变换及蒸汽冷凝液余热利用问题分析及改造措施

2020-07-20苏玉芬晁大卫

河南化工 2020年6期

苏玉芬 , 晁大卫

(黔西县黔希煤化工投资有限责任公司 , 贵州毕节 551500)

黔西县黔希煤化工投资有限责任公司主要产品为30万t/a乙二醇。在装置运行过程中，存在变换产生的余热和蒸汽冷凝液不能被充分利用的情况，造成锅炉除氧器耗蒸汽量大、循环水消耗高、脱盐水制水困难、换热器水击、结垢等一系列问题。通过综合分析，找到了影响余热未充分利用的根本原因，改造效果明显，变换余热和蒸汽冷凝液余热利用问题得到解决。

1 原设计工况

1.1 变换余热利用

一氧化碳变换的原理是工艺气体中的CO和水蒸气在一定温度和压力条件下，在变换催化剂的作用下发生变换反应生成H2和 CO2。反应式如下：

设计变换气量14 900 Nm3/h，变换反应放出的热量较大，变换余热利用在设计中进行了综合考虑。第一变换炉出来的变换气温度调节至220 ℃后分两股，一股进入第二变换炉(R-2102)进一步变换，另一股经变换气冷却器(E-2112)降温至180 ℃左右进入有机硫水解槽(R-2103)，在水解催化剂的作用下将有机硫转化为无机硫。出第二变换炉(R-2102)的变换气温度约342 ℃，经过1.8 MPa废锅(Ⅱ)(E-2104)再次以副产1.8 MPa饱和蒸汽的形式降温至220 ℃，降温后的变换气与经过有机硫水解槽的变换气混合后送入锅炉给水预热器(E-2105)，将104 ℃的锅炉给水预热到180 ℃后送入气化装置。预热完锅炉给水的变换气温度约160 ℃，变换气通过脱盐水加热器(E-2106)降温至75 ℃后进入变换气水冷器(E-2107)，温度降至40 ℃送入第三水分离器(V-2103)，并经过高压冷锅炉水洗涤变换气中的氨，分离出水分后的变换气温度约40 ℃，送入脱硫脱碳工段。

1.2 蒸汽冷凝液余热利用

系统中共有390 t蒸汽冷凝液，经过冷凝液换热器Ⅰ(E-1001)降温后，分为两股，分别进入冷凝液换热器Ⅱ(E-1002)、冷凝液换热器Ⅲ(E-1003)进行换热，然后经板式换热器(E-22201)与本装置的新鲜水进行热交换，再经板式换热器(E-22202)进行循环水冷却，将其冷却至约40 ℃，进入工艺冷凝液水箱(V-22204)，进一步生产脱盐水。

来自脱盐水站的常温脱盐水约185 700 kg/h，进入冷凝液换热器Ⅲ(E-1003)换热，升温至80 ℃后，进入常压除氧器，调节进除氧器的低压蒸汽流量，使除氧器内的工作压力保持在0.02 MPa，并调节进除氧器脱盐水流量，进而达到水与蒸汽之间的换热平衡，使其在一定压力下达到沸腾，脱去溶解于水中的氧，除氧后的锅炉给水温度约104 ℃。另一股脱盐水压力为1.0 MPa，流量为426 850 kg/h，先后分别进入冷凝液换热器Ⅱ(E-1002)、变换工段换热器(E-2106)、冷凝液换热器Ⅰ(E-1001)进行换热，最后升温至126.7 ℃后，进入压力除氧器，调节进除氧器的低压蒸汽流量，使除氧器内的工作压力保持在0.5 MPa，并调节进除氧器脱盐水流量，进而达到水与蒸汽之间的换热平衡，使其在一定压力下达到沸腾，脱去溶解于水中的氧，除氧后的锅炉给水温度约158 ℃。

1.3 锅炉冷渣机余热利用

高效节能型滚筒式冷渣机(C-9202)，是国家大力提倡和鼓励的节能环保产品，是干式冷却及输送循环流化床锅炉高温炉渣的专用高效节能冷渣设备，以确保炉渣的活性。它的主要任务就是将锅炉排出的高达950 ℃以上温度的红渣通过水循环冷却，将温度降到60 ℃后，通过带式输送机送至后系统使用；所用的冷却水经过吸收热量温度提高到95 ℃后再进入压力除氧器。本项目共有6台冷渣机，每台每小时脱盐水使用量32～48 t，6台每小时使用总量192～288 t。冷轧机运行过程中，出口渣温控制至关重要，渣温过高，会烧坏输送炉渣的皮带，造成设备损坏、着火等安全事故。本装置共有3台压力除氧器(E9201)，两路脱盐水分别均匀进入3台除氧器，经除氧器热力除氧后的锅炉给水通过下部引出管送人锅炉给水泵入口总管。

