CN104815771A - 防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴。其注水锻件中心开有孔，其下端面与另外两个同轴线孔垂直的三通管道进口上端面固接；位于三通管道内的注水锻件一端与中心开有孔的雾化喷嘴固接；位于三通管道外的注水锻件一端与等径的注水直管段的一端固接；注水直管段的另一端与90^o弯头的一端焊接连通，90^o弯头的另一端经第一直管段、开有中心限流孔的限流孔板和第二直管段均固接。喷嘴与注水管道通过整体的厚壁注水锻件联接，保证高压注水的可靠性；末端焊接有雾化喷嘴，可使注入的液态水雾化成小液滴与三通管道内的主介质充分混合，提高冲洗效果；设有限流孔板，可提升多台空冷器在多点注水时的自平衡效应，提高平衡分配效果。

Description

防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴

技术领域

本发明涉及一种注水喷嘴，具体地说是涉及一种防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴。

背景技术

石油化工、煤化工等产业是推动社会经济不断向前发展的重要动力之一，对整个国家的发展有着举足轻重的影响力。加氢技术经过五十余年的发展，已成为石油化工、煤化工等流程型工业的核心技术。其中，加氢反应流出物系统（Reactor Effluent Air Coolers, REAC）作为加氢装置的重要组成部分，近年来因加工高硫（S）、高酸、含氯（Cl）等中东劣质原油，引发多起因铵盐结晶引发的加氢空冷器管束、换热器管束堵塞及垢下腐蚀失效事故，严重影响此类装置的长周期、安全稳定运行。

加氢原料中富含N、S和少量Cl杂质，在加氢反应过程中生成NH₃、H₂S、HCl，在反应流出物的换热冷却过程中进一步生成NH₄Cl和NH₄HS两种铵盐。随着反应流出物的温度降低，两种铵盐直接由气相冷凝成固相，并迅速堵塞管束，造成管束的弯曲变形甚至出现管束与管板焊接位置的拉脱失效。为避免换热器和加氢空冷器管束中的铵盐堵塞，通常的做法是在加氢空冷器的上游注水洗涤结晶的铵盐。虽然注水能够有效的冲洗铵盐，但吸湿后的铵盐同样对注水喷嘴有较强的腐蚀作用，调研发现多家企业的工艺注水出现的失效主要有三类，第一类是注水直接对管道造成冲蚀减薄，甚至穿孔；第二类是注水无喷嘴结构，工艺注水无法起到雾化效果，部分铵盐无法被有效冲洗，甚至出现注水管出口的腐蚀；第三类是工艺注水分布不均衡，例如加氢反应流出物空冷器通常有8台，而只设置一个注水点，在沿程阻力的影响下工艺注水无法有效的平均分配到各台空冷器中，部分空冷器入口的液态水无法达到API 932-A推荐的不小于25%的液态水要求，势必会引发部分空冷器中的铵盐无法被有效洗涤，从而引起管束堵塞以及堵塞吸湿后的垢下腐蚀穿孔失效。

加氢反应流出物系统中的温度范围为30~200℃，加氢空冷器出口的温度为37~66℃。通常NH₄Cl的结晶温度在176~204℃，故其结晶常在加氢空冷器前的换热器中开始；而NH₄HS的结晶温度在26~65℃，通常出现在加氢空冷器中。因此，针对加氢反应流出物系统中的铵盐结晶沉积问题，如何设计一种新型的工艺注水喷嘴结构，既要保证铵盐的冲洗效果，又要保证多台（例如8台）空冷器的注水量相对分配平衡，是提高工艺注水效果，避免工艺注水喷嘴失效和铵盐结晶堵塞管束的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴，解决背景技术中存在工艺注水雾化效果不佳、注水点腐蚀管道冲刷减薄、多台空冷器工艺注水的不平衡（不均匀）问题，从本质上提高加氢反应流出物系统的安全稳定运行周期。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括90^o弯头、注水锻件、雾化喷嘴、三通管道和限流孔板；注水锻件中心开有孔，注水锻件下端面与另外两个同轴线孔垂直的三通管道进口上端面焊接连通；位于三通管道内的注水锻件一端与中心开有孔的雾化喷嘴通过焊接连通；位于三通管道外的注水锻件一端与等径的注水直管段的一端通过焊接连通；注水直管段的另一端与90^o弯头的一端通过焊接连通，90^o弯头的另一端经第一直管段、开有中心限流孔的限流孔板和第二直管段均通过焊接连通。

