石化冷换设备节能分析报告

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1、资料三 酮苯装置 设备节能分析报告设备节能分析报告 Contents 前言 1 一 空冷器设备应用现状分析 2 1 1 湿空冷器使用现状分析 2 1 2 干空冷器使用现状分析 5 二 空冷设备优化改造 6 三 酮苯脱蜡装置主要空冷器节能分析 10 3 1 主要空冷器运行分析 10 2 1 油回收二三次塔顶干空冷器 冷 10 1 2 分析 10 2 2 蜡回收二三次塔顶干空冷器 冷 26 1 2 分析 12 3 2酮苯脱蜡装置主要空冷器改造建议 13 3 2 1 潜热释放过程的换热分析 14 3 2 2 结构特点方面与常规换热设备的不同 14 3 2 3 对防腐防垢的控制 15 3 2 4 占地

2、面积小 换热效率高 15 四 换热设备潜力评估 16 4 1 表面蒸发式空冷器方案与干空冷串湿空冷方案比较 17 4 2 表面蒸发式空冷器与增湿空冷器比较 18 五 结论 20 I 前言前言 设备节能一直是节能工作中重要渠道之一 它能从根本上提高换热的效率 同时降低换热过程的热损失 对某石油化工酮苯装置的冷换设备分析发现 其中配置的干空冷器和增湿 性空冷器能耗 水耗不合理的问题 这些问题严重影响换热效果 是实现设备节 能的关键制约因素之一 因此 通过认真分析各种换热设备在运行中存在的问题 并加以改造 其 中可以通过更新设备 或者对严重腐蚀 结垢 泄露设备进行处理和维护 使之 与系统的需要的换热

3、负荷相匹配 从而达到较好的节能效果 本报告以对换热过程有直接影响的换热设备为例来分析设备节能的方法 并简要分析换热设备 以空冷设备为例 节能所带来的经济效益 根据我们对以 往许多换热设备改进的工程项目产生的实际效果统计分析来看 以上改进措施实 施后可以达到节约 30 电能的效果 注 限于目前现场未能提供具体换热物料的 组成和设备配置参数 我们只能按以往改造项目统计数据估算效果 1 一 空冷器设备应用现状分析一 空冷器设备应用现状分析 1 1 湿空冷器使用现状分析湿空冷器使用现状分析 增湿空冷器设备所处位置的大气环境状况较差 空气中实际含尘量较高 加上增湿空冷器属于敞开暴露式设备 受到刮风 下雨

4、和尘土等环境因素的影响 因此常出现以下类型问题 1 喷头本身结构和布置不合理 受到气流干扰 造成布水不均 翅片管冷 热分布极不均匀 散热不良 见图 1 2 大气尘埃直接吸入造成管子表面附积污垢很快 换热效率大大降低 见 图 2 3 水流暴露在大气中极易污染水质 造成喷头堵塞 喷水不畅 水雾喷洒 很不均匀 换热效率下降 见图 3 4 大量积垢用高压水清洗造成翅片倒伏 换热效率下降 见图 4 5 喷水换热后进回收水盘 返回距离较远的循环水处理厂 使得冷却水循 环功耗较大 6 直接暴露的喷头 在风力高时喷水飘散严重 换热效率下降 浸湿周围 设施 造成腐蚀等 7 由于回水联通循环水厂 为了防止水管结冻

5、 致使冬季亦不能停止喷水 造成不必要的水耗和设备结冰 见图 5 对以上传热效果下降的弥补 一般是通过加大冷却风量和喷水量来实现 因此容易造成耗能 水的增加 运行成本变高 注 以上问题在北方炼油企业普遍出现 往往车间设备员日常主要工作 量就是调整空冷器风机风量和处理水喷嘴堵塞问题 2 图 1 喷水覆盖很小传热不良 图 2 翅片管结垢 3 图 3 喷嘴暴露易堵塞 喷水不匀 图 4 高压水冲洗致翅片倒伏 4 图 5 冬季喷水造成堵塞和额外耗水 1 2 干空冷器使用现状分析干空冷器使用现状分析 1 干空冷器 如图 6 所示 在使用中存在易结垢 堵塞问题 由于空冷器 的 翅片间距小 空气中的杂物容易堵塞

