冷凝器存在結(jié)垢嚴(yán)重、冷凝效果差的問題，不僅直接導(dǎo)致收率低、塔底跑損嚴(yán)重及塔內(nèi)操作壓力升高，而且影響到裝置的安全生產(chǎn)。通過在該塔頂冷凝器系統(tǒng)中安裝
膠球清洗裝置，采用冷換器正反向冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置技術(shù)實(shí)現(xiàn)了精塔冷凝器的定期在線清洗，實(shí)施效果良好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。在石化企業(yè)生產(chǎn)過程中，冷換器結(jié)垢一直是設(shè)備管理與維護(hù)的難題之一。
目前，冷換器除垢方法一般采用的是停車狀態(tài)下的機(jī)械或化學(xué)清洗。這種方法要求在停工狀態(tài)下進(jìn)行，不能解決冷換器在運(yùn)行期間因結(jié)垢導(dǎo)致的效率低下與垢下腐蝕等問題，此方法對(duì)裝置的正常生產(chǎn)影響很大。
針對(duì)某公司氣分裝置的運(yùn)行特點(diǎn)，選用了一種新型的冷換器正反向
冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置技術(shù)解決了上述問題。該冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置技術(shù)在不影響裝置的正常運(yùn)行的前提下，充分利用循環(huán)水水壓動(dòng)力，無需增加動(dòng)力和放收球設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了冷換器管束的在線清洗。此方法不僅可以根據(jù)冷換器的結(jié)垢情況進(jìn)行定時(shí)除垢，而且還可以將現(xiàn)有的除硬垢方式轉(zhuǎn)變?yōu)檐浌盖逑矗瑢?shí)現(xiàn)了冷換器可以在運(yùn)行過程中基本保持在清洗初的狀態(tài)，極大提高了設(shè)備的運(yùn)行周期。
某氣分廠氣體分離裝置（簡(jiǎn)稱氣分裝置）設(shè)計(jì)規(guī)模25X104t/a。精塔（位號(hào)T4103）是氣分裝置分離的主要設(shè)備，精塔頂冷凝器（位號(hào)E4107）有4組8臺(tái)，型號(hào)為BES15OO-2.5-635-6/25-4,安裝在氣分塔區(qū)二層平臺(tái)上，距離地面高度差為11m。管程介質(zhì)循環(huán)水，進(jìn)口溫度22-320,出口溫度38-45X：,循環(huán)冷卻水以內(nèi)部涼水塔的循環(huán)水供水為主，以煉油廠循環(huán)水廠的系統(tǒng)水作為補(bǔ)充，進(jìn)水壓力為0.4MPa。殼程冷凝介質(zhì)為，進(jìn)口溫度46〜53笆，出口溫度40-47X：操作壓力為1.78—1.95MPa。
實(shí)際運(yùn)行過程中，由于冷凝物料負(fù)荷大，E4107管束內(nèi)水流速過慢（實(shí)測(cè)值為0.42m/s）,由此造成管束內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重，給設(shè)備帶來了兩方面的影響:①管束內(nèi)腐蝕加重使得設(shè)備不能長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，給裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)帶來了隱患。②管束內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重，直接影響了冷凝器的傳熱效果,繼而導(dǎo)致塔內(nèi)操作壓力超高、塔頂物料的溫度降不下來、塔底跑損嚴(yán)重及收率降低，由此給裝置的工藝技術(shù)水平與經(jīng)濟(jì)效益帶來較大的影響。
2冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置現(xiàn)場(chǎng)在線清洗技術(shù)方案實(shí)施