所述第二直管段、限流孔板、第一直管段、90^o弯头和注水直管段中心线构成的平面与注水直管段和所述三通管道进口中心线构成的平面垂直相交。

所述雾化喷嘴中心孔的出口为圆锥孔或圆柱孔。

所述限流孔板的中心限流孔直径为Ф6mm、Ф8mm、Ф10mm或Ф12mm。

本发明具有的有益效果是：

本发明是基于管配件三通结构设计工艺注水喷嘴结构，喷嘴与注水管道通过整体的厚壁注水锻件（锻造件）联接，保证高压工艺注水的安全可靠性；注水锻件末端焊接有雾化喷嘴，可使注入的液态水雾化成小液滴与三通管道内的主介质充分混合，提高管道内壁面铵盐的冲洗效果；工艺注水组合结构设计有限流孔板，可提升多台空冷器系统并联时多点注水时的自平衡效应，提高平衡分配效果。

附图说明

图1是本发明的正视图。

图2是图1所示90^o弯头A-A向的剖视图。

图3是本发明在工艺流程图中的安装位置示意图。

图4是本发明在管道系统中的安装位置示意图。

图5是单台加氢空冷器入口管箱结构示意图。

图中：1、90^o弯头，2、注水直管段，3、注水锻件，4、雾化喷嘴，5、三通管道，6、对焊焊缝，7、第一直管段，8、限流孔板，9、中心限流孔，10、第二直管段。

具体实施方式     

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明包括90^o弯头1、注水锻件3、雾化喷嘴4、三通管道5和限流孔板8；注水锻件3中心开有孔，注水锻件3下端面与另外两个同轴线孔垂直的三通管道5进口上端面通过对焊焊缝6固定连接；位于三通管道5内的注水锻件3一端与中心开有孔的雾化喷嘴4通过对焊焊缝焊接连通；位于三通管道5外的注水锻件3一端与等径的注水直管段2的一端通过对焊焊缝焊接连通；注水直管段2的另一端与90^o弯头1的一端通过对焊焊缝焊接连通，90^o弯头1的另一端经第一直管段7、开有中心限流孔9的限流孔板8和第二直管段10均通过对焊焊缝焊接连通。

三通管道5右端的进口管道，多相流介质为油和气混合物，上端的进口管道为工艺注水的流通通道，水的性质为软化水；其中开有中心孔的注水锻件3下端开设有与中心孔同轴的环形凹槽，注水锻件3外圆周有向下内倾斜为5^o的倒角；三通管道5上部进口管道外圆周有向上内倾斜为5^o的倒角，并与注水锻件3外圆管道通过对焊焊缝6固定连接；环形凹槽内侧的注水锻件3下部出水口与开设有中心孔的雾化喷嘴4通过对焊焊缝固定连接。

如图1、图2所示，所述第二直管段10、限流孔板8、第一直管段7、90^o弯头1和注水直管段2中心线构成的平面与注水直管段2和所述三通管道5上端、右端进口中心线构成的平面垂直相交。

如图1所示，所述雾化喷嘴4中心孔的出口为圆锥孔或圆柱孔。若为圆柱孔，其尺寸规格为Ф5mm；若为圆锥孔，则沿锥孔的角度喷射出的扇形雾化水雾需保证不冲击到三通管道5上端进口管道的内壁面。