6、翅片 此外结垢也很显著 常在清垢中 使翅片倒伏 降低传热效果 2 干空冷器属于粗放型的换热设备 综合利用率不高 并且占地面积大 维护管理复杂 图 6 干空冷器积灰现象 5 二 空冷设备优化改造二 空冷设备优化改造 目前 改造主要针对干空冷器和湿空冷器 因为结垢和腐蚀而使得换热效果 降低的难题 1 提高防垢技术 减少结垢 并且实现了在线清垢的技术 2 开发设计新产品 使之替代原有的干空冷器和湿空冷器 提高综合 利用率 并最大限度地节能 通过工业界的长期实践 逐渐形成了保持在线清垢的新型空冷器设备 即我 们研发的表面蒸发式空冷器 为了切实有效解决现有设备上述问题 实现稳定 安全 长周期运转和节能

7、的效果 下面以密闭表面蒸发冷却设备代替现有暴露式湿空冷器为例说明如下 1 密闭表面蒸发冷却设备的特 点 蒸发率最高 所以选用表面蒸发冷 却设备 少得多的排气 排气量最小 耗电自然就远低于 干 湿 空气冷 却设备 A 密闭表面蒸发冷却设备沿重力方 向布水 比现有湿空冷器设备浸润面积 大 蒸发能力高 一般情况下 1 千克水 蒸发带走 2400 千焦的热量 而空气携带 热量的能力就少得多 蒸发冷却设备的这 些热量基本都是由水蒸发的潜热释放所带走 图 7 湿式空冷器结构示意简图 仅需要 B 增湿空冷器直接暴露于大气 造成水质严重污染 直接导致水喷头堵塞 6 翅片管污垢生长过快 换热效率大幅度下降 而表

8、面蒸发式空冷器属于封闭性操 作 进气栅有初步隔尘作用 喷淋水有二次洗尘作用 下部蒸发段换热管采用光 管 上部预冷段采用大间距翅片 7 8mm 远大于增湿空冷的 2 3 3mm 使 换热段在清洁的环境下操作 避免了上述问题 这一点我们在治理齐鲁石化氯碱 厂的空冷器积尘问题过程中 进行了成功的设备技术改造 经 2 年的实际生产运 行考核充分证实了这一观点 见图 1 3 水耗占整套装置耗水量的 1 3 可见冷却系统节水潜力巨大 改造势 在必行 图 8 增湿空冷器长时间运行后出现的结垢现象 8 9 C 为减少空冷器冷却管的结垢 一般大都采用脱盐水进行喷淋蒸发 但是 随着蒸发的时间延长脱盐水质恶化 结垢

9、依然严重 同时脱盐水还带来了更严重 的氧化类腐蚀 造成设备过早破坏 设备水系统补水为脱盐水时 生产 1 吨脱盐 水一般需要吨左右的一次水 间接额外增加了一次水的消耗量 致使该冷却 系统的运行 7 图 9 表面蒸发式空冷器运行一年后的翅片管图 仅降低了水耗和结垢 并且与蒸发冷共用同一风机 利用空冷大温差冷却来节能 图 10 复合式蒸发冷却器结构图 D 我们的设备降低蒸发冷工作温度和有效利用水 电资源 蒸发冷上部增 设预冷段 如图 10 即高温工质先经过预冷冷却后进入下部表面蒸发部分 不 8 同时还起到了除雾器的作用 著降低 设备过滤 降低 季几个月的停水干运行 减少水耗和冬季结冰对设备运行的影

10、通过不停车在线清洗技术保证设备长周期 高效运行 新型设备其设计优势可总结如下 全蒸发效率最高 空气吸入量明显减少 风机能耗显 粉尘效果好 水质保持得好 传热效果稳定 由于蒸发冷却使总体用水量大幅减少 数十倍 加之冷却水的循环距离 明显缩短 百倍以上 故水泵功率大大下降 水处理的成本 取消了凉水塔也使设备总占地面积和设备维护工作量减少 对自备循环水进行阻垢等水处理 使之可在一般工业循环水质条件下运 行 比使用脱盐水的冷却设备可以减小水耗 30 左右 制水的附带消 耗 冬 响 9 三 酮苯脱蜡装置主要空冷器节能分析三 酮苯脱蜡装置主要空冷器节能分析 3 1 苯装置主冷器列 空冷器 温 量积 m2