由1〜2可知總傳熱系數(shù)K的計(jì)算公式表示如下：K=l/（丄+丄+R+R<,+（1）\a\aoA/式中m、％分別為管內(nèi)、外傳熱膜系數(shù),W/（m2-K）；R、R。分別為管內(nèi)、外流體污垢熱阻，（m2•K）/W；2為管壁材料導(dǎo)熱數(shù),W/（m・K）；3為管壁厚度mm。從上式可以看，要提高冷換器的總傳熱系數(shù)K,必須設(shè)法提高皿、a（>和人，降低3、R和。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，裝置中冷換器的工藝與設(shè)備一旦確定的數(shù)值也已相應(yīng)確定下來，成為冷換設(shè)備傳熱的固定參數(shù)。
根據(jù)有關(guān)冷換器對(duì)流傳熱的分析可以知道，影響傳熱的熱阻主要集中在靠近管內(nèi)壁的層流內(nèi)層和污垢層內(nèi)，因此，可通過改變a,R而達(dá)到提高冷換器K的目的�？赏ㄟ^增加流體的流速來增加湍流程度，以減小層流內(nèi)層的厚度。但隨著流速的加，流體阻力也相應(yīng)的增加，這部分阻力損失需要通過提高循環(huán)水的壓力來平衡，在實(shí)際運(yùn)用中，流速的提高是有限的或是不經(jīng)濟(jì)的。在工業(yè)生產(chǎn)中，管內(nèi)污垢的存在使傳熱系數(shù)極大降低，特別是當(dāng)冷換器使用時(shí)間較長(zhǎng)，垢層較厚時(shí)，垢層熱阻R已經(jīng)成為影響傳熱效率的主要因素。因此，從理論上分析，采用在線清洗技術(shù)對(duì)冷換器進(jìn)行在線除垢是提高冷換器傳熱效率佳途徑之一。
3冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置現(xiàn)場(chǎng)檢查與測(cè)試
工業(yè)化應(yīng)用測(cè)試結(jié)果為，冷擬器E4107的清洗收球率均超過90%,冷凝器傳熱效率平均提高了70%以上，回收率從98.11%提高到99.97%,塔底質(zhì)量分?jǐn)?shù)從L44%下降到0.11%,塔內(nèi)操作壓力基本保持在1.75-1.9MPa,氣分裝置精塔生產(chǎn)能力提高20%以上。
2007年7月檢修時(shí)，打開冷凝器E4107/GH進(jìn)行了管束檢，其結(jié)果是內(nèi)壁潔凈，基本無水垢，冷凝器管束保持了較好清潔度。該技術(shù)對(duì)防止結(jié)垢、提高冷凝器傳熱效率起到非常重要的作用。各測(cè)試數(shù)據(jù)見表1〜表2。
表1E4107精塔頂各組冷凝器清洗前、后主要測(cè)試參數(shù)及計(jì)算結(jié)果
項(xiàng)目 清洗前 清洗后
E4107/GH E4107/EF E4107/CD E4107/GH E4107/EF E4107/CD
體積流量/m・h 220.0 150.0 160.0 260.0 195.0 162.0
管程水進(jìn)口溫度性 21.7 21.7 21.7 25.2 25.2 25.2
管程水出口溫度/r 37.0 36.7 37.0 41.0 41.8 41.3
殼程物料進(jìn)口溫度re 45.0 45,0 45.0 44.8 44.8 44.8
殼程物料出口溫度z 39.4 42.6 43.0 38.8 42.6 41.8
有效平均溫差/t 12.2 13.6 13.6 7.7 8.2 8.4
傳熱面積/m2 1270 1270 1270 1270 1270 1270
總傳熱系數(shù)/W•m-2•K-1 186.6 111.7 121.9 362.0 267.6 209.8
清洗前、后總傳熱系數(shù)變化率/% 94,0 139.6 71.9
表2投用后T-4103有關(guān)技術(shù)參統(tǒng)計(jì)表
項(xiàng)目 2007年1月份標(biāo)定數(shù)據(jù)/% •平均值 投用前
2006年數(shù)據(jù)
1月27日 1月28日 1月29日 1月30日 1月31日 2月1日 2月2日
C3H8 99.55 99 98.89 99.75 99.63 99.95 99.93 99.53 98.03
C3H6 0.06 0.09 0.21 0.18 0,09 0.05 0.07 0.11 1.44
iC4H10 0.35 0.91 0.8 0.07 0.26 — — 0.34 0.53
塔底分»C4H10 —
析參數(shù)«C4H8 0.01 — 0.03 — 0.02 — — 0.01 —
tC4H8 0.03 — 0.07 — —— — -~ 0.01 —
iC4H8 —
cC4H8 —
合計(jì) 100 100 100 100 100 100 100 100 100
