大型精细化工油品合成装置新型循环换热分离器研制

刘春友 1 李雪 2 李春雨 3

摘要：为增强能源自主保障能力，大力推动煤炭清洁高效利用，推动对能源安全高效清洁低碳发展方式的有益探索，煤制油精细化工项目采用高温浆态床费托合成工艺，将煤炭间接液化的油品制成液体石蜡、高熔点蜡和合成润滑剂等精细化学品。循环换热分离器在费托合成单元中起着回收油气热量，提高反应循环气温度，进行油气分离，降低装置能耗的作用，它的成功投用关系着整个费托反应系统的平稳运行，是打通整个项目工艺流程的关键，是整个装置的核心设备。

关键词：大型精细化工；油品合成装置；新型循环换热分离器；研制

引言

循环式换热器分离器是对流层合成煤油系统的核心设备之一。上海兰斌石化设备有限公司通过整合大型煤油厂高效换热分离技术，对国内循环换热器分离器进行了研究开发，完成了第一台国内循环换热器分离器的研究开发，实现了其在世界最大煤油厂的应用。

1新型循环换热分离器介绍

1.1工作原理及流程

高温油气从循环换热器分离器顶部流入，均匀分布在气体分布平面上，进入板块束，从板块束顶部向下流动，以换取低温循环气体的热量。高温油气冷却后，形成部分凝结水。气液分离器布置在壳内和板束的底部。气液两相介质经过气液分离元件后，气体水平流动，从壳侧的气相出口送入油气冷器。凝结水向下流动，从罐的地面出口通过罐底部的液体积聚杆和底烧瓶送到空心塔，完成气液分离。冷循环气体（净化装置的费托净化气、循环气压缩机出口循环气、甲烷转化的氢气）从壳侧下方进入壳侧，并向上流动。冷热液引导由板组成的流动通道中的逆流传热，加热的循环气体从壳侧上方流出。

1.2结构设计

循环换热分离器主要由上部换热段和下部分离段两大部分组成。其换热段壳体内径为Φ3400mm，分离段壳体内径为Φ4500mm，总长34107mm，为立式安装结构。换热段下端固定管板与壳体焊接连接，上端采用浮动管箱的设计结构，管程入口管段加装膨胀节进行补偿。分离段在换热段管程出口端均布设置8台并联的旋风分离器，并在旋风分离器底部再次设置油水分离装置。新型循环换热结构复杂，装配要求高，制造工艺控制难度较大。

2薄壁筒体椭圆度控制

循环换热分离器换热段筒体壁厚为48mm、52mm及60mm不等，壳程进、出口接管开孔直径为Φ1274mm，在卧置制造时，大直径薄壁筒体焊接大直径接管会导致接管焊接部位塌陷变形，在装配、施焊及热处理整个过程中均加装内部支撑以防止壳体圆度超差。由于结构限制壳体接管开孔采用外坡口，在接管焊后有轻微的内收缩变形现象。如果条件允许，建议在类似产品制造中应优先考虑采用内坡口以减轻由于焊肉内收缩导致筒体接管部位凹陷的情况。大直径薄壁筒体由于自重原因，卧装时易发生塌陷变形导致筒体圆度超差的问题。

3费托反应系统相关设备技改

费托合成装置轻质油分离器底部的旋流破碎机增加了50 mm溢流板，防止螺丝等杂质通过系统。溢出盘的设置与溢出坝的设置相同。必须调整溢流板内径，并根据下液出口导水管增加筛孔，以防止截流现象。远程压力表和温度计被添加到中压水箱和低压水箱中，准确判断蒸汽鼓凝结时凝汽器是否符合接收条件，并加强凝汽器接收过程中液体状态的监测，确保设备安全稳定地运行。鼓式起动初期，随着5.0 MPa的推出，鼓开始升温，压力增大，产生了大量凝结水。但是，如果鼓内压力大于0.5 MPa，则冷凝液不能通过起动冷凝管路压入低压冷凝液池，从而使旁路管道在中压冷凝液池和低压冷凝液池中进行调节。

4异种钢焊接工艺评定及焊接

为了满足各段所使用介质、压力及温度的不同要求，各部位采用不同材料造成的异种钢焊接和热处理问题对制造工艺有着很大的影响，我国和国际上的相关标准都对异种钢的焊接进行了明确的规定。按照标准规定对15CrMo和Q345R材质的异种钢焊接方法进行工艺评定，制作15CrMo和Q345R材质的两块工艺评定用试板，在15CrMo材料坡口处预堆焊5mm的J507过渡层，堆焊后将15CrMo材料侧试板进行675℃×8小时的退火处理，再采用J507焊材对两种材料的试板进行焊接，然后对试板进行610℃×8小时的退火处理，对评定试板进行性能检测后，各项性能均符合要求。

5循环换热分离器材料选择

根据标准材料选择，根据高温油气入口(H2-partiald压力1.39 MPa，最高工作温度270 °C)和循环气体出口(H2-partiald压力1.886 MPa，最高工作温度219 °C)的物流工艺参数，检查Hg / T 20581-2011“化工钢容器材料选择规定”，结果表明高温油气和循环气体的工作环境低于曲线。因此，高中根据工作条件是设备的高温截面壳。为提高安全性能，考虑设备的长期安全运行，优选304L + 15CrMoR复合材料。底壳充满循环气体注入，温度较低，因此选择304L + Q345R复合材料。选择分离器材料时，主要是热交换后高温油气的温度(ca)。125 °C)，采用304L + Q345R复合材料。不锈钢304L被选为其他零件的制造材料，如空心头、传热元件和分离元件。

6旋风分离器的工艺控制

循环换热分离器中分离器部分在整个设备的运行过程中起着关键性的作用，分离器的制造与安装直接影响分离产物的效果。由于本设备分离部分尺寸较大，8台旋风分离器均布于其内部，安装操作难度大。采用内外联合放样的方式进行，外部场地进行放样标记，设备内部安装位置进行定位标记。旋风分离器依次依数字大小组装，组装过程中先组对方形接口端，再调整尾部尺寸，使得各项公差在要求范围内。每个旋风分离器焊接后做好固定，待8个全部组装完成后检测整体尺寸及相对尺寸公差满足要求。以上工作完成后，在8各分离器尾部套入工艺板，有效控制旋风分离器的相对位置。检测工艺板周圈与壳体内壁间距均匀后固定。再将8个旋风分离器与固定支架相焊，固定其相对位置。

7循环换热分离器换热芯体压紧结构设计

挤压结构是循环换热器分离器换热功能模块中液体介质的分支元素，具有平衡板侧与壳侧介质之间的设计压力差的功能。主要由压板、支承板、外拱板、加固板、支承板梁和纵向筋组成。挤压板是一种平板，其长度和宽度均与换热器板相同。沿挤压板的长度方向排列多个支承板，在相邻支承板圆弧段的外侧边缘排列外拱板，在相邻支承板之间排列纵向加强板，在支承板的矩形角处添加加强板，在支承板的横向支承板之间添加纵向加强板，并与每个支承板焊接。

结束语

循环换热分离器为目前首台集换热和旋风分离为一体的大型费托合成单元中的关键设备，他的研制成功可有效解决现有装置的设备换热效果不足、分离的重质油和蜡中带水及分离器易阻塞等问题。针对结构复杂的设备进行工艺方案的优化设计，对大直径薄壁且安装精度要求较高的设备采用合理的组焊工装，对焊接变形进行预先控制，可有效的解决制造中所出现的问题，为同类设备的生产积累经验。

参考文献

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