中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司第五联合车间  辽宁大连  116033
        摘要：装置夏季生产高熔体质量流动速率等牌号的产品时，由于E208、E209板式换热器换热能力不足，导致两个环管反应器温度剧烈波动，较难实现温度平稳控制，生产负荷较低，达不到设计负荷25t/h，造成丙烯库存居高不下，甚至外卖丙烯，影响公司整体物料平衡。本文着重分析E208、E209板式换热器换热能力不足的原因，并提出改进措施，解决装置夏季生产的瓶颈问题。
        关键词：板式换热器  换热能力 温度控制 负荷 改进措施

        20万吨/年聚丙烯装置采用意大利Basell公司的Spheripol二代聚丙烯工艺技术，聚合反应使用两台串联环管反应器（R201、R202），每个环管反应器的反应热由夹套水来撤除，夹套水由板式换热器E208（R201）和E209（R202）与循环冷却水进行换热。循环泵使夹套水流量恒定。循环泵P205A或P205B用于第一反应器，循环泵P206或P205B用于第二反应器，P205B通常是一台备用泵。反应器夹套水温度控制器受控于反应器温度控制器，它控制流至板式换热器E208或E209的夹套水量。
        1 反应器夹套水系统流程及相关设备参数
        1.1  反应器夹套水系统流程图

        1.2  E208、E209设备参数
       

        1.3  P205A/B、P206设备参数
      

        1.4  反应器设备参数
        位  号 名  称 型  式 操作条件 设计条件    
       

        2 E208、E209板式换热器换热能力不足对生产的影响
        2.1  对两个环管反应器反应温度的影响
        从2012年夏季开始，七月至九月期间，随着环境温度及湿度的升高，E208、E209板式换热器换热的循环冷却水温度也持续升高，（循环水上水温度设计指标≤32℃），当循环冷却水温度超过26.5℃时，相同的生产负荷，生产低熔体质量流动速率的产品如（T30S、T36F、T36FD产品），两个环管反应器反应温度稳定且易于控制，TV2402B阀门开度在40%-55%，TV2502B阀门开度在55%-65%，E208、E209板式换热器换热有一定余量；生产高熔体质量流动速率等产品时，TV2402B阀门开度在20-35%，TV2502B阀门开度在40-55%，说明E208板式换热器换热已基本没有余量，E209板式换热器换热稍有余量，两个环管反应器反应温度波动较大，甚至出现发散震荡，反应器温度控制难度较大，反应器温度控制超温的风险较高。
        2.2  对生产负荷的影响
        从2012年夏季开始，七月至九月期间，装置生产低熔体质量流动速率的产品如（T30S、T36F、T36FD产品）装置生产负荷可以达到设计负荷25t/h及以上。生产高熔体质量流动速率等产品，由于板式换热器换热能力不足，导致反应器温度波动，装置被迫降低负荷运行，生产负荷达不到设计负荷，平均负荷只有22 t/h-23 t/h。装置每个月的产量按照公司的排产计划进行生产，如果生产高熔体质量流动速率的产品负荷低、产量少，势必会影响全月、全年生产任务的完成，同时造成丙烯库存居高不下，甚至外卖丙烯，影响公司整体物料平衡，这也成为装置夏季安全生产的瓶颈问题。
        3  E208、E209板式换热器换热能力不足的原因分析
        3.1  E208、E209换热面积不足对换热能力的影响
        夏季循环水温度高，空气湿度大，装置生产高熔体质量流动速率等产品，生产负荷控制在设计负荷25t/h 时，进入E208换热器撤热的夹套水水阀开度达到极限，没有调节余量，进入E209换热器撤热的夹套水水阀开度接近极限，也没有多少调节的余量，反应器温度波动较大，装置必须降低生产负荷运行，说明E208、E209板式换热器工作负荷接近设计负荷，换热面积明显不足。
        3.2  E208、E209板片结垢对换热能力的影响
        装置停工检修，打开E208、E209板式换热器板片进行检查，发现E208、E209板片结垢严重。

