第32卷第3期石油化工技術(shù)與經(jīng)濟016年6月Technology & Economics in Petrochemicals.43.超聲波防除垢技術(shù)在烯烴裝置的應(yīng)用許金林(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海200540)摘要:分析了中國石化上海石油化工股份有限公司2"烯烴裝置部分換熱設(shè)備結(jié)垢的原因,并采用超聲波防除垢技術(shù)在相應(yīng)設(shè)備上進行了技術(shù)改造。結(jié)果表明:超聲波防除垢技術(shù)有效延長了換熱設(shè)備的運行周期，節(jié)省了循環(huán)水與蒸汽用量.達到了節(jié)能增效的目的。關(guān)鍵詞:乙烯裝置結(jié)垢換熱設(shè)備超聲波節(jié)能文章編號: 1674-1099 (2016)03 -0043-05中圖分類號 :TB559文獻標(biāo)識碼: A中國石化上海石油化工股份有限公司(以下行。當(dāng)冷卻能力下降時,通常通過加大通水量來簡稱上海石化)2"烯烴裝置約有250臺換熱器,由保證冷卻冷凝效果。循環(huán)水使用成本低,蓄熱能于換熱器使用的工況不同,有部分換熱器在生產(chǎn)力強,是優(yōu)良的冷質(zhì),但循環(huán)水在涼水、輸送和使過程中出現(xiàn)了結(jié)焦和結(jié)垢情況，必須切出系統(tǒng)進用過程中,攜帶了大量添加劑、堿性離子、泥沙,甚行清洗。由于部分換熱器使用時間較長，導(dǎo)致結(jié)至生長微生物細菌,這些都可以附著在設(shè)備管束垢較嚴重,不具備切出清洗的條件,換熱效果明顯上形成污垢。下降,已成為裝置長周期運行的瓶頸問題;而部分每次大修時,從水源到用戶,都進行了清洗更可以切出清洗的換熱器,結(jié)垢造成清洗周期明顯新(冷卻水管路高壓沖洗、局部更換),但隨著運縮短,增加了檢維修費用。行的時間加長,循環(huán)水的濃縮倍率增加,水中的雜質(zhì)含量增加(1 ~3 mm鈣鎂離子垢、泥沙、微生物1換熱設(shè) 備結(jié)垢情況分析黏泥等都對水質(zhì)有影響)。如有管束發(fā)生泄漏，上海石化2"烯烴裝置在生產(chǎn)過程中，各種換物料將進人循環(huán)水中,尤其是有機物料,為微生物熱設(shè)備的運行能力對生產(chǎn)工藝至關(guān)重要,對裝置的繁殖提供了養(yǎng)分,當(dāng)這些微生物粘附在管束上的能耗和長周期安穩(wěn)運行影響較大。以急冷水初時,形成氧濃差電池,發(fā)生電化學(xué)腐蝕,損壞設(shè)備，級冷卻器E- EA2140A為例，其管束中積聚了黏同時有更多的物料進人循環(huán)水中參與循環(huán),對整泥等雜質(zhì)(其結(jié)垢情況見圖1),影響換熱效果和個系統(tǒng)的用水設(shè)備形成威脅。結(jié)垢對設(shè)備的威脅流通量。主要表現(xiàn)為:降低生產(chǎn)負荷、增加蒸汽消耗量、影響產(chǎn)品質(zhì)量、增加循環(huán)水消耗、造成垢下腐蝕縮短設(shè)備使用壽命、額外增加了維護費用等。2換熱器 結(jié)垢造成的損失分析生產(chǎn)過程中，換熱器傳熱性能的優(yōu)劣嚴重影響能源的使用效率和產(chǎn)品的產(chǎn)量,而影響換熱器性能及壽命的關(guān)鍵問題就是污垢的存在。污垢是一種導(dǎo)熱能力很低的物質(zhì),是熱傳導(dǎo)的主收稿日期:2016-03 -30。圖1 E- EA2140A結(jié)垢情況作者簡介:許金林，男,1964年出生,1986年畢業(yè)于上海冶金水冷器用循環(huán)水做冷卻介質(zhì)，帶走物料的余高等?？茖W(xué)校熱能利用專業(yè),2003年畢業(yè)于華東理工大學(xué)工熱，以滿足物料的工藝要求,保證生產(chǎn)的安全運程管理專業(yè),工程師，長期從事項目及設(shè)備管理工作。石油化工技術(shù)與經(jīng)濟第32卷第3期.44.Technology & Economics in Petrochemicals2016年6月要阻力。