發表時間： 2026-06-16 17:24:39
作者： 石油化工設備維護與檢修網
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關鍵詞 | 加氫裂化 高壓換熱器 選型
導讀
螺紋鎖緊環式換熱器是高壓加氫裝置上常見的換熱器之一，20世紀70年代由美國Chevron公司和日本千代田公司共同開發研究成功。歷經幾十年的發展，其制造水平不斷提高，已在煉油、化工、煤氣化等領域廣泛應用。
纏繞管式換熱器是一種結構緊湊的高效換熱設備，其結構形式不同于傳統的管殼式換熱器，近年來已被廣泛應用于煉油、化工、煤氣化、空分等領域。本文主要對兩種換熱器進行對比，分析加氫裂化裝置高壓換熱器的選型。
加氫裂化裝置高壓換熱器應用情況
高壓換熱器應用位置
加氫裂化裝置反應系統典型的流程見下圖。
反應進料與氫氣混合后與反應產物換熱，進入加熱爐達到反應所需溫度后進入反應器;反應產物與汽提塔底油換熱后進入熱高壓分離器;熱高壓分離器氣相先后與氫氣、冷低分油換熱，經高壓空冷器進入冷高壓分離器;冷高壓分離器氣相經過脫硫后，進入循環氫壓縮機，而后一部分作為急冷氫，一部分經反應進/出料換熱器返回反應器。
上圖中有5臺高壓換熱器，E01~E05。不同的專利商設計的具體高壓換熱器臺數不同，但基本上都在上圖所示工藝位置。
高壓換熱器常見問題
①壓力降大小直接影響裝置能耗
加氫裂化裝置高壓換熱器大部分應用于循環氫回路，此回路中壓力降的大小直接影響循環氫壓縮機的能耗。對于一次通過的加氫裂化裝置，循環氫壓縮機的能耗約占裝置總能耗的15%~30%。因此，高壓換熱器壓力降的大小對裝置能耗影響較大，較小的壓力降有利于降低裝置運行成本。
②換熱器運行條件苛刻
加氫裂化裝置為高壓、臨氫工藝環境，對設備、材料要求高，部分緊急事故的處理需要對反應系統進行0.7MPa/min或2.1MPa/min泄壓，此時高壓換熱器壓力快速下降，溫度上升較快，容易出現泄漏、火災等事故。
③大型化增加制造難度
隨著近年來裝置大型化的迅速發展，高壓換熱器規格越來越大，加工難度增加。對于螺紋鎖緊環式換熱器，直徑大于1600mm為大型，加工難度較大，管板容易變形、平整度要求苛刻，更容易出現內漏問題。近兩年已經出現1800mm的螺紋鎖緊環式換熱器，但制造難度更大，內漏風險也更大。
④氮、硫等雜質含量高易腐蝕結焦
加氫裂化裝置進料氮質量分數大部分在500~2000μg/g314，反應產物中存在的氨將與硫化氫或極少量的氯化氫結合生成銨鹽。加氫裂化裝置銨鹽結晶溫度主要為160~210℃，反應產物中氨含量越高結晶溫度越高，且氯化銨較硫氫化氨更容易結晶，需要采取間斷注水和連續注水溶解銨鹽，以防止垢下腐蝕、銨鹽沖刷腐蝕導致換熱器內漏、管束穿孔等。加氫裂化裝置原料可為脫瀝青油、催化裂化柴油、焦化柴/蠟油、直餾柴/蠟油等，反應進料/反應產物換熱器操作溫度一般在190~440℃，反應原料中的芳烴、膠質、瀝青質等極易導致高壓換熱器結焦，雜質含量越高越容易發生結焦。結焦將使換熱效率降低、壓力降上升，嚴重時導致裝置無法繼續運行。
兩種換熱器的技術比較
螺紋鎖緊環式
加氫裂化裝置上常用的螺紋鎖緊環式換熱器從結構形式上可分為高-高壓形式和高-低壓形式。螺紋鎖緊環式換熱器的主體密封主要為兩大部分，一是管程側的密封，二是殼程側的密封。如裝置運行過程中出現管程泄漏或管程與殼程間泄漏，不必停工，緊固相應內圈或外圈壓緊螺栓，即可達到密封目的。
纏繞管式
纏繞管式換熱器主要由殼體、芯體及其接管等組成。其中芯體比較復雜，由中心筒、換熱管、墊條、管卡等組成，見下圖。
換熱管緊密地繞在中心筒上，用平墊條及異形墊條分隔，保證管線之間的橫向和縱向間距，墊條與管子之間用管卡固定連接，換熱管與管板采用貼脹+強度焊的連接形式，管板與殼體/管箱之間焊接。
對于大型高壓加氫裝置纏繞管式換熱器，管程的出/入口法蘭一般可作為檢修人員進入管箱的通道。
兩種換熱器的綜合比對
情況見下表。
國內應用概況
國內加氫裂化裝置高壓換熱器大部分采用螺紋鎖緊環式換熱器，但在開工過程甚至長周期運行中存在一些問題。
近些年，纏繞管式換熱器在加氫裝置的應用逐漸廣泛，國內使用纏繞管式換熱器的高壓加氫裝置在20套以上。首次使用纏繞管式換熱器替代傳統的高壓螺紋鎖緊環式換熱器為某1.5Mt/a加氫裂化裝置，具體為反應進料/反應產物換熱器、分餾塔進料/反應產物換熱器。該裝置于2006年12月建成中交，2007年3月開車成功，目前運行良好。
纏繞管式換熱器應用實例一
某煉油廠1.30Mt/a蠟油加氫裂化裝置原料為90%減壓蠟油加10%焦化蠟油，設計干點為550℃，實際運行時原料干點約510℃。纏繞管換熱器應用位置:反應進料/反應產物換熱器E8101、冷低分油/反應產物換熱器E8102、低溫熱水/反應產物換熱器E8103。
該裝置2011年首次開工至今運行良好，換熱效率高，反應加熱爐低負荷運行;反應系統壓力降低，循環氫壓縮機出入口壓差在0.9~1.1MPa。2013年7月檢修，殼程光亮干凈未見結焦和堵塞情況，管程暢通。因此換熱器未進行任何檢修處理。
纏繞管式換熱器應用實例二
某煉油廠3.84Mt/a蠟油加氫裂化裝置原料為100%減壓蠟油，設計干點為575℃，實際運行原料干點為565~580℃，裝置開工7個月內原料的平均干點為572.4℃。最初設計應用螺紋鎖緊環式換熱器，后來改用纏繞管式換熱器，改用前后對比見下表。
總結該裝置開工后7個月內的數據，E01殼程壓力降、裝置負荷趨勢見下圖。
E03殼程壓力降、冷端溫差、熱端溫差等參數及裝置負荷趨勢見下圖。
7個月的運行過程中，E01管程入口溫度約320℃，E03管程入口溫度約390℃，殼程介質皆為反應進料。由圖3~4可見，換熱器壓力降未表現出增加趨勢;冷端溫差、熱端溫差在負荷穩定情況下也較平緩，未表現出換熱效率下降趨勢。目前該裝置連續運行近16個月，換熱設備未出現任何問題。
來源：化工活動家
