缠绕管式换热器在连续重整装置中的应用

刘 洋

(中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部，上海200540)

工业化应用

缠绕管式换热器在连续重整装置中的应用

刘 洋

(中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部，上海200540)

介绍了中国石化上海石油化工股份有限公司1 000 kt/a 3#连续重整装置在缠绕管式换热器的应用情况，并对装置的经济效益进行分析。应用结果表明：在采用新型换热器后，装置的3.5 MPa蒸汽和燃料气消耗量减少，同时产品结构得到优化，提高了主产品氢气和重整汽油的产率以及重整汽油的辛烷值；能耗降低，产品质量提高，增加了企业的经济效益。

连续重整 缠绕管换热器 能耗 重整汽油 经济效益

在连续重整中，混合进料换热器的形式对产品结构和经济效益有重要影响。传统的混合进料换热器采用板壳式换热器，但由于板片厚度小、可靠性差，无论是国产还是进口的板壳式换热器均易损坏，增加装置的生产成本和维护成本。缠绕管式换热器使用安全可靠，具备优良的传热工艺性能，又具有耐高温、耐高压、抗波动等特点，是连续重整装置中较为理想的高效、高可靠性的设备，在石油化工行业中逐步得到广泛应用。

中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)芳烃部3#连续重整装置(简称3#重整)设计规模为1 000 kt/a，采用国产板壳式换热器，生产高辛烷值重整汽油。装置于2012年10月开车，由于国产板壳式换热器容易损坏，影响装置的正常运转，因此于2015年9月装置大修期间将板壳式换热器更换成缠绕管换热器，此后换热器一直运行稳定，蒸汽和燃料气消耗量整体呈下降趋势，为装置降低能耗，提高产品质量，增加企业经济效益做出重要贡献。

1 缠绕管式换热器结构及特点

1.1 设备结构

缠绕管式换热器由绕管芯体和壳体及其接管组成(如图1所示)，其中芯体结构较复杂，由中心筒、换热管、垫条及管卡等组成。换热管紧密地绕在中心筒上，用平垫条及异形垫条分隔，以保证管子之间的横向和纵向间距，垫条与管子之间用管卡固定连接，换热管与管板采用强度焊加贴胀的连接结构，中心筒在制造中起支承作用，因而要求有一定的强度和刚度。壳体由筒体和封头等组成。氢气由循环氢入口进入换热器，原料重石脑油自油入口进入换热器后与氢气混合，通过分配盘使油气得到充分的混合后进入换热管[1]。

图1 缠绕管式换热器结构

1.2 设备特点[2]

(1)缠绕式换热器具有结构紧凑、单位容积和传热面积较大的特点，单位容积传热面积是普通换热器的2倍以上，管径为8～21 mm的传热管，每立方米容积的传热面积可达100～170 m2。而普通列管式换热器每立方米容积的传热面积只有54～77 m2，只有绕管式换热器的45%左右。

(2)缠绕式换热器层与层之间换热管反向缠绕，这种特殊结构极大地改变了流体流动状态，形成强烈的湍流效果，因此提高了换热因子，减小了传热面积，以最少的材料达到最佳的换热效果；同时压降和换热因子形成了最佳组合关系，以最小的压降达到最好的换热效果即高效换热。

(3)由于换热器独特的螺旋缠绕结构，介质在换热管束中停留更长时间，换热更加充分，故冷热介质温度端差小。

(4)缠绕管结构避免了大型管箱等大型锻件的生产加工，降低了主要材料因生产厂家少、生产能力不足等导致的长周期，从而有效缩短整个设备的制造周期；设备质量小，占地少，配管简单，安装检修便捷，设备投资相对较低。

2 缠绕管式换热器的工业应用

2.1 装置工艺概况

混合进料换热器E-3201是3#重整装置中的一台关键设备，其作用是将来自预加氢装置的精制石脑油和重整循环氢压缩机K-3201的循环氢在换热器冷端充分混合后与重整反应产物进行换热。换热后的精制石脑油和氢气经四合一加热炉F-3201～F-3204继续加热到反应温度后,进入重整反应器R-3201～R-3204，在催化剂作用下进行反应。反应产物经过后续的再接触分离、精馏分离得到主产品氢气和重整汽油。副产品重整碳六、液化气和戊烷。

2.2 缠绕式换热器主要参数

两种换热器的设备参数见表1。

表1 缠绕管式换热器与板式换热器的设备参数

2.3 应用情况

2.3.1 初次投料运行情况

3#重整装置在2015年9月1日停车，将原先的板壳式换热器更换成缠绕管式换热器，并于9月22日成功投料开车。表2选取了3#重整装置在2015年6月使用板壳式换热器和10月缠绕管式换热器时的运行工艺参数，其中进料量均为115 t/h，芳烃潜含量、反应温度以及催化剂烧后碳质量分数在两个月内数据相差不大，影响因素可以忽略不计，以此来确保在负荷相同、工艺参数相差甚微的前提条件下，能耗和产品质量在这两个月中应用数据对比的可靠性(见表3～4)。

