铸铁板式空气预热器用于加氢裂化装置加热炉改造
                           傅风雷，赵彬屹，原栋文
          （中国石油化工股份有限企业金陵分企业，江苏南京２１００３３）
    摘　要：国产化的双面翅片铸铁板式空气预热器，以其优良的抗露点腐蚀性能和良好的传热性能、较低的漏气系数、不易积灰等优点成功取代热管式空气预热器，应用在高压加氢裂化装置反应炉和分馏炉的延期余热回收系统改造，有效地降低排烟温度，提高了２％炉效，减少了瓦斯用量，降低装置能耗，既取得了理想的经济效益，又能保证装置平稳生产。
    关键词：铸铁板式空气预热器　余热回收　加热炉　节能降耗
    目前炼油装置的工业炉普遍采用热管式空气预热器回收烟气中的余热，以提高加热炉热效率，节省燃料。热管式空气预热器使用寿命大多在１～２年，超过３年的很少【１】。由于热管易积灰，以及热管失效、不耐腐蚀、高温爆管、漏风等问题，已经不能满足当前增效节能以及环境保护的要求。国外很早就将传热效率高的板式换热器概念引入工业炉烟气余热回收领域，国外已有用于排烟温度为６５℃的板式空气预热器。
    为打造世界一流增效节能的能源企业，中石化各企业对工艺技术选择、设备选型和能量回收等都提出了越来越严格的要求。为了进一步降低能耗、保护环境，Ⅱ加氢裂化装置采用了拥有国内专利技术的铸铁板式空气预热器，以替代传统的热管式换热器，取得了良好的经济效益。
    １·大型铸铁板式空气预热器在国内研发成功【１】
    铸铁板式空气预热器在炼油厂火焰加热炉标准中是首选使用的，但理想的铸铁换热元件具备较高的铸造技术门槛，国内铸铁板的制造刚刚起步，进口产品价格非常高，所以应用非常少。中国石化集团洛阳石油化工工程企业与溧阳市恒祥特钢合作立项攻关，解决大型双面双翅片铸铁薄板的铸造难题，研制出铸铁双面双翅片板式空气预热器，并成功应用于石化企业。根据上海材料研究所的腐蚀试验报告，在７０℃，质量分数为５０％的Ｈ２ＳＯ４溶液中，双面双翅片铸铁板原始铸态表面的腐蚀速率为５．５７ｍｇ／（ｍ２·ｈ），具有良好的耐饰性能；另据西安交大的传热试验报告，该预热器传热性能优良。
    大型铸铁双面双翅片板式空气预热器采用模块化连接技术，将多片双面双翅片铸铁板密封连接起来形成一个立体模块（见图１）。多个这样的立体模块密封连接起来，形成魔方一样的结构，构成一个大型铸铁板翅式空气预热器，如图２所示。
                 
                
    铸铁板翅式空气预热器主要特点如下：
    １）优良的抗露点腐蚀性能
    低温露点腐蚀是工业炉行业的共性问题，也是世界性难题，虽然有大量的耐露点腐蚀钢，如０９ＣｒＣｕＳｂ（ＮＤ钢）、Ｃｏｒｔｅｎ（美国）等，但使用特种钢成本较高，也不能有效地抵抗低温露点腐蚀【２】。目前的共识基本上还是采用铸铁材料，其含有４％～５％的Ｃ，因碳具有一定的惰性，阻碍了酸对金属的电化学腐蚀，从而延缓了露点腐蚀的进程，延长了预热器的使用寿命【３】，而且价格相对低廉。上海材料研究所对此次改造所使用的双面翅片合金铸铁传热板的耐腐蚀性能进行取样挂片对比性试验。试验结果表明，该铸铁传热板具有优异的耐酸腐蚀性能，是普通碳钢的１８倍，优于ＮＤ钢。
    ２）传热性能好
    １９９０年，西安交通大学在吸热式风筒上对板式空气预热器进行了传热及阻力测试，证明该预热器结构紧凑、换热性能好、阻力小。经过测试，板式空气预热器的传热系数为管束式空气预热器的１．２～１．５倍。同等热负荷下，可节约２０％～５０％换热面积，排烟温度可长时间保持稳定，保持加热炉热效率，因此，该预热器极具经济效益【４】。
    ３）漏气系数低
    板式空气预热器由多个换热单元和钢框架组成。换热单元由两块双面翅片铸铁板组合而成（可以看作片状换热管），换热单元的数量由工艺条件计算确定。换热单元之间的密封面垫片通过耐高温粘结剂固定在密封面上，由螺栓拧紧，以防止空气与烟气混合，漏气系数可降至３％。
    ４）不易积灰，运行维护成本低
    传热片竖向放置，与烟气流向一致，空气水平流动，所以传热片不易积灰，只可能挂灰。板间距在制造过程中可以根据设计燃料品种及其含硫量的不同进行适当调整，利用烟气的流速把烟气灰垢冲到下部，从而保证整体传热效率不下降。不需要吹灰器，使用中基本不需维护，可实现长周期高效运行。
    ２·Ⅱ加氢加热炉主要参数
    金陵分企业Ⅱ加氢裂化２００５年４月６日投产，设计规模１５０万ｔ／ａ，炉后混氢，以沙特轻质蜡油和焦化蜡油的混合油为原料，生产航煤、柴油、液化气、轻石脑油和重石脑油。氢气加热炉（Ｆ１００１）、第一分馏塔底重沸炉Ｆ１００２和第二分馏塔底重沸炉Ｆ１００３设计参数见表１。