2 运行中存在问题

①板式换热器E-1001、E-1002、E-2106频繁水击，多次致使设备泄漏和管道变形损坏。②脱盐水温度高，影响脱盐水制水树脂寿命。③循环水换热器(E-2107)结垢严重。④变换气分离器(V-2103)废水量大，影响废水运行。⑤锅炉除氧器温度低，补加蒸汽量大，消耗高。⑥常压除氧器温度高，放空量大。⑦冷渣机出口渣温偏高。

3 原因分析

在运行过程中，由于煤种与设计值有偏差，造成冷渣机出口炉渣温度偏高，曾造成输渣皮带烧坏事故。为降低冷渣机出口温度，只能加大冷渣机脱盐水使用量。由于冷渣机的回水作为除氧器补水，且除氧器总用水量是固定的，该股脱盐水量增大后，造成进入E-1002的脱盐水水量大幅减少，变换气温度冷却不下来，进入脱盐水装置的冷凝液温度降不下来等一系列问题。

4 改造方案

4.1 方案

经过综合分析、论证，考虑若将冷渣机出口的脱盐水(60 ℃左右)引至E2106前，可在保证冷渣机C-9202得到充分冷却的同时，充分回收变换系统和蒸汽冷凝液废热，提高进E-9201脱盐水温度，既能减少E-9201的蒸汽消耗，也能确保1.3 MPa脱盐水热交介质温度在控制范围内，降低E-1001、E-1002、E-2106、E-2107设备损坏的风险，延长生产硬件设施使用时限。

4.2 所需材料

DN200×300LB材料：管道800 m，弯头8个，三通2个，阀门1个，法兰面2片；DN150×300LB材料：管道需要5 m，阀门1个，法兰面2片。材质均为304不锈钢。

4.3 投用方案

该改造牵涉到锅炉、变换、脱盐水等几个装置，为保证平稳投用，制定了详细的投用方案。①确认管道进行试压、冲洗合格。②变换界区1.3 MPa脱盐水技改管道手动阀门全开。③缓慢开启冷渣机冷却水去净化变换单元总阀，同时缓慢关闭冷渣机去除氧器总阀。④操作过程中严密监视除氧器液位，如发现液位下降，打开补水阀直至全开，液位不见上涨，停止冷渣机冷却水切换，联系供水提高除盐水压力，除氧器液位正常后，再进行切换操作。⑤将变换界区热脱盐水压力控制低于冷渣机出口冷脱盐水压力，同时结合动力缓慢关小E-1002出口脱盐水阀，以达到降低热脱盐水管网压力。⑥切换完成后，加强对除氧器液位及冷渣机排渣温度进行监视；观察对变换各换热器的影响；注意脱盐水温度变化情况。⑦检查新改造管线运行情况，并做好运行总结。

4.4 投用效果

改造前后各参数对比见表1。

表1 改造前后各参数对比 ℃

从表1可以看出：①E-2106出口工艺气温度已达到设计温度以下，有效控制了换热器E-2107壳程循环水的腐蚀及结垢速度，同时减少了循环水用量。②变换气温度的降低，减少了变换气出口带水量，低温甲醇洗温度得到有效控制，冷量消耗有所降低；低温甲醇洗的喷淋甲醇量可大幅减少，甲醇/水分离塔的蒸汽量可大幅减少。③蒸汽冷凝液换热器频繁水击的问题得以解决。④脱盐水量增大后，冷渣机出口的渣温控制在正常范围，后系统皮带的安全运行得到保证。⑤E-1001进出冷凝液温度达到设计值，运行稳定。⑥E-1002/E-1003出口冷凝液温度降低后，两股冷凝液混合后温度低于设计操作温度48 ℃，可大大延长脱盐水站阴阳床树脂的使用寿命。⑦常压除氧器频繁超压的问题得到解决。⑧加压除氧器的蒸汽量大幅减少，每小时可节省蒸汽2.5 t左右。