如图2所示，所述限流孔板8的中心限流孔9直径为Ф6mm、Ф8mm、Ф10mm或Ф12mm。中心限流孔9的孔径根据工艺注水泵与三通管道内的压力差联合确定。

如图3所示，是本发明在工艺流程图中的安装位置示意图。其工艺流程图的工作过程为：原料油首先经过滤、脱水两道工序后流入缓冲罐，通过高压泵进行升压，随后物料与氢气混合后进入加热炉加热，之后再进入加氢反应器进行反应。反应流出物由反应器底部流出进入换热器换热，经换热后的介质再进入高温高压分离器进行气、液相分离，其中气相部分再依次经过换热器、8台并联的加氢空冷器完成冷却过程，冷却物流再经低温高压分离器分离出循环氢、冷高分油、含硫污水，冷高分油最后经过低温低压分离器分离成低分干气、冷低分油及含硫污水。反应流出物系统中的温度范围为30~200℃。换热器进、出口温度区间为200~150℃，加氢空冷器进、出口的温度区间为150~37℃。通常根据原料油N、S、Cl等杂质含量的不同，NH₄Cl的结晶温度范围在176~204℃，故其结晶常在加氢空冷器前的换热器中开始；而NH₄HS的结晶温度范围在26~65℃，则出现在加氢空冷器中。因此，防止NH₄Cl结晶沉积的工艺注水喷嘴在换热器前的主管道设置1只，根据换热器前后的压差进行调节。这是因为一旦换热器管束中出现NH₄Cl盐结晶堵塞管束，势必会造成换热器前后压力差的增加（上升），若压力差百分比大于10%，则开启工艺注水泵进行工艺注水溶解冲洗铵盐（NH₄Cl），直至压力差百分比小于10%。以某原料油为例，化验分析数据表明N含量为1205 mg/kg，S含量为2.53%，Cl含量则为2 mg/kg，NH₄HS盐的结晶量要远大于NH₄Cl盐的结晶量，故换热器前的工艺注水喷嘴主要是防止NH₄Cl结晶沉积，换热器后加氢空冷器的NH₄HS结晶沉积风险更高。对于加氢空冷器系统而言，通常是由八台加氢空冷器并联而成的，八台加氢空冷器并联组成的加氢空冷器系统入口管道采用一分为二、二分为四、四分为八的对称布置形式，每台加氢空冷器入口管箱设置空冷器管箱入口两只（对应图5中的M、N）。因此，防止NH₄HS盐结晶沉积的工艺注水喷嘴的要求是：既要保证单台加氢空冷器入口的液态水雾化后与油、气相混合均匀，又要保证进入八台加氢空冷器的工艺注水量均匀分布。

如图4所示，是本发明在管道系统中的安装位置示意图，对应的是图3中八台加氢空冷器并联的管道三维结构图。图中主要为八台加氢空冷器并联的入口管道配管示意图。主要分布方式为：主管道为多相流入口竖直向上，每组一分为二分成2个第一支路，两个第一支路再一分为二分成4个第二支路，四个第二支路再一分为二分成8个第三支路，8个第三支路的两个出口末端分别对应每台加氢空冷器的两个入口，即分别对应图5中加氢空冷器管箱入口M和空冷器管箱入口N。其中空冷器管箱入口前的两段水平管段设置防止NH₄HS结晶沉积的工艺注水喷嘴各1只（共2只），整个加氢空冷器系统前合计共设置工艺注水喷嘴16只，具体与8个第三支路末端两个出口管道联接的结构为三通管配件，便于工艺注水喷嘴失效后的检修更换。

图5是单台加氢空冷器入口管箱结构示意图。每台加氢空冷器入口管箱的上表面对称布置两个入口，即为空冷器管箱入口M和空冷器管箱入口N。这两个管箱入口再分别与图4中8个第三支路再一分为二后的两个出口末端相连通。空冷器入口管箱一侧面平行布置3排管束，管束内介质为油、气、水组成的多相流介质，管束外设置风机，与空气对流换热冷却。