        图1  结垢的板片
        3.2.1  板片结垢对换热的影响：
        3.2.1.1  降低了换热器的的传热效率，传热面的传热情况显著变坏影响了换热器的换热效果。
        3.2.1.2  减少流通截面，增加循环流动阻力，严重时还会发生堵塞，破坏循环回路的正常工作。
        通过以上分析，说明板片结垢严重影响了E208、E209换热器的换热效果，导致换热器换热能力下降。
        3.2.2  换热器结垢的原因分析：
        3.2.2.1  夹套水温度高，引起无机组分的浓缩，并在传热表面形成无机盐垢层，如CaCO3、Ca3（PO4）2、Mg（OH）2、CaSO4、MgSO4等。
        3.2.2.2  循环水补充水带来的固体悬浮物及冷却塔蒸发降温时空气灰尘进入。
        3.2.2.3  循环水体中菌藻的繁殖和死亡形成的生物粘泥。
        3.2.2.4  循环水系统中腐蚀产物包括化学腐蚀和原电池腐蚀。
        3.2.2.5  生产过程物料泄漏造成的污垢等。
        3.3  E208、E209循环水中杂质对换热能力影响
        装置停工检修，打开E208、E209板式换热器板片进行内部检查，检查发现E208、E209板式换热器循环水侧有铁锈、塑料皮、昆虫尸体等杂物存在，这些杂质堵塞循环水流通通道，降低了循环水流量，影响换热器的换热效果。

        图2  循环水侧堵塞的杂质
        3.4  检维修深度对换热能力的影响
        装置停工检修对E208、E209板片进行化学清洗时，可能存在检维修深度不够，板片没有完全清洗干净的可能，影响换热器的换热效果。
        4  提高E208、E209板式换热器换热能力的改进措施及效果
        4.1  2013年大停检E208、E209扩容增加板片
        装置原设计E208、E209的最大操作弹性范围是120%。E208原设计板片262片，E209原设计板片195片，为了增加E208、E209的换热面积，2013年4月份大检修，E208增加板片80片，增加后板片数共计342片，换热面积增加约30%；E209增加板片72片，增加后板片数共计267片，换热面积增加约37%。E208、E209扩容增加板片后，夏季生产高熔体质量流动速率等产品，负荷有了一定程度的提高，负荷可以达到设计负荷25t/h。
        4.2  对E208、E209进行化学清洗
        所谓化学清洗就是用化学方法去除物体表面积垢而使其恢复原始状态的过程。装置每次停工检修，都要把E208、E209板片进行拆卸、化学清洗。现场把E208、E209板片浸泡于浓度为6%-8%的柠檬酸溶液中12小时以上，使其表面污垢溶解，去除掉大部分污垢，最后使用人工清理。E208、E209经过化学清洗后，换热能力显著提高，对两个反应器温度稳定控制起到了积极作用。

        图3  化学清洗后的板片
        4.3 在公司相关部门的协调下，循环水场增加隔离滤网，防止飞虫、柳絮等杂物的进入，改善了循环水的水质。
        4.4  E208、E209循环水线增加过滤器
        由于循环水夹带杂质堵塞换热器，影响换热器的换热效果，所以装置决定利用2020年大检修机会，对E208、E209循环水线增加过滤器，过滤掉循环水中杂质，提高循环水流量，保证换热器的换热效果。
        E208、E209循环水线增加过滤器后，2020年7月、8月、9月三个月生产实践检验，反应器温度控制稳定，平均负荷25.7t/h。
        5  结论
        本文对E208、E209板式换热器换热能力不足的各种原因，进行了深入的探讨与分析，并有针对性提出改进措施，通过对E208、E209扩容改造、化学清洗、循环水场增加隔离滤网、循环水侧增加过滤器等措施，保证了夏季装置安全稳定生产，反应器温度稳定且易于控制，生产负荷达到或超过设计负荷，保证了公司整体的物料平衡，解决了夏季装置生产的瓶颈问题。

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