冷凝器存在結垢嚴重、冷凝效果差的問題，不僅直接導致收率低、塔底跑損嚴重及塔內操作壓力升高，而且影響到裝置的安全生產(chǎn)。通過在該塔頂冷凝器系統(tǒng)中安裝膠球清洗裝置，采用冷換器正反向冷凝器膠球自動在線清洗裝置技術實現(xiàn)了精塔冷凝器的定期在線清洗，實施效果良好，經(jīng)濟效益顯著。在石化企業(yè)生產(chǎn)過程中，冷換器結垢一直是設備管理與維護的難題之一。

目前，冷換器除垢方法一般采用的是停車狀態(tài)下的機械或化學清洗。這種方法要求在停工狀態(tài)下進行，不能解決冷換器在運行期間因結垢導致的效率低下與垢下腐蝕等問題，此方法對裝置的正常生產(chǎn)影響很大。

針對某公司氣分裝置的運行特點，選用了一種新型的冷換器正反向冷凝器膠球自動在線清洗裝置技術解決了上述問題。該冷凝器膠球自動在線清洗裝置技術在不影響裝置的正常運行的前提下，充分利用循環(huán)水水壓動力，無需增加動力和放收球設備，實現(xiàn)了冷換器管束的在線清洗。此方法不僅可以根據(jù)冷換器的結垢情況進行定時除垢，而且還可以將現(xiàn)有的除硬垢方式轉變?yōu)檐浌盖逑矗瑢崿F(xiàn)了冷換器可以在運行過程中基本保持在清洗初的狀態(tài)，極大提高了設備的運行周期。

1冷凝器膠球自動在線清洗裝置氣分裝置簡介

某氣分廠氣體分離裝置（簡稱氣分裝置）設計規(guī)模25X104t/a。精塔（位號T4103）是氣分裝置分離的主要設備，精塔頂冷凝器（位號E4107）有4組8臺，型號為BES15OO-2.5-635-6/25-4,安裝在氣分塔區(qū)二層平臺上，距離地面高度差為11m。管程介質循環(huán)水，進口溫度22-320,出口溫度38-45X：,循環(huán)冷卻水以內部涼水塔的循環(huán)水供水為主，以煉油廠循環(huán)水廠的系統(tǒng)水作為補充，進水壓力為0.4MPa。殼程冷凝介質為，進口溫度46〜53笆，出口溫度40-47X：操作壓力為1.78—1.95MPa。

實際運行過程中，由于冷凝物料負荷大，E4107管束內水流速過慢（實測值為0.42m/s）,由此造成管束內結垢嚴重，給設備帶來了兩方面的影響:①管束內腐蝕加重使得設備不能長周期安全運行，給裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)帶來了隱患。②管束內結垢嚴重，直接影響了冷凝器的傳熱效果,繼而導致塔內操作壓力超高、塔頂物料的溫度降不下來、塔底跑損嚴重及收率降低，由此給裝置的工藝技術水平與經(jīng)濟效益帶來較大的影響。

2冷凝器膠球自動在線清洗裝置現(xiàn)場在線清洗技術方案實施

2.1冷凝器膠球自動在線清洗裝置冷換器對流傳熱分析

由1〜2可知總傳熱系數(shù)K的計算公式表示如下：K=l/（丄+丄+R+R<,+（1）\a\aoA/式中m、％分別為管內、外傳熱膜系數(shù),W/（m2-K）；R、R。分別為管內、外流體污垢熱阻，（m2•K）/W；2為管壁材料導熱數(shù),W/（m・K）；3為管壁厚度mm。從上式可以看，要提高冷換器的總傳熱系數(shù)K,必須設法提高皿、a（>和人，降低3、R和。但在實際運行過程中，裝置中冷換器的工藝與設備一旦確定的數(shù)值也已相應確定下來，成為冷換設備傳熱的固定參數(shù)。

根據(jù)有關冷換器對流傳熱的分析可以知道，影響傳熱的熱阻主要集中在靠近管內壁的層流內層和污垢層內，因此，可通過改變a,R而達到提高冷換器K的目的。可通過增加流體的流速來增加湍流程度，以減小層流內層的厚度。但隨著流速的加，流體阻力也相應的增加，這部分阻力損失需要通過提高循環(huán)水的壓力來平衡，在實際運用中，流速的提高是有限的或是不經(jīng)濟的。在工業(yè)生產(chǎn)中，管內污垢的存在使傳熱系數(shù)極大降低，特別是當冷換器使用時間較長，垢層較厚時，垢層熱阻R已經(jīng)成為影響傳熱效率的主要因素。因此，從理論上分析，采用在線清洗技術對冷換器進行在線除垢是提高冷換器傳熱效率佳途徑之一。

3冷凝器膠球自動在線清洗裝置現(xiàn)場檢查與測試

工業(yè)化應用測試結果為，冷擬器E4107的清洗收球率均超過90%,冷凝器傳熱效率平均提高了70%以上，回收率從98.11%提高到99.97%,塔底質量分數(shù)從L44%下降到0.11%,塔內操作壓力基本保持在1.75-1.9MPa,氣分裝置精塔生產(chǎn)能力提高20%以上。

2007年7月檢修時，打開冷凝器E4107/GH進行了管束檢，其結果是內壁潔凈，基本無水垢，冷凝器管束保持了較好清潔度。該技術對防止結垢、提高冷凝器傳熱效率起到非常重要的作用。各測試數(shù)據(jù)見表1〜表2。

