降膜式再沸器在EO/EG装置提质增效的应用

陈 东，丁玉奎，梁 波，李少达，杨金禄

(中国石油独山子石化分公司 乙烯二部，新疆 独山子 833699)

新型降膜式蒸发器在石油、化工、冶金等领域具有广泛的应用前景，因而具有巨大的潜在市场需求。由于国外技术对我国保密，之前国内基本见不到国产的降膜蒸发器产品，石化企业依然只能使用进口产品。如替代国外技术，可节省大量资金[1]。

独山子石化公司乙烯厂乙二醇装置采用SD(美国科学设计公司)技术，于1995年设计。装置中乙二醇精制工段设有脱水塔(T-610)、MEG精馏塔(T-620)、MEG回流塔(T-630)、多乙二醇精馏塔(T-710)，每台塔的塔底均设有再沸器以提供塔内所需的热量。现年生产能力为5万吨乙二醇，运行8000小时，不论是热虹吸式结构形式再沸器还是强制循环结构形式再沸器，导致物料在管内停留时间相对较长，很容易在再沸器换热管内壁产生结焦与结垢现象。特别是E-610、E-620结焦较为严重，短则1～2个月，长则2～3个月就要清洗一次，早已无法满足长周期生产要求。2019年公司大检修，将乙二醇脱水塔及MEG精馏塔两塔再沸器更换为降模式再沸器，目标是降低蒸汽能耗，同时延长再沸器结焦周期。

1 降模式再沸器运行基本状况

从2019年10月开工至2021年7月，E-610/620已经投用运行22个月，其中因外部因素中间停工约4个月，实际运行18个月，壳程压力大多数时间维持在0.8～1.0MPa，两再沸器高压蒸汽用量均有不同程度减少，其他参数均正常可控。2020至2021年冬季，受原料原因停工期间，因防冻需要，EG物料在600#精馏系统长期自循环运行，停留时间长。再次开工后，对E-620结焦状况影响较大，壳程压力持续上升。装置于2021年5月局部停工对E-620再沸器进行蒸煮清焦，恢复效果较好。这是自降模式再沸器投用以来唯一一次清焦操作，超过延长清焦周期3倍的目标。

2 再沸器运行期间提质增效状况

根据公司工作安排，乙二醇装置于2020年4月15日11∶00至4月18日11∶00对装置进行了考核标定，乙二醇装置4月9日开始从2850kg/h提乙烯负荷，4月14提乙烯负荷至4100kg/h，标定期间维持4.1t/h乙烯负荷运行，标定期间增加中控及产品分析，保证乙二醇产品和二乙二醇产品持续合格，主要参数见表1。

表1 标定前后600#、700#主要参数变化情况

在高负荷标定期间，乙二醇装置精制单元操作正常无波动，单元处理量增加，T-610/620降膜式再沸器蒸汽量相比2.8t/h乙烯负荷时增加，T-630乙二醇回收量增加，T-630塔釜MEG含量维持在0.01%以下，远低于3%的设计值。

4.1t/h乙烯负荷下E-610/620降膜式再沸器节汽量计算，数据见表2所示。

表2 E-610/620再沸器蒸汽量改造前后对比表

表2数据显示，在4.1t/h乙烯负荷下降膜式再沸器E-610/620较改造前相同工况共节省高压蒸汽2t/h，超出完成节省1.5t/h的协议目标值。

降膜蒸发器使用，可节省蒸汽2吨/小时，年可蒸汽1.6万吨(按8000小时计算)，每吨蒸汽按170元计算，仅年节约高压蒸汽产生直接经济效益：

16000×170元=272万元/年

两套再沸器设备(3台，或是2台)，投资总计在100万元左右。现场改造费用包括地基、框架、管线等，以及不可估算费用约为100万元。总费用预计200万元(参考)。

投资回报率：200/272=0.73年(约9个月)

3 降模式再沸器在应用中的问题及解决办法

3.1 结焦转移问题

与更换降模式再沸器之前相比，与再沸器相关联的塔釜泵，再沸器强制循环泵，甚至再沸器流量控制调节阀，塔釜流量计，再沸器循环流量计孔板都不同程度出现结焦现象，如图1所示。主要表现在：

图1 再沸器循环泵叶轮轴封结焦状况

(1)机泵入口过滤器不能完全挡住结焦颗粒，更多是黏糊状结焦物使机泵叶轮不能正常工作。出现过只清理过滤器而使备用泵实际无法备用的现象。

(2)塔釜控制流量的调节阀及再沸器循环量控制调节阀逐渐开大至全开，无法调节流量。

(3)再沸器循环量流量计孔板结焦使循环流量出现假显，使这个重要参数无法真实反映出来。

采取措施：

(1)对容易结焦的塔釜泵定期切换并用蒸汽凝液蒸煮的办法进行清焦。如干燥塔T-610塔釜泵，精馏塔T-620塔釜泵，干燥塔再沸器E-610强制循环泵G-611，精馏塔再沸器E-620强制循环泵G-626等。由更换降模式再沸器之前的每三个月切换一次，缩短到每一个月切换一次，每次切换后除必须清理入口过滤器外，还必须对泵体用蒸汽接胶管蒸煮24小时，确保备用泵备用正常。

