JP2017532388A - 常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置及び熱交換方法 - Google Patents
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Abstract
常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置及び熱交換方法を開示する。熱交換装置は熱交換器筐体（１１）、上管プレート（１６）、下管プレート（１７）、及び伝熱管（５）を含み、筐体（１１）の底部には管通路入口（１３）が設けられ、筐体（１１）の頂部には、管通路出口（１８）が設けられる。筐体（１１）の上部には、常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管（２）と接続される筐体通路入口（１２）が設けられ、筐体（１１）の下部には筐体通路出口（１４）が設けられ、筐体（１１）内の上部にはさらに環状注水管（６）が設けられ、環状注水管（６）には筐体（１１）の内部と連通する複数の水孔（６１）が設けられる。常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管（２）は第１注水配管（３１）と第３注水配管（３３）を介して外部注水配管（３）に接続される。第１注水配管（３１）と第３注水配管（３３）にはそれぞれ第１電磁弁（３４）と第２電磁弁（３５）が設けられ、環状注水管（６）は第２注水配管（３２）を介して外部注水配管（３）と接続される。本発明の熱交換装置では、第１、第２注水は一定の割合で連続的に筐体通路内に注水され、第３注水は間歇的に大量に筐体通路内に注水し、筐体通路内の付着物を洗い流し、熱交換器の詰まりと腐蝕を防ぐ。
Description
本発明は、化学工業設備及び化学工業技術に関し、具体的には常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置及び熱交換方法に関する。
常圧蒸留装置及び減圧蒸留装置は、原油加工の第一工程として、各成分の沸点の違いに基づき、蒸留することによって、原油をナフサ、ジェット燃料、ディーゼル、灯油及び減圧残油などの留分に分ける。この蒸留技術のレベル、また装置の安定的且つ高効率の運転は後続装置の生産額と経済的効果に直接関係する。現在、世界の原油の品質は全体的に落ちている。世界的な軽質原油の産出量の減少に加え、硫黄含有量が上昇し続け、油の酸性が強くなっており、また、採掘難度も上がっている。これにより加工原油に大量の塩素を含む助剤が含まれることになる。よって、常圧蒸留装置及び減圧蒸留装置で高硫黄原油を加工する際、常圧蒸留装置塔頂オイルガス側のガス量が多く、ガス速度が速いため、アンモニウム塩結晶付着による腐蝕、ＨＣｌ−Ｈ２Ｓ−Ｈ２Ｏ腐蝕、侵食、硫化鉄の詰まり等の現象が起こる。これにより、常圧蒸留装置塔頂熱交換装置の漏れや詰まりが頻繁に起こり、常圧蒸留装置及び減圧蒸留装置の長期的サイクルでの運転に大きな影響を及ぼす。また、下流装置での原料汚染を引き起こしやすく、下流の二次加工装置の正常な運転に影響を及ぼし、多大な経済損失をもたらす。装置の建設には、一般的に材料のグレードを上げ、腐蝕防止を高める「一脱三注」処理を行い、腐蝕の問題を緩和するのだが、依然として常圧蒸留装置塔頂熱交換装置における腐蝕や漏れの発生は比較的深刻である。常圧蒸留装置塔頂熱交換装置の多くは一般的な熱交換器であり、腐蝕防止のために、既にその材料のグレードを上げてはいるが、まだ比較的多くの熱交換器は長期的なサイクルで運転するすべがなく、管束の腐蝕や漏れを起こしやすい。溶接プレート式熱交換器を採用したものもあるが、材質のグレードは上がるものの、自身の抗波動性が比較的悪く、流路が比較的小さいため、流路の詰まりと漏れが発生しやすい。
本発明が解決しようとする技術的課題は、従来技術の現状に対し、有効的に熱交換器の詰まりを防ぐ常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置を提供し、装置の腐蝕を防ぎ、運転サイクルを延ばし、運転コストの削減を図ることにある。
本発明が解決しようとするもう一つの技術的課題は、従来技術の現状に対し、有効的に熱交換器の詰まりを防ぐ常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換方法を提供することである。
