用甲醛废锅代替净化加热炉换热器使用小结

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2008-11-24 10:44:01 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:换热器


  1 净化加热炉对流段换热器损坏的原因分析

  加热炉对流段换热器为列管式热交换器,壳体直径为1500mm,列管规格为 57×3 5mm,列管长3400mm,换热面积约为180m2,壳体及列管材料均为20g。原设计在加热氮气的工况下承受的烟气温度≤700℃。

  从设备的损坏情况看,主要为过烧,分析过烧的原因有二:一是由于加热炉所烧的煤气压力较过去高,燃烧时火焰高温区上移,烟气出辐射段温度提高;二是因该加热炉原设计为加热氮气,氮气进加热炉辐射段温度仅40℃,出辐射段进加热段温度计算仅200~250℃左右,因此加热段列管最高壁温在450~475℃。查文献[1],列管材料还能承受,但由于升温介质的改变,由氮气改为过热蒸汽,进加热段升温介质温度可达300℃左右,列管最高壁温可达500℃以上,超出了20g材料温度承受范围,导致了设备的损坏。

  2 代用设备的选择

  为了防止同样事故的发生,所选代用换热器材料耐热特性必须超过20g。

  经过对我公司现有设备的摸底,了解到有一台甲醛氧化反应器的废锅闲置不用并已报废,其工艺参数及设备规格如下。

  设计压力 管程0 17MPa,壳程0 22MPa

  设计温度 管程650~200℃,壳程133℃

  换热面积 93m2(以外径计)

  筒体直径 1200mm

  换热管规格  25×2 5mm,L=1351mm

  换热管数量 913根

  材料 壳体及换热管均为1Cr18Ni9Ti

  用该换热器代替净化加热炉换热器,管程走烟气,壳程走减压后的过热蒸汽,其操作压力均低于0 2MPa,因此该换热器的使用压力等级不成问题。

  甲醛废锅材料为18 8不锈钢,经查手册其长期使用温度可达766℃,也就是说,即使烟气温度达1000℃,加热介质温度达500℃时,其计算壁温达750℃,该废锅也能承受。因此,该废锅的材料能满足要求。

  但甲醛废锅的换热面积仅为原设备的一半,且二者的烟气流通面积分别为0 286m2和0 59m2,在同样的烟气流量条件下,该废锅烟气流速是原加热段的2 06倍,相应烟气阻力会有较大的增加,因此该废锅能否代替净化加热炉换热器还需进行严格的工艺校核。

  校核条件如下:净化加热炉辐射段共24根 108×4mm不锈钢管,L=4000mm;中变炉催化剂装填量为30m3(45t);燃烧煤气成分H238%、CH41 5%、N221%、CO32%、CO27%、O20 2%、Ar0 3%;中变炉升温还原共有2台加热设备,低于150℃时用空气升温,电炉加热(功率700kW),升温速度为10℃/h;在150℃以上时切换成过热蒸汽升温;在温度达200~250℃时,在严格控制氧含量的条件下,补氢还原。

  工艺核定的结果为:甲醛废锅虽换热面积较小(93m2),但由于烟气及升温介质流速提高从而使辐射段及加热段总传热系数有较大的提高,在同等的热负荷条件下,所需的换热面积减小,辐射段为31 42m2,加热段为81 9m2,用甲醛废锅代替加热段换热器,换热面积富余量不大。但以上计算未考虑补氢的反应热,实际上随着升温还原进程中的不断补氢(反应热为9 63kJ/mol),以此计算,在进出催化剂层氢含量差在0 5%~1%的工况下,补氢放出的反应热可占还原所需热量的5%~10%,因此综合考虑补氢因素,确定用甲醛废锅代替加热炉换热器是完全可行的。

  另外,由于甲醛废锅的烟气通道较小,工艺核定的结果是烟气进出该废锅的阻力降增大,这是操作中的一个不利因素,但从数据上看,由于列管长度缩短了近2/3,加之不锈钢管的相对粗糙度较小,增加的阻力降不是很大,可以通过改进操作方法予以弥补,如尽量使用电炉升温,减小加热炉的热负荷,使烟气流量、温度降低,从而减小烟气阻力。对于壳程阻力的增加,因升温介质由原设计氮气改为过热蒸汽,本身有压力,故不需考虑阻力增加的因素。

  甲醛废锅管板为固定管板结构,而原加热炉换热器为挠性薄管板结构,二者有一定的差别,但经核定,甲醛废锅此种型式的管板结构应用于现加热炉工况条件下不存在问题。

  由于工况的变化,根据现加热炉的工艺参数对甲醛废锅的U型膨胀节进行了核定,核定结果该膨胀节可满足要求(未进行疲劳寿命核算)。

  综合以上情况,我公司决定用甲醛废锅来代替净化加热炉换热器。

  3 工程的实施

  代用设备确定以后,我公司很快组织了工程实施,主要进行了以下几项工作:  (1)对代用设备甲醛废锅进行全面检测;

  (2)将代用设备甲醛废锅安装定位;

  (3)因原软水、蒸汽进出口管径较小,进行适当改造;

  (4)设备及管道进行保温处理;

  (5)做好多项准备,考虑各种不利因素的可能性,在必要时补入CO进行还原。

  我公司仅用4d即完成了代用设备的安装、配管及保温工作,并于2004年3月4日开始对三期净化中变炉催化剂进行升温还原。

  4 使用情况

  4 1 在三期中变炉升温还原中的应用

  2004年3月4日上午10:00开始空气升温,开启电炉加热,未开加热炉;3月5日14:00停用空气升温,切换为过热蒸汽,此时的T3~T7点温度均为153℃,电炉功率为464kW;3月5日17:00开始开启加热炉,与电炉同时对催化剂进行升温还原,由于加热炉的开启,电炉功率调至最低;3月5日18:30对系统补氢;3月6日加热炉、电炉同时升温,并加大配氢量,电炉最大功率为491kW;3月7日3:39,系统压力开始下降,4:30开始下调电炉功率;3月7日10:00升温还原结束,此时的T10点温度为450℃,加热炉出口温度达440℃,电炉出口温度为504℃,加热炉炉膛温度为694℃,电炉功率为323kW。

  整个升温还原过程大致延续72h,从升温还原过程看,电炉开启最大电流为1000A,电压260V,计算功率<500kW,距铭牌功率700kW尚有一定的安全余量。在升温还原后期,由于温度的提高及配氢量的增大,加热炉的操作难度有所加大,具体表现在系统压力下降,煤气烧嘴的调节比较困难,从而引起电炉和加热炉的热量分配不均衡。烟气阻力较大,加热炉的热负荷不易提高。从整个升温还原过程看,甲醛废锅代替加热炉换热器在三期净化中变炉升温操作中没有出现大的问题,升温过程也比较顺利,因此是完全可行的。

  4 2 在四期净化中变催化剂升温还原中的应用

  用甲醛废锅代替加热炉换热器对三期净化中变炉催化剂进行升温还原取得了成功,而四期净化中变炉的升温还原也必须用此台加热炉,四期中变炉催化剂装填量为37m3(55t),升温还原所需热负荷更大,甲醛废锅的换热面积则无大的余量。因此对四期中变炉而言,如仍以三期中变炉同样的空速进行升温还原,大致增加热负荷23%左右。

  在2005年9月四期净化中变催化剂升温时,我公司通过在工艺上采取必要的措施,使该加热炉亦可正常用于升温还原,结果在四期净化中变催化剂的升温还原中也取得了理想的效果。

 



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