表1E4107精塔頂各組冷凝器清洗前、后主要測試參數(shù)及計算結果

項目 清洗前 清洗后

E4107/GH E4107/EF E4107/CD E4107/GH E4107/EF E4107/CD

體積流量/m・h 220.0 150.0 160.0 260.0 195.0 162.0

管程水進口溫度性 21.7 21.7 21.7 25.2 25.2 25.2

管程水出口溫度/r 37.0 36.7 37.0 41.0 41.8 41.3

殼程物料進口溫度re 45.0 45,0 45.0 44.8 44.8 44.8

殼程物料出口溫度z 39.4 42.6 43.0 38.8 42.6 41.8

有效平均溫差/t 12.2 13.6 13.6 7.7 8.2 8.4

傳熱面積/m2 1270 1270 1270 1270 1270 1270

總傳熱系數(shù)/W•m-2•K-1 186.6 111.7 121.9 362.0 267.6 209.8

清洗前、后總傳熱系數(shù)變化率/% 94,0 139.6 71.9

表2投用后T-4103有關技術參統(tǒng)計表

項目 2007年1月份標定數(shù)據(jù)/% •平均值 投用前

2006年數(shù)據(jù)

1月27日 1月28日 1月29日 1月30日 1月31日 2月1日 2月2日

C3H8 99.55 99 98.89 99.75 99.63 99.95 99.93 99.53 98.03

C3H6 0.06 0.09 0.21 0.18 0,09 0.05 0.07 0.11 1.44

iC4H10 0.35 0.91 0.8 0.07 0.26 — — 0.34 0.53

塔底分»C4H10 —

析參數(shù)«C4H8 0.01 — 0.03 — 0.02 — — 0.01 —

tC4H8 0.03 — 0.07 — —— — -~ 0.01 —

iC4H8 —

cC4H8 —

合計 100 100 100 100 100 100 100 100 100

進料量/t・hf 35.08 33.65 33,03 34.93 35.75 33.97 33.81 34.42 25.70

塔壓力/MPa 1.77 1.79 1.78 1.79 1.75 1.78 1.74 1.77 1.89

以丙烷設計處理量25X10t/a、丙烷質量分數(shù)15.01%（2006年數(shù)據(jù)）、塔底質量分數(shù)1.44%（2006年數(shù)據(jù)）及塔底質量分數(shù)0.11%（見表2的標定數(shù)據(jù)）為計算依據(jù)。

4.1冷凝器膠球自動在線清洗裝置清洗前、后跑損量

氣分裝置丙烷產(chǎn)量=處理量X丙烷質量分數(shù)=37525t/ao清洗器使用前跑損量=丙烷年產(chǎn)量X塔底質量分數(shù)=540.36t/a,投用清洗器后跑損量為41.28t/a,每年減少的跑損量為499.08t/a。

以價格9154元/t、液化氣單價4770元/t為數(shù)據(jù)基礎，可知年創(chuàng)效益為499.08X（91544770）=218.6（萬元）。

4.2冷凝器膠球自動在線清洗裝置清洗效果及效益

（1）從表2可知，精塔物料進料量由清洗前的平均25.7t/h提高到34.42t/h,氣分裝置生產(chǎn)能力提高20%以上。在冷凝器未增加的條件下,T-4103塔頂?shù)膲毫ζ骄鶅H為1.77MPa,很好地滿足了氣分裝置高負荷生產(chǎn)條件下正常安全生產(chǎn)的要求。

（2）在降低塔內壓力的同時，塔底跑損平均為0.11%,與未投用之前（2006年1〜8月）的塔底跑損率1.44%（2006年月報數(shù)據(jù)）相比,塔底跑損大幅降低，氣分裝置的工藝技術水平得到較大的提高。經(jīng)測算，年減少跑損量約為500t,年創(chuàng)效益達218萬元。

（3）對塔頂冷凝器E4107管束內壁污物進行了定期的在線清洗，膠球清洗裝置收球率均超過90%，冷凝器傳熱效率平均提高70%。

（4）該技術充分利用了循環(huán)水系統(tǒng)水壓動力，無需增加動力和放、收球設備，實現(xiàn)了冷凝器膠球自動在線清洗裝置。冷凝器膠球自動在線清洗裝置安裝便利，操作方便,便于現(xiàn)場實施，每次清洗時間20-30min,清洗費用低，清洗效果好，可將冷換設備檢修周期從目前2-3a提高到5-6a,節(jié)省大量設備的檢修費用。

（5）由于冷凝器在運行的過程中始終保持在清洗初始的換熱狀態(tài)，極大地提高了設備的傳熱效率及循環(huán)水的利用率。按正常設備全年平均除垢率70%〜80%計，可至少節(jié)省循環(huán)冷卻水15%。

    膠球清洗裝置、冷凝器膠球自動在線清洗裝置是冷換器新一代在線清洗技術,它克服了傳統(tǒng)停車時釆用化學或機械清洗，循環(huán)水系統(tǒng)投放水質穩(wěn)定劑與阻垢劑方法的不足，為石油化工裝置冷換器在線長周期高效運行提供了技術上的保證,在煉油、化工、電力、紡織及造紙等行業(yè)使用的冷換設備中具有廣泛的推廣應用前景。