表2 主要工艺参数

表3 能耗对比

表4 产品产率对比 %

从表3可以看出：缠绕管式换热器压降小和高效传热的优良特性在应用中得到充分发挥。

在115 t/h的相同负荷下，采用缠绕管式换热器后，换热器的管层压降和壳层压降得到明显的下降，其中管层压降从37 kPa下降到18 kPa，从而降低了循环氢压缩机K-3201的负荷，从8 295 r/min下降到7 393 r/min。由于K-3201由3.5 MPa蒸汽驱动，理论上可以降低3.5 MPa蒸汽的用量，从表2的实际应用数据也证实了这一推论，蒸汽用量从33 t/h下降到30 t/h，节约3 t/h。燃料气消耗量由5 560 m3/h下降到5 340 m3/h，节约220 m3/h。

3#重整装置的主产品氢气和重整汽油的产率得到提高，副产品液化气、戊烷、碳六组分均得以降低，说明在采用缠绕管式换热器后，3#重整装置的产品结构得到明显优化。表3中各种产品经济数据是以当前的市场价格换算得出，同时按照重整汽油研究法辛烷值增加5个单位，且每1 t增加1单位，价格增加40元/t计算。通过换算可知：氢气由5.859万元/h增加到6.789万元/h，增加了9 300元/h；重整汽油由948.475万元/h增加到950.154万元/h，增加了1.679万元/h；副产品液化气、戊烷、碳六组分经济效益虽然有所下降，但因其经济价值远低于氢气和重整汽油，所以综合效益由963.629元/h增加到965.755万元/h，增加了2.126万元/h(见表5)[3]。

表5 经济效益对比 万元/h

2.3.2 长周期运行情况

自2015年9月投料运转至2016年3月，缠绕管式换热器已在3#重整装置连续运行6个多月，期间换热器一直运行稳定，蒸汽和燃料气消耗量整体都呈现下降趋势，且在相同负荷下，消耗量的降低显得更加明显。折算到平均消耗值，3.5 MPa蒸汽消耗量减少5.45 t/h，燃料气减少1 036.19 m3/h，从而降低了装置的加工能耗和成本。

在此过程中，主产品氢气和重整汽油的产率以及研究法辛烷值都较之前有所增加，氢气产率平均增加1.28%，重整汽油产率平均增加0.68%，研究法辛烷值平均增加4.71。如果按照3#重整装置年计划运行周期8 000 h计算，同时考虑副产品减少情况,则每年为企业创造综合效益1.69亿元[4]。

3 结论

(1)缠绕管式换热器在上海石化3#连续重整装置进料换热器工业化应用半年多，换热器的压降减小，降低了循环氢压缩机K-3201的负荷，从而减少3.5 MPa蒸汽的消耗，达到了降低装置加工能耗成本的目的。

(2)传热效率升高。原料精制石脑油和冷氢混合后与反应物在缠绕管式换热器中得到充分换热，减少四合一加热炉F-3201～F-3204燃料气的消耗，同样也降低了装置的加工能耗成本。

(3)优化产品结构。主产品氢气和重整汽油的产率均得到提高，副产品液化气、戊烷、碳六组分均得到降低，即在同样的加工负荷下氢气和重整汽油产出量得到提高，同时重整汽油的研究法辛烷值也得到提高，既满足了加工生产高标号汽油的要求，又增加了企业的经济效益。

[1] 陈崇刚.连续重整缠绕管式换热器的研制及工业应用[J].制造与安装，2011(6)：41-47.

[2] 刘克安.缠绕式换热器节能特点分析[J].石油化工建设，2011(6)：78-79.

[3] 都跃良，张贤安.缠绕管式换热器的管理及其应用前景分析[J].化工机械，2005(3)：181-185.

[4] 汤杰国，李彬.优化重整工艺提高汽油辛烷值[J].催化重组通讯，2002(1)：18-21.

Application of Winding Tubular Heat Exchanger in Continuous Reforming Unit

Liu Yang

(AromaticsDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.，Shanghai200540)

As the 1 000 kt/a 3#continuous reforming unit of Sinopec Shanghai Petrochemical Co.,Ltd.replaced the heat exchanger with the winding tubular heat exchanger,the influences on the economic benefits of the unit were analyzed.Application result showed that after adopting the new type heat exchanger,the consumption of 3.5 MPa steam and fuel gas was decreased and the product structure was optimized,the yield of main product hydrogen and productivity of reformed gasoline and the octane number of reformed gasoline were improved.Both reduction of energy consumption and improvement of product quality have increased the economic benefits of enterprises.

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2016-11-01。

刘洋，男，1987年出生，2011年毕业于中国石油大学(北京)自动化专业，助理工程师，从事化工生产管理工作。

1674-1099 (2016)06-0032-04

TQ051.5

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