(2)结焦后期，实际各塔釜泵，循环泵并不能坚持一个月，此时必须加一重保障，对塔釜循环泵设定压力。如班组巡回检查时，G-611压力低至0.46Mp，G-626压力低至0.24Mp则必须切换并清理入口过滤器进行蒸煮清焦。

(3)当塔釜流量调节阀和强制循环调节阀异常结焦开大时，设定最高限位，及时对调节阀进行隔离蒸煮清焦。再沸器强制循环流量孔板结焦假显时，以现场泵出口压力表，调节阀开度及换热器壳层压力值来综合判断实际循环量。

3.2 实际操作对降模式再沸器的影响及对策

从E-620壳层压力变化曲线来看，开停工过程及装置负荷的频繁变化对再沸器壳层压力冲击较大，每一次开停工和负荷变化都会使再沸器壳层压力有所上升，影响到再沸器的使用周期。减少物料在系统中的停留时间，尽可能减少各塔塔釜不合格物料的重新回收回炼。

控制乙二醇精馏塔塔釜较低的温度，有利于控制再沸器壳层压力的上升。但长久来看塔釜温度不宜过低，过低的温度会使更多的MEG由乙二醇分离塔返回前系统再重新进料，使精馏塔进料重组分增加。严重时还会让分离塔T-630因负荷过大，使二乙二醇成品馏出口S-739中乙二醇含量超标。实际生产中，乙二醇精馏塔灵敏板温度控制在145℃左右，塔釜组分中MEG含量在35%以下较为适宜。

尽可能稳定乙烯负荷，避免负荷频繁变化对生产影响调控氧化操作，减少酸、醛的生成，维持工艺水处理单元U-550的出水pH≥8,电导率≤8μs/cm，保持精制水水量对F-540水置换的工艺控制措施，减少铁离子和其他杂质累积，提高工艺水品质。

强化U-550阴离子交换树脂再生效果，提前跟踪订货，每三个月更换U-550四个床层树脂，保证在树脂老化前能够及时安排更换。

2021年5～6月，对T-620再沸器E-620唯一一次蒸煮清焦前后运行对比分析，5月24日乙二醇装置按计划对T-620/E-620局部停工，进行水蒸煮除焦。5月29日乙烯负荷提至4.1t/h稳定运行，E-620壳程压力由1.8Mpa将至0.8MPa，较蒸煮前相同负荷工况降低1MPa，蒸煮除焦效果明显，如图2所示。

图2 E-620蒸煮前后蒸汽耗量对比图(4.1t/h乙烯工况)

从图2可看出，E-620蒸煮后换热效率提升明显，E-620蒸汽耗量较蒸煮前相同工况降低约400kg/h。 按照高压蒸汽单价170元/吨计算，月度高压蒸汽成本将降低约4万元。

查LIMS分析结果，2021年6月(E-620蒸煮后)T-620塔釜乙二醇含量为33.56wt%，较2020年5月(E-620蒸煮前)降低8.87wt%。

T-620塔釜乙二醇含量的降低，可降低乙二醇回收塔T-630操作负荷，T-630再沸器蒸汽耗量降低，如图3所示。

图3 E-620蒸煮前后T-630再沸器蒸汽耗量对比图(4.1t/h乙烯工况)

从图3可看出，因E-620蒸煮后T-630操作负荷降低，T-630再沸器蒸汽耗量较蒸煮前相同工况降低约50kg/h。 按照高压蒸汽单价170元/吨计算，月度成本将降低0.55万元。

再沸器结焦状况直接影响到蒸汽使用能耗。目前干燥塔再沸器E-610壳层压力自更换以来始终控制在0.7～1.0Mpa平稳正常，乙烯负荷4.1状态下蒸汽用量保持在1.9～2.1之间稳定，节能效果明显。精馏塔再沸器E-620壳层压力上升至1.2Mpa后，蒸汽用量由5.2t上升至约5.6t非常明显。清焦后恢复正常。

当再沸器出现结焦较为严重的阶段，无特殊情况，不必勉强长时间维持运行，及时清焦，降低运行成本及操作难度，保持运行平稳也不失为一个更好的选择。

4 结束语

采用国产降膜式再沸器结构，代替传统的换热器。从目前运行18个月来看，能够达到预期的技术与节能指标，运行情况良好：

1)设备传热效率提高30%以上；

2)节省多消耗蒸汽1.8吨/小时以上；

3)设备清洗周期比原来延长3倍以上。

但在使用过程中也出现结焦转移，仪表失灵，壳层压力异常上升等问题，给长周期运行带来了一定的困难。但实践证明，只要及时分析原因，总结经验，采取正确的应对措施，出现的生产波动问题都得到了控制和处理，保持了装置的长周期平稳生产。