立式绕管式换热器的应用及施工注意事项

金山

摘 要：中国石油塔里木油田塔中第二联合站中原有一台卧式结构的湿净化气预冷器，实际运行中发现，预冷器管束堵塞，经分析换热管产生堵塞的原因可能是前端管线设备腐蚀产物进入预冷器所致;另外已建的预冷器为卧式结构，在换热过程中由于温度降低，天然气中冷凝析出的液体在管束内积聚，导致沉积物堵塞换热管。建议将预冷器改为立式，加速液体流速，减少沉积时间，以避免或减缓堵塞的产生。

关键词：立式绕管式换热器

1 工程概况

塔中第二联合站设有集气装置单元、增压站、脱硫装置、脱水脱烃装置、凝析油处理装置、硫磺回收装置，以及辅助生产设施和公用工程，其中脱水脱烃装置设有湿净化氣预冷器1台，于2010年10月投入使用。2013年12月外输瞬时流量在9×104m3/h左右时，湿净化气预冷器前后压差达到0.71MPa，超过正常压差值0.6MPa，通过分析排查，判断为预冷器管束堵塞。预冷器的壳程、管束在湿净化气入口、出口处多次腐蚀严重，严重处管束已穿孔，根据腐蚀堵塞产物碳酸铁占56%、羟基氧化铁占44%推测，换热管产生堵塞的原因可能是前端管线设备腐蚀产物进入预冷器所致;另外已建的预冷器为卧式结构，在换热过程中由于温度降低，天然气中冷凝析出的液体在管束内积聚，导致沉积物堵塞换热管。建议将预冷器改为立式，加速液体流速，减少沉积时间，以避免或减缓堵塞的产生;在预冷器前增加过滤分离器。

2 流程描述

湿净化气预冷器工艺流程：自脱硫装置来的脱硫后天然气温度41℃，压力6.85 MPaG，与来自注醇泵的乙二醇贫液（75﹪wt）通过乙二醇雾化器和湿净化气混合后，与自低温分离器来的冷干气在湿净化气预冷器（E-20401）中进行逆流换热，脱硫后的湿天然气被冷却至约-12℃，再经丙烷制冷系统冷却至约-22 ℃，后进入低温分离器（D-20401）进行醇烃液分离。分离后的产品气进入湿净化气预冷器（E-20401）与湿净化天然气逆流换热，换热后的干气温度33℃，压力6.72 MPaG外输。

3 设计内容

新建立式绕管式换气器1台，原卧式湿净化气预冷器仍保留，可用于现场1开1备使用。换热器采用立式绕管式换热器。绕管换热器结构紧凑，传热效率高，能承受高压，可实现较小温差换热，充分回收冷量，节能效果显著。本工程湿净化气预冷器为立式绕管式换热器，技术参数如下：

规格：直径1400mm×高度9776mm

型式：立式

管程介质：湿净化气;管程工作压力：6.7MPa;管程设计压力：8MPa;设计温度：60℃

壳程介质：干净化气;壳程工作压力：6.7MPa;壳程设计压力：8MPa;设计温度：-30℃

换热面积：1014.5m2

保温层材料：硬质聚氨酯泡沫100mm;保护层：铝皮

设备质量：37789kg

设备材质：Q345R/16MnDR

绕管式换热器容器壳程采用16MnDR钢板，开口接管选用与壳体材料相配套的16MnD锻件（NB/T47009-2010）;管程推荐采用Q345R钢板，开口接管推荐选用与壳体材料相配套的16Mn锻件（NB/T47008-2010）;换热管推荐选用Q345E钢管（GB6479-2013）。湿净化气走管程，高温湿净化气从上部流动入，下部流出;干净化气走壳程，低温干净化气从下部流入，上部流出，两者逆向接触。

4实施注意细节

4.1 工艺部分

材料技术要求：考虑与已建卧式湿净化器预冷器管线材质保持一致，湿净化气入口、干净化气出口管线、乙二醇管线选用无缝钢管20G（《高压锅炉用无缝钢管》GB5310-2008）;湿净化气出口、干净化气入口介质温度-22℃，选用无缝钢管Q345E（《高压化肥设备用无缝钢管》GB 6479-2013）。操作温度为-12℃的湿净化气出口管线、操作温度为-22℃干净化气入口管线选用低温球阀，直径DN250选用DQ547型固定球阀 ，直径DN40排污管线采用DQ47型固定球阀。

施工技术要求：由于湿净化气进口管线、湿净化气出口管线、干净化气入口管线、干净化气出口管线由于含CO2，CO2分压为0.17MPa，参照《天然气地面设施抗硫化物应力开裂和抗应力腐蚀开裂的金属材料要求》SY/T 0599-2006，酸性腐蚀环境为SSC 3区，需做焊后热处理。焊接过的碳钢应在不低于620℃温度下进行消除应力热处理来控制焊接应力。原料气管线对接焊缝均应进行硬度检查，其结果应满足HV10≤250。

4.2 结构部分

本立式预冷器设备本体高度约10m，设备重量约37789kg，设备基础上表面高6.165m，设备基础框架宽度2184mm，设备直径1480mm，设备在吊装作业时需将设备吊装至少17m的高度，平稳放入到基础框架中，吊装准确性要求高，设备吊装时施工方编写吊装作业专项方案。后期图纸会审中发现原设备设计的耳式支座不利于后期结构基础设计，经过更改后耳式支座旋转45°，便于最大性的扩大基础框架宽度。

4.3 防腐部分

考虑立式预冷器底部积液防腐问题，预冷器底部封头做内防腐，采用环氧喷涂。

参考文献：

[1]李建伟.高压绕管式换热器的设计及制造[C]// 机械部气体分离设备科技信息网、中国制冷学会第二专业委员会，1998.