例如,銅的導(dǎo)熱系數(shù)為393 W/MK,鋼據(jù)進行對比,其因換熱設(shè)備結(jié)垢造成的蒸汽消耗的導(dǎo)熱系數(shù)為46 W/MK,而積垢的平均導(dǎo)熱系見表1。數(shù)僅為0.93 W/MK,相差幾十倍甚至上百倍。表1大修前后同時期的蒸汽消耗對比圖2是污垢熱阻隨時間變化的數(shù)學(xué)模型。項目檢修前檢修后污垢熱阻運行裝置負荷100 614102 248中壓燕汽135 18612 8377初始低壓蒸汽14 6169 664清洗間隔一時間根據(jù)清洗前后統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比可以看出:在裝置的生產(chǎn)負荷變化不大的情況下,僅一-個季度,清圖2污垢熱阻隨 時間變化的數(shù)學(xué)模型洗前比清洗后中壓蒸汽多消耗6 809 t、低壓蒸汽從圖2可以看到:即使剛剛清除完結(jié)垢,一旦多消耗4952t。全年僅因換熱設(shè)備結(jié)垢將多消設(shè)備開機運行,設(shè)備結(jié)垢就會繼續(xù),污垢熱阻持續(xù)耗中壓蒸汽6 809 x4=27236 t,低壓蒸汽多消耗增加，直到嚴重到威脅正常生產(chǎn)時,再進行-一次檢4952x4=19 808 t。修除垢。如此重復(fù)循環(huán)，使得設(shè)備在實際運行期2.2循環(huán)水 量增加間始終處于帶垢作業(yè)狀態(tài)。而由于換熱器一- 直處換熱設(shè)備帶垢運行,換熱效率下降,必須加于帶垢運行狀態(tài)，裝置生產(chǎn)效率會隨換熱效率下大閥門開度,通過加大循環(huán)水用量來保障冷卻降而降低,直至停機檢修除垢。在整個生產(chǎn)運行效果過程中,由于換熱設(shè)備帶垢運行直接或間接造成2.3 耗電量增加裝置能耗的增加、降負荷運行、產(chǎn)品產(chǎn)量的減少、該裝置絕大部分的耗電量都用于進料泵、循環(huán)質(zhì)量的下降等問題都比較明顯。泵.回流泵、輸送泵、風(fēng)機和壓縮機。在裝置負荷-一通過對該裝置在檢修前后的數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場定且滿足工藝要求的前提下，它們的功率是恒定換熱設(shè)備打開清洗時的結(jié)垢情況進行分析,該的,用電量也相差不大。該裝置用電量增加主要是裝置因換熱設(shè)備結(jié)垢造成的各方面的損失如由于污垢造成的泵、換熱設(shè)備和管線的流通阻力增下。大以及換熱設(shè)備結(jié)垢后造成各單元操作的改變引2.1多 消耗中壓及低壓蒸汽起的,也就是說污垢間接的造成了裝置在用電量方該裝置的中壓蒸汽通過丙烯壓縮機的抽出汽面的增加。而獲得,該蒸汽主要供給乙烯裝置的裂解燃料油2.4額外增加清洗費用.汽提塔、中壓蒸汽稀釋蒸汽換熱器、稀釋蒸汽過大修期間換熱設(shè)備清洗統(tǒng)計見表2。由表2熱器脫戊烷塔再沸器、一段循環(huán)冷卻器和開車加可以看出:因換熱設(shè)備結(jié)垢僅清洗費用這項就高熱器、二段進料加熱器;低壓蒸汽通過乙烯致冷壓達257.5萬元?？s機的抽出蒸汽透平來獲得,或從用于急冷油冷表2大修期間換熱設(shè)備清洗統(tǒng)計卻器、來自中壓蒸汽凝液閃蒸罐的閃蒸蒸汽以及換熱器抽芯換熱器清洗清洗費用合計/萬元其他蒸汽透平排氣獲得,它主要用于工藝水汽提單元名稱清洗數(shù)量/臺總面積/m2 (抽芯清洗費用 60元/m2 )塔、輕烴進料、預(yù)熱器、工藝水汽提塔再沸器、凝液汽提塔再沸器、凝液加熱器、脫乙烷塔再沸器、炔裂解單元1316 516.299. 1分離單元21 367128.2反應(yīng)器進料加熱器、脫丙烷塔再沸器、脫丁烷塔再加氫單元5034. 730.2沸器、乙烯產(chǎn)品出料汽化器、丙二烯轉(zhuǎn)化器出料冷卻器、高壓脫丙烷再沸器等。在中壓、低壓蒸汽缺合計1742917.9257. 5乏時,可以通過來自工廠的蒸汽總管來補充。該2.5增加更換管束費用裝置中壓和低壓蒸汽主要通過各換熱設(shè)備來傳遞大修期間換熱設(shè)備更換統(tǒng)計見表3。