    ３·改造前后工艺参数和余热回收效益对比
    ２０１３年１月１９日，改造完成后开始投用铸铁板式空气预热器。
    改造前使用的热管式空气预热器及此次改造使用的铸铁板式空气预热器主要参数及热回收效益对比见表２。

    说明：Ｆ１００１的处理量是指进入加热炉炉管的氢气流量；Ｆ１００２和Ｆ１００３的处理量是指进入加热炉炉管的反应生成油流量（主要成分是石脑油、航空煤油、柴油和蜡油的混合物）从改造前后运行参数可以看出：铸铁板式空气预热器具有明显优势，可显著降低空气预热器的排烟温度，甚至可在露点腐蚀工况下稳定运行，提高炉效，降低瓦斯耗量（标准状态）４６．５ｍ３／ｈ，通常炼油厂瓦斯单价为３　４０６元／ｔ，相对以前热管式预热器降低成本１０２．６万元／年；铸铁板式预热器投资成本约为２．５万／ｔ，投资回报周期２年。
    排烟温度降低后，烟气在引风机入口有冷凝水产生，如果烟气温度降低到９０℃以下，水量较大，因设计中已经考虑到冷凝水，在空气预热器底部留有排凝口，但水的ｐＨ 值在５．５左右，其排放需要充分考虑环保要求。
    目前Ⅱ加氢裂化反应炉Ｆ１００１还有一定的调整空间，在装置处理量大，反应生成油热量与进料换热，充分利用反应热时，加热炉负荷可以降低，烟气量减少，加热炉负荷排烟温度可调整到９０℃左右，所以加热炉炉效还有上升空间。加氢装置的反应炉正常运行时热负荷要较设计热负荷低很多，为保证正常运行工况下排烟温度不低于７５℃，可以适当开启空气预热器空气侧副线阀门，通过减小冷空气的取热流量，调整烟气的排放温度，保证长周期平稳运行。
    ４·结语
    改造后排烟温度一直稳定在１２０℃以下，炉效持续在９２．５％以上，平稳运行一段时间后，还可以尝试继续降低排烟温度到８０～９０℃。铸铁板式空气预热器以其耐腐蚀、耐磨损和传热效率高、积灰少的优点必将越来越多的进入炼油装置，从而将石化行业的节能减排引向深入。
参考文献：
［１］王德瑞．铸铁板式空气预热器及工业应用［Ｊ］．炼油技术与工程．２０１２，（２）：４１－４５．
［２］黄双，康强利，刘新轩，饶勇健．板式空气预热器在芳烃加热炉的应用［Ｊ］．石油化工设备，２００５，３４（２）：５７－５８．
［３］申泽骥，苏贵桥．铸铁的电化学腐蚀机理［Ｊ］．现代铸铁，２０１２，（１）：１３－１６．
［４］付晓锋，朱朝宾，全尚仁，唐贵川．新型板式空气预热器在常减压加热炉上的应用［Ｊ］．石油化工设备技术，２０１２，３３（１）：３７－３９．