容易脫水，生成大分子，造成再沸器結(jié)焦，塔釜結(jié)焦后不僅影響再沸器傳熱，關(guān)鍵是生成很多雜質(zhì)，嚴重影響優(yōu)等乙二醇品質(zhì)，如純度、水分、UV值等。連續(xù)運行3個月后，乙二醇產(chǎn)品品質(zhì)就無法滿足優(yōu)等乙二醇國標(biāo)，此時就需要停車處理，使用高壓清洗機清洗再沸器。每次停車2天，給公司帶來巨大的經(jīng)濟損失。

高效換熱器投入使用后，循環(huán)水回水溫度由30℃升至38℃，提高了換熱效率。設(shè)備由立式改為臥式，氣體進入冷卻器殼程，和換熱管管壁接觸面積瞬間變大，循環(huán)水在波紋管內(nèi)不存在局部高溫汽蝕現(xiàn)象，換熱更加均勻，提高了下料溫度。

精餾塔的回流液溫度從42℃提高到78℃，塔釜再沸器蒸汽由原來的7t/h減少到5t/h，乙二醇產(chǎn)品質(zhì)量未發(fā)生改變，產(chǎn)品品質(zhì)更加穩(wěn)定。在使用高效換熱器連續(xù)運行6個月后，檢查塔釜再沸器無結(jié)焦現(xiàn)象，究其原因是回流液溫度提高，塔釜溫度下降約10℃，乙二醇產(chǎn)品純度從原先的99.95%進一步提高到99.97%。由于采用了新型高效換熱器，大大提高了回流液溫度，遏制了精餾塔過度再沸問題，有效的解決了再沸器結(jié)焦問題，大大延緩再沸器結(jié)焦的速度，延長再沸器的使用壽命，使得裝置開工周期變長，進一步提高乙二醇產(chǎn)量，很好的完成了當(dāng)年的乙二醇生產(chǎn)計劃。

3經(jīng)濟效益

采用新型換熱器后，回流液溫度提高了近40℃，每小時節(jié)省1.5MPa蒸汽2噸，每年可節(jié)省14400噸蒸汽，每噸蒸汽按40元計算，全年可節(jié)約57.6萬元，再沸器清洗次數(shù)由每年4次減少到每年1次，由此增加裝置運行天數(shù)6天，每天乙二醇產(chǎn)量按180噸計算，乙二醇當(dāng)前市場價為7000元/噸，全年可增加銷售收入756萬元，經(jīng)濟效益顯著。

4結(jié)束語

綜上所述，乙二醇精餾裝置使用波紋管換熱器后，強化了傳熱