由表3熱量,一旦這些換熱設(shè)備結(jié)垢，勢必會造成中壓和可以看出:因換熱設(shè)備結(jié)垢更換管束費用高達低壓蒸汽的消耗增加,根據(jù)大修前后同時期的數(shù)790.8萬元。第3期(2016)許金林.超聲波防除垢技術(shù)在烯烴裝置的應(yīng)用.45.表3大修期間換熱設(shè)備更換統(tǒng)計波導(dǎo)底座,波導(dǎo)底座和換能器旋接;換熱器更換換熱 器質(zhì)量更換費用(3)換能器通過高頻電纜與超聲波防除垢裝單元名稱數(shù)量/臺/t合計/萬元置主機相連,主機接220V電源。裂解單元60.8182.43.3 改造方案分離單元1190.2570.6.3.1 配置方案加氫單元根據(jù)每臺換熱器的設(shè)備參數(shù)、兩側(cè)介質(zhì)的工合計15263. 6790.8藝條件、結(jié)垢物質(zhì)的組成與結(jié)垢周期,對每臺換熱器進行超聲波防除垢改造,主機型號為CMII-H3超聲波防除垢技術(shù)的應(yīng)用-06ZB,配備了中環(huán)信科超聲波脈沖防(除)垢裝針對部分結(jié)垢和結(jié)焦比較嚴重的換熱設(shè)備采置軟件VI. 0,設(shè)備具體配置情況見表4。用超聲波防、除垢技術(shù)，以提高換熱效率，降低能表4超聲波防除垢設(shè)備配置耗、生產(chǎn)成本,解決裝置長周期運行的瓶頸，實現(xiàn)設(shè)備名稱位號主機數(shù)備注節(jié)能減排的目的。裂解氣壓縮機透平表面冷凝器E-EA-2703 6 固定管板3.1超聲波 防除垢技術(shù)技術(shù)機理丙烯壓縮機透平表面冷凝器E-EA-2704 6固定管板3.1.1機理乙烯壓縮機透平表面冷凝器E-EA-2705 4固定管板污垢形成需要有兩個必要條件:第一,要有垢急冷水初級冷卻器E-EA-2140A 8 U 形管式質(zhì);第二,要有附著條件。超聲波防除垢技術(shù),是第二急冷水冷卻器E-EA-2141A 7 U 形管式打破污垢的附著條件來阻止污垢的形成"。超裂解氣三段后冷器E- EA-2230A浮頭式聲波脈沖震蕩波在換熱器管和板璧傳播,在金屬E-EA-2230B 5浮頭式管、板壁和附近的液態(tài)介質(zhì)之間產(chǎn)生高速微渦和低壓脫丙烷塔再沸器E-EA-2260A 2固定管板剪切應(yīng)力效應(yīng)，破壞垢粒的附著條件,防止換熱設(shè)高壓脫丙烷塔再沸器E-EA-2258 2固定管板備在運行過程中結(jié)垢,提高換熱設(shè)備的傳熱系數(shù)，3.3.2 實施方案降低并達到同樣的工藝要求所需的能耗量,實現(xiàn)(1)主機安裝節(jié)能目的。主機安裝在換熱設(shè)備管板對應(yīng)位置附近的墻3.1.2優(yōu)勢壁或架構(gòu)上。工作電源的電壓為198 ~242 V,電超聲波防除垢的技術(shù)優(yōu)勢如下:(1)可以實現(xiàn)在線連續(xù)防除垢,不影響生產(chǎn);源電纜由配電箱接至超聲波防、除垢裝置的電源開關(guān),電源的提供和安裝由用戶負責(zé)。(2)運行成本低，不需要人工操作;(3)采用純物理方式,不損害、腐蝕設(shè)備,不(2)換能器安裝每臺主機控制一定數(shù)量的換能器,換能器的會污染環(huán)境,無水資源浪費;(4)使用介質(zhì)廣,適應(yīng)設(shè)備多(管殼式換熱分布位置見圖3。器、板式換熱器等等),防除垢徹底,全面覆蓋換安裝方法:將波導(dǎo)用手工電焊分別堆焊于換熱器管板的外緣上,換能器通過螺紋連接擰固在熱設(shè)備。波導(dǎo)上(見圖4),如遇有障礙時,換能器安裝位置3.2改造 內(nèi)容加裝超聲波防除垢技術(shù)改造涉及2烯烴新可做適當(dāng)調(diào)整。區(qū)400kt/a乙烯裝置裂解氣壓縮機透平表面冷印~220V 3A器E-EA -2703等9臺換熱設(shè)備,改造過程包括換熱設(shè)備調(diào)研、超聲波防除垢設(shè)備配置方案設(shè)計、TTUT工程施工方案設(shè)計項目驗收等階段。