11、主要空冷器运行分析主要空冷器运行分析 表 1 高桥酮脱蜡要空表 名称 物流 进口 度 出口温 度 质量流 t h 换热面热负荷 kW 溶剂 甲乙 酮和甲苯 79 5 130 1842 2 84 74 冷 10 1 2 干空冷器 干空气 油回收二 三次塔顶 溶剂 105 35 21 8 130 3790 9 冷 26 1 2 三次塔顶 蜡回收二 干空冷器 干空气 石化酮苯脱蜡装置主要空冷器很多 为了说明问题的方便 先以油回收二三 2 这两 台换热器换热负荷较大 冷却介质是干空气 利用 ASPE分析过程中的相态变化 发现了该空冷器是利 用空气冷却溶剂 甲乙酮和甲苯74 84 摄 氏度 由表 2 和

12、图 1 表 2 和图 1 分别分析了再常压下的相态变化 根据厂方提供的 3 酮苯能源 0 4 0 1Mpa 之间 因此可知 管内侧溶剂 甲乙酮和 在温度区间为 74 84 摄氏度时 不存在相态的变化 次塔顶干空冷器 冷 10 1 2 和蜡回收二三次塔顶干空冷器 冷 26 1 2 1 油回收二三次塔顶干空冷器 冷油回收二三次塔顶干空冷器 冷 10 1 2 分析 分析 N Heat Exchanger 不存在相态的变化 温度变化区间为 可知 该温度区间不存在相态变化 流程图 估计其操作压力在 甲苯 10 表 2 冷 10 管内侧溶剂 0 1Mpa 时甲乙酮和甲苯 温度与气相组成变化表 Tubesi

13、de Temperature vs Enthalpy Temperature at 14 504 psi C Temperature at 13 053 psi C Enthalpy BTU lb 020406080100120140160180200 Temperature C 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 Tubeside Temperature vs Enthalpy Temperature at 14 504 psi C Temperature at 13 053 psi C Enthalpy BTU lb 020406080100120140

14、160180200 Temperature C 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 Tubeside Temperature vs Enthalpy Temperature at 14 504 psi C Temperature at 13 053 psi C Enthalpy BTU lb 020406080100120140160180200 Temperature C 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 Tubeside Temperature vs Temperature Temperature at 14 504

15、 psi C Temperature at 13 053 psi C Temperature C 747678808284868890929496 Temperature C 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 Tubeside Vapor fraction vs Temperature 1 0 8 0 6 Vapor fraction at 14 504 psi Vapor fraction at 13 053 psi Temperature C 747678808284868890929496 Vapor fraction 0 4 0 2 0 结垢及腐蚀

16、等问题 可以通过进一步调查后 做更详细 准确的分析 图 1 冷 10 管测物料气象组成与温度的关系图 11 2 2 蜡回收二三次塔顶干空冷器 冷蜡回收二三次塔顶干空冷器 冷 26 1 2 分析 分析 经过优化后的蜡回收二三次塔顶干空冷器 冷 26 1 2 换热区间从 105 摄 氏度到 35 摄氏度 使用单纯的干空冷冷却效果很差 达不到出口 35 摄氏度的要 求 而湿空冷鉴于自身的传热原理也不能将 35 摄氏度的物料冷却到 28 摄氏度 无法实现换热效果 推荐使用表面蒸发式空冷代替干空冷串湿空冷 或水冷 这样不会过度依赖空气换热 既避免了干 湿空冷器的暴露式翅片管积垢 堵塞 又能够节能 一台设备替代原有二台设备 固定资产投资成本也会降低 如果蒸发空冷器预冷段的冷却温度达到 70 摄氏度 剩余部分利用蒸发段冷 却到工艺要求温度 35 甚至是 28 摄氏度 这将设备保持稳定的换热效果 更大的 操作弹性 表面蒸发空冷器的特点 和长周期的安全运行得以保障 此外 应对新参数下的换热过程进行分析 如果期间有跨相变的传热 则意 味着设备工作的热负荷将会很大 此时若继续采用干 湿空冷器就会大大增加能