煤制油项目循环换热分离器内件及设备改造

2018-03-28林宁

山西化工 2018年4期

林宁

(山西潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西长治 046200)

引言

煤炭间接液化项目中，油品合成分厂费托合成装置的循环换热分离器是该装置的核心设备之一，起着回收高温油气热量，提高循环反应气温度，降低反应装置能耗的作用，它的平稳运行决定了整个费托反应系统的稳定运行。但是在神华宁煤已投用装置的实际运行中，出现了换热效率不足，分离效果差，分离的重质油和蜡中带水的情况。针对这一问题，潞安煤基清洁能源公司180万t煤制油项目吸取神华宁煤开车经验，对循环换热分离器内件进行技改，随后开展水联运、热氮联运、氮气联调等试车工作，试车完成后检查设备内部，发现内件固定螺栓存在脱落的现象。

1 研究目的及意义

煤间接液化项目中油品合成装置的循环换热分离器是费托合成单元核心设备之一，外壳为压力容器，上部的板式换热器部分和下部的分离器部分一体组合结构。高温气体入口位于外壳的顶部与板式换热器的热媒通道连通，在外壳上部设有与板式换热器的另一热交换通道连通的循环气体入口、循环气出口。外壳上部的板式换热器部分与下部的分离器部分通过隔板隔离，板式换热器的热媒通道的高温气体出口与分离器的分配管及气体入口连接，循环换热分离器壳底部设有排液排污口。

循环换热分离器在费托合成单元中起着至关重要的作用，从装置工艺流程来看，由反应器顶部出来的高温油气进入循环换热分离器与循环气(由净化装置的费托净化气、循环气压缩机出口循环气、甲烷转化的氢气、尾气脱碳单元的脱碳净化气混合后合成气)换热冷却分离，分离后的液相经重质油稳定蜡换热器及重质油加热器加热后送至汽提塔；分离后的气相进入油气空气冷却器再度冷却后进入轻质油分离器进行气液分离[1]。可见，循环换热分离器在费托合成单元中起着回收高温油气热量，提高循环反应气温度，降低反应装置能耗的作用，它的平稳运行决定了整个费托反应系统的稳定运行。但是在神华宁煤400万t煤制油项目,出现了换热效率不足、分离效果差、分离的重质油和蜡中带水的情况。针对这一问题潞安煤基清洁能源公司180万t煤制油项目吸取神华宁煤开车经验，对循环换热分离器内件进行技改，采用板壳式换热，安装波纹板传热元件与TP分离板。随后开展水联运、热氮联运、氮气联调等试车工作，试车完成后检查设备内部，发现内件固定螺栓存在脱落的现象。本次主要研究的是如何有效的防止循环换热分离器内件螺栓掉落进入后系统引发运行故障。

2 设备运行及存在问题

2.1 设备运行情况

2017年8月，中科合成油公司根据神华宁煤开车经验发布关于循环换热分离器内件技改项目通知，主要包括两大部分，分别是换热部分和分离部分，换热部分增加卡固件，分离部分改为蓝科公司TP板与分流叶片折流板形式，其中TP板安装连接方式采用螺栓单螺帽式连接。

2017年9月24日至10月1日，潞安煤基清洁能源有限责任公司180万t煤制油项目油品合成分厂费托合成装置进行水联运与热氮联运，水联运期间反应器温度控制在100 ℃，压力2.0 MPa，反应器顶部产生的高温气相送至循环换热分离器进行气液分离，循环换热分离器出口气相送至空冷器进行降温，降温后温度控制在40 ℃以下，降温后的气相进入轻质油分离器再次进行气液分离，气相进入压缩机入口分液罐进行分液后进入离心式循环压缩机进行压缩，送至循环换热分离器换热后进入反应器底部。控制循环换热分离器与轻质油分离器液位控制在30%～50%。水联运结束后，开始热氮联运，通过上下汽包对反应系统升温，控制反应器温度为200 ℃，压力2.0 MPa，完成系统热紧工作。

2.2 存在问题

1) 循环换热分离器内件技改后，内件固定连接部位使用单螺栓连接，主要体现在内部角钢、中间箱体的固定螺栓位置。在水联运与热氮联运期间，设备人孔处于封闭状态，螺栓无法进行热紧，因内件固定螺栓采用单螺帽固定方式，在系统升温升压期间，螺栓受热膨胀后出现部分螺栓松动与脱落的现象。在联运结束后，对设备内件检查期间，发现单系列循环换热分离器内部3处螺帽已从螺杆固定处掉落至设备底部。设备底部为重油出口管线，出口管线上设置有球阀、截断阀、调节阀，差压液位计探头，如不能及时处理，螺栓进入循环换热分离器底部液位调节阀后，存在阀门无法正常开关甚至损坏的情况，导致后续的生产过程中将导致液位控制故障。

2) 反应器目前采用的压力表计算压差得出反应器液位数据，实际运行过程中误差较大，无法准确观察反应器内部液位。

3) 轻质油分离器底部设置破涡器，但在后期内部检查中仍发现有螺栓脱落现象，未能起到阻挡螺栓等掉落进入后系统的作用。

4) 汽包开工凝液外送时管线振动，应设置逐级闪蒸管线，汽包开工凝液分为初期送至脱碳单元蒸汽凝液闪蒸罐、中期送至低压凝液闪蒸罐、后期送入中压凝液闪蒸罐。

3 改进措施

3.1 内件螺栓固定方式改造

针对循环换热分离器内部螺栓松动掉落的问题，对循环换热分离器内件螺栓固定方式进行加强，将所有螺栓的螺杆与螺帽重新紧固并在连接处进行点焊，避免内件固定螺栓在后续的试车生产过程中再次因系统温度、压力变化造成松动与脱落，进入后系统管道，引发运行故障。

3.2 设备内部改造

为确保循环换热分离器底部重油管线的畅通与阀门的良好使用，分厂技术人员决定在设备内部重油出口位置增加溢流围堰，溢流围堰高度超出设备内表面100 mm，阻挡螺栓等杂物掉落进入后系统[2]。为防止溢流围堰安装后对设备内部液相流动造成截流与积液的影响，首先在溢流围堰上增加筛孔，筛孔需均匀分布，间隔10 mm，孔径8 mm(小于内件固定螺栓外径)；其次溢流围堰内径需根据循环换热分离器底部出液管线设定，设定比例为底部出液管线内径为xmm，溢流围堰内径应为x+10 mm。

3.3 液位仪表更改

针对费托反应器液位无法准确显示的问题，反应器采用差压式液位计测量液位，代替压力表式液位计，提高反应器液位测量的精确度，准确判断出反应器液位变化。

3.4 费托反应系统相关设备技改

1) 费托合成装置轻质油分离器底部破涡器增加50 mm的溢流板，用来阻挡螺栓等杂物进行后系统，溢流板设置与溢流围堰设置相同，需根据底部出液管线设定溢流板内径并增加筛孔，防止出现截流与积液的现象。

2) 对中压凝液罐、低压凝液罐增加远传压力表与远传温度计，在汽包排凝时能准确判断凝液罐是否具备接收条件，在接收凝液过程中，可加强液位的监控，保障设备的安全、稳定运行。在汽包开工初期，随着5.0 MPa饱和蒸汽的引入，汽包开始升温升压，在此期间会产生大量凝液，但是在汽包内压力>0.5 MPa时，无法将凝液通过开工凝液管线压至低压凝液闪蒸罐，因而在中压凝液罐与低压凝液罐设置旁路管线，汽包开工凝液可以旁路中压凝液闪蒸罐直接送至低压凝液闪蒸罐，加强汽包液位的控制[3]。