改造后換熱設(shè)備的特征如下:(1)換熱器外部安裝超聲波防除垢設(shè)備,換熱器整體工藝結(jié)構(gòu)不改變; ;圖3換能器分布位置示意(2)管板外部焊接超聲波防除垢設(shè)備換能器石油化工技術(shù)與經(jīng)濟第32卷第3期. 46.Technology & Economics in Petrochemicals2016年6月接至主機紋咬邊、夾渣未焊透、氣孔等缺陷。波導(dǎo)的焊接由用戶持證焊工來完成。換能器3.4應(yīng)用效果3.4.1裂解氣 壓縮機表面冷凝器E - EA2703波導(dǎo)表5和表6分別為投用超聲波除垢設(shè)備前后殼體冷卻水出口閥門開度。由表5與表6對比可以看雖出:在投用超聲波防除垢裝置前為保證換熱效果，需要調(diào)整冷卻水出口閥門開度,在同樣溫差的情況下可以看出投用超聲波除垢裝置后,冷卻水出圖4換能器安裝示意口開度較小，而出口開度直接影響到循環(huán)用量。(3)波導(dǎo)安裝由此可見超聲波除垢裝置對于延長換熱器運行周波導(dǎo)的焊接采用手工電弧焊接,焊縫不得有裂期及節(jié)約循環(huán)水用量起到一-定 的作用。表5E-EA2703投用超聲波除垢設(shè)備前冷卻水閥門開度項目.2011-10 2011-11 2011-12 2012 -012012-02 2012 -032012 -04冷卻水進口溫度/C2822:1823冷卻水出口溫度/C351324冷卻水進出口溫差/K6冷卻水閥門開度/%100/65100/70100/70。100/100表6E-EA2703投用超聲波除垢設(shè)備后冷卻水閥門開度項目2013-10 2013-11 2013-12 2014 - 012014 -022014 -032014 - 0439293(423130100/503.4.2急冷水初級冷 卻器E - EA2140A置后冷卻水進出口溫差明顯增大,且隨著使用時表7和表8分別是不同時間段采集的EA -間的延長，EA-2140A并沒有出現(xiàn)換熱效果變差2140A(安裝了CMFG超聲波防除垢裝置)與EA的現(xiàn)象,而EA-2140B冷卻水進出口溫差逐漸減-2140B(未安裝CMFG超聲波防除垢裝置)冷卻小，說明換熱器存在嚴重的結(jié)垢現(xiàn)象。這說明安水進出口溫度數(shù)據(jù)。裝CMFG超聲波防除垢裝置后顯著改善換熱器.表7EA-2140A冷卻水進出口測溫數(shù)據(jù)內(nèi)結(jié)垢現(xiàn)象,延長了換熱器的除垢周期，節(jié)約了維修成本。測試數(shù)據(jù)123456 7平均3.4.3高 壓脫丙烷塔再沸器E- EA -2258高壓脫丙烷塔再沸器E- EA -2258運行1832302832 31 31 33 31冷卻水出口溫度/C .504947494950 51 49個月的蒸汽單耗,2013年9月末投用超聲波防除溫差/K1819191718191818垢設(shè)備。投用超聲波防除垢設(shè)備后,再沸器的蒸汽單耗維持在0.151 V/t 左右。而投用超聲波防表8EA-2140B冷卻水進出口測溫數(shù)據(jù)除垢設(shè)備之前，再沸器的蒸汽單耗平均值為0.165 t。平均物料處理量為30. 8 t/h,則投用超聲123467平均波防除垢設(shè)備后的7個月時間，共節(jié)約蒸汽為30.83330282829303330x(0. 165 -0.151) x24 x30x7=2173. 25 t。504644434444454517 161615151412154結(jié)論通過對比發(fā)現(xiàn),安裝CMFG超聲波防除垢裝(1)應(yīng)用超聲波防除垢技術(shù)后，解決了換熱第3期(2016)許金林.超聲波防除垢技術(shù)在烯烴裝置的應(yīng)用.47.設(shè)備帶垢運行的問題,實現(xiàn)了換熱設(shè)備在線防除數(shù)據(jù)對比，單位原料蒸汽發(fā)生量由之前的平均值垢,有效延長換熱設(shè)備的使用周期。0.165/t降低至0.151Vt,在7個月的運行時間(2)有效防止換熱設(shè)備結(jié)垢,提高換熱器的里節(jié)約蒸汽2 173.25 t。