        下面为本发明的        工艺注水喷嘴安装在加氢反应流出物系统中的实施例

本发明的具体工作过程如下：

结合图1、图2、图3、图4、图5所示，对于换热器前的防止NH₄Cl盐结晶沉积的工艺注水喷嘴，其过程为：反应流出物的气、液多相流介质经三通管道5右端进口流入，通过分布式控制系统DCS实时监测换热器前后的压力差，若压力差百分比高于标定工况的10%，则开启工艺注水泵进行注水，雾化喷嘴4末端通过锥孔喷射扇形水雾与通过三通管道5右端进口流入的气-液相介质湍流混合均匀进入换热器，若换热器内出现NH₄Cl结晶沉积，则混合后含液态水的多相流介质经一段时间的浸润溶解铵盐，在流动环境下结晶沉积的NH₄Cl被浸润洗涤，换热器前后的压降降低到标定工况的10%以下，则可以停止换热器前的工艺注水。

对于加氢空冷器前的防止NH₄HS盐结晶沉积的工艺注水喷嘴，其最主要的特点则是突破了单点注水效果不佳的局限性。反应流出物气-液两相流介质经一分为二、二分为四、四分为八进入到加氢空冷器。此时，对于在空冷器管箱入口前水平管段三通管配件内设置的工艺注水喷嘴结构末端，由于有限流孔板8和中心限流孔9的存在，在同一工艺注水泵的作用下，16只工艺注水喷嘴在同一压力降（注水压力与管道内的压力差）的作用下注入到每台加氢空冷器的注水量误差极小，这是因为在同一尺寸中心限流孔的自平衡效应下，提升了每台加氢空冷器工艺注水量的平均分配效果，避免了在多相流介质入口总管单点注水时，注水分配到每台空冷器的量不平衡，出现部分加氢空冷器缺少液态水无法冲洗结晶沉积的NH₄HS盐，从而造成管束堵塞变形的问题出现，并且当有些空冷器的液态水量偏高时则又极易引发管束冲蚀穿孔。此外，对于本发明中提出的限流孔板中心限流孔内径需要根据加氢空冷器系统的操作压力确定，例如加氢空冷器系统操作压力为11MPa，若保证工艺注水喷嘴的雾化效果，则工艺注水泵的压力通常选择为11.05MPa，即注水泵与加氢空冷器的压力差（限流孔板前后）=5 Kgf/cm²，则圆整后的中心限流孔直径为Ф8 mm。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴，其特征在于：包括90^o弯头（1）、注水锻件（3）、雾化喷嘴（4）、三通管道（5）和限流孔板（8）；注水锻件（3）中心开有孔，注水锻件（3）下端面与另外两个同轴线孔垂直的三通管道（5）进口上端面焊接连通；位于三通管道（5）内的注水锻件（3）一端与中心开有孔的雾化喷嘴（4）通过焊接连通；位于三通管道（5）外的注水锻件（3）一端与等径的注水直管段（2）的一端通过焊接连通；注水直管段（2）的另一端与90^o弯头（1）的一端通过焊接连通，90^o弯头（1）的另一端经第一直管段（7）、开有中心限流孔（9）的限流孔板（8）和第二直管段（10）均通过焊接连通。

2.根据权利要求1所述的一种防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴，其特征在于：所述第二直管段（10）、限流孔板（8）、第一直管段（7）、90^o弯头（1）和注水直管段（2）中心线构成的平面与注水直管段（2）和所述三通管道（5）进口中心线构成的平面垂直相交。

3.根据权利要求1所述的一种防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴，其特征在于：所述雾化喷嘴（4）中心孔的出口为圆锥孔或圆柱孔。

4.根据权利要求1所述的一种防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴，其特征在于：所述限流孔板（8）的中心限流孔（9）直径为Ф6mm、Ф8mm、Ф10mm或Ф12mm。