進(jìn)料量/t・hf 35.08 33.65 33,03 34.93 35.75 33.97 33.81 34.42 25.70
塔壓力/MPa 1.77 1.79 1.78 1.79 1.75 1.78 1.74 1.77 1.89
以丙烷設(shè)計(jì)處理量25X10t/a、丙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)15.01%（2006年數(shù)據(jù)）、塔底質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.44%（2006年數(shù)據(jù)）及塔底質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.11%（見表2的標(biāo)定數(shù)據(jù)）為計(jì)算依據(jù)。
4.1冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置清洗前、后跑損量
氣分裝置丙烷產(chǎn)量=處理量X丙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)=37525t/ao清洗器使用前跑損量=丙烷年產(chǎn)量X塔底質(zhì)量分?jǐn)?shù)=540.36t/a,投用清洗器后跑損量為41.28t/a,每年減少的跑損量為499.08t/a。
以價(jià)格9154元/t、液化氣單價(jià)4770元/t為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，可知年創(chuàng)效益為499.08X（9154 4770）=218.6（萬元）。
（1）從表2可知，精塔物料進(jìn)料量由清洗前的平均25.7t/h提高到34.42t/h,氣分裝置生產(chǎn)能力提高20%以上。在冷凝器未增加的條件下,T-4103塔頂?shù)膲毫ζ骄鶅H為1.77MPa,很好地滿足了氣分裝置高負(fù)荷生產(chǎn)條件下正常安全生產(chǎn)的要求。
（2）在降低塔內(nèi)壓力的同時(shí)，塔底跑損平均為0.11%,與未投用之前（2006年1〜8月）的塔底跑損率1.44%（2006年月報(bào)數(shù)據(jù)）相比,塔底跑損大幅降低，氣分裝置的工藝技術(shù)水平得到較大的提高。經(jīng)測(cè)算，年減少跑損量約為500t,年創(chuàng)效益達(dá)218萬元。
（3）對(duì)塔頂冷凝器E4107管束內(nèi)壁污物進(jìn)行了定期的在線清洗，
膠球清洗裝置收球率均超過90%，冷凝器傳熱效率平均提高70%。
（4）該技術(shù)充分利用了循環(huán)水系統(tǒng)水壓動(dòng)力，無需增加動(dòng)力和放、收球設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置。冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置安裝便利，操作方便,便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，每次清洗時(shí)間20-30min,清洗費(fèi)用低，清洗效果好，可將冷換設(shè)備檢修周期從目前2-3a提高到5-6a,節(jié)省大量設(shè)備的檢修費(fèi)用。
（5）由于冷凝器在運(yùn)行的過程中始終保持在清洗初始的換熱狀態(tài)，極大地提高了設(shè)備的傳熱效率及循環(huán)水的利用率。按正常設(shè)備全年平均除垢率70%〜80%計(jì)，可至少節(jié)省循環(huán)冷卻水15%。
膠球清洗裝置、冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置是冷換器新一代在線清洗技術(shù),它克服了傳統(tǒng)停車時(shí)釆用化學(xué)或機(jī)械清洗，循環(huán)水系統(tǒng)投放水質(zhì)穩(wěn)定劑與阻垢劑方法的不足，為石油化工裝置冷換器在線長(zhǎng)周期高效運(yùn)行提供了技術(shù)上的保證,在煉油、化工、電力、紡織及造紙等行業(yè)使用的冷換設(shè)備中具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。