換熱效率，大幅度降低了水冷器的循環(huán)水用量。超聲波防除垢技術(shù)可廣泛應(yīng)用于乙烯裝置,以裂解氣壓縮機表面冷凝器E- EA2703為例,投針對換熱過程中形成的循環(huán)水垢聚合物垢、油污用后7個月時間的數(shù)據(jù)監(jiān)測，與前1年同時間段垢等，解決生產(chǎn)中各類換熱設(shè)備結(jié)垢問題,促進乙作對比，可節(jié)約循環(huán)水1. 124 Mt。烯裝置的安全長周期運行。(3)緩解了再沸器中污垢的形成，延長了使參考文獻用周期,提高換熱器換熱效率,降低再沸器的蒸汽[1]國家發(fā)展 和改革委員會資源節(jié)約和環(huán)境保護司.國家重點耗量。以高壓脫丙烷塔再沸器E- EA -2258為節(jié)能技術(shù)推廣目錄實施指南(第- - 冊)[M].北京:中國財例,在投用后的7個月時間里,與上年同期的運行政經(jīng)濟出版社,2012.Application of Ultrasonic Anti - fouling Technology in the Olefin PlantXu Jinlin( Olefin Division, SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.，Ltd. Shanghai 200540)ABSTRACTThe causes of fouling of some heat - exchange equipment in 2" olefin plant of SINOPEC ShanghaiPetrochemical Co.，Ltd. were analyzed, and technical reconstruction was made on the relevant equipmentwith ultrasonic anti - fouling technology. Result showed that the ultrasonic anti - fouling technology couldeffctively extend the operation period of heat - exchange equipment, save the amount of circulating water andsteam so as to achieve the purpose of energy efficiency.Keywords :ethylene plant ，fouling, heat - exchange equipment, ultrasonie, energy saving2018年以前乙烯市場溫和而丙烯過剩在近期休斯敦召開的IHS世界石化會議上,基于IHS的經(jīng)濟預(yù)測,在未來五年內(nèi)乙烯需IHS有關(guān)專家指出，全球乙烯和丙烯供需平衡的求應(yīng)該是強勁的。假設(shè)全球乙烯項目都按照建設(shè)趨勢是相反的。在未來幾年中，乙烯市場將受到和啟動計劃進行,那么在2018年開工率將出現(xiàn)下供應(yīng)短缺或需求增長的影響,乙烯需求可能走強，降,但啟動時間存在不確定性。而丙烯市場則將應(yīng)對過剩產(chǎn)能。2015年,亞洲和歐洲都保持了高開工率,由全球所有地區(qū)的公司都在努力決定是否投資于供應(yīng)中斷導(dǎo)致乙烯價格飆升,促使這兩個地區(qū)建廠、投資對象及最佳投產(chǎn)時間,而且還須考量競的利潤率已接近歷史高位。全球有太多的專產(chǎn)丙爭對手是否在做相同的打算。烯裝置正在建設(shè)之中。全球市場正處于丙烯“泛開工率是全球乙烯市場所面臨的最關(guān)鍵問濫”狀態(tài),價格已經(jīng)惡化到在所有地區(qū)處于弱勢頁。未來五年內(nèi)，任何需求增加或供應(yīng)中斷都將地位。不過，市場在2018年將吸納新的供應(yīng),并在最低程度上推動全球乙烯供應(yīng)體系進入-一種不到2020年維持平衡。穩(wěn)定狀態(tài),并很可能會陷入停滯局面。(中國石化有機原料科技情報中心站供稿)