上述の技術的課題を解決するために本発明が採用した手段は次の通りである。当該常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置は、熱交換器を含む。前記熱交換器は、筐体と、筐体内に位置する上管プレート及び下管プレートと、上管プレート及び下管プレートに支えられた伝熱管と、を含む。各前記伝熱管の入口は、前記筐体の底部に設けられた管通路入口と接続される。各前記伝熱管の出口は前記筐体の頂部に設けられた管通路出口と接続される。前記管通路入口及び管通路出口は、原油と繋がれる。また、前記筐体の上部には、常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管と接続される筐体通路入口が設けられる。前記筐体の下部には筐体通路出口が設けられる。この常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置の特徴は以下の通りである。
前記筐体内の上部には、外部注水配管と接続される環状注水管がさらに設けられる。前記環状注水管には筐体内部と連通する複数の水孔が設けられる。前記常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管は第１注水配管と第３注水配管を介し、前記外部注水配管に接続される。前記第１注水配管と第３注水配管にはそれぞれ第１電磁弁と第２電磁弁が設けられる。前記環状注水管は第２注水配管を介して外部注水配管と接続される。
より好ましくは、以下のようにしてもよい。前記筐体に注水口を設け、前記外部注水配管と前記環状注水管を、前記注水口を介して連通させる。前記環状注水管を前記上管プレートの下方且つ前記上管プレートの近傍に位置させる。前記上管プレートと下管プレートの間に位置する伝熱管が前記筐体の中心軸に沿って巻かれるように設ける。前記筐体の頂部にさらに、点検修理時に筐体内の頂部のガスを排出する排気口を前記筐体の内部と連通させて設け、前記筐体の底部に、点検修理時に筐体内の底部の液体を排出する排液口を設ける。各前記伝熱管は純チタン製の伝熱管にする。
上述の各手段に記載の常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置を用いた熱交換方法は、以下のステップを含むことを特徴とする。
原油は前記熱交換器の伝熱管に入る。常圧蒸留装置塔頂オイルガスは第１注水に混ざった後、前記熱交換器の筐体内に入り、原油と熱交換を行った後、熱交換器から排出されて下流へ流れる。ここで、前記原油と前記常圧蒸留装置塔頂オイルガスの流量比は、４〜５：１であり、前記第１注水量は常圧蒸留装置塔頂オイルガス流量の２〜３％である。前記常圧蒸留装置塔頂オイルガスの温度は１２０℃〜１５０℃で、圧力は０．１０〜０．１５ＭＰａＧである。前記第１注水の温度は３０〜５０℃であり、圧力は２．０〜２．５ＭＰａＧ、熱交換後の筐体通路出口の温度は８０〜８５℃である。
第２注水は連続的に前記環状注水管６に入り、各前記水孔６１から前記筐体内に吹き出す。前記第２注水の流量と第１注水の流量の比は３〜４：１、第２注水の温度は３０〜５０℃である。
第３注水は間歇的に常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管２に入り、筐体通路入口から筐体通路に入る。前記第３注水と第１注水の流量比は８〜１２：１であり、第３注水の温度は３０〜５０℃であり、注水時間は２５〜３５分、注水サイクルは８０〜１００分である。
従来技術と比べ、本発明が提供する常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置及び熱交換方法は、オイルガス配管に対して配水し、水が環状注水管を通って筐体を洗い流すことで、有効的に熱交換率を高めている。また、着垢抑制性能も良好で、ＨＣｌ−Ｈ２Ｓ−Ｈ２Ｏ腐蝕や着垢による腐蝕を防ぐ性能も高い。アンモニウム塩の結晶付着による腐蝕や、硫化鉄の詰まりなどの解消困難な現象を防ぐので、常圧蒸留装置塔頂オイルガス／原油の熱交換器において、腐蝕や漏れ、通路の詰まり等が生じやすいことが原因となって頻繁に起きる閉塞や漏れ、さらには装置の交換などの問題を解決できる。また、圧力損失が小さく、運転も安定しており、装置を安全に運転できるサイクルを大幅に伸ばすことができる。
以下、図面及び実施例と合わせながら本発明について更に詳しく説明する。
図１から図５に示すように、常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置は、熱交換器１を含む。熱交換器１は筐体１１を含む。筐体１１の頂部には、各伝熱管５と連通する管通路出口１８、第２注水配管３２と連通する注水口１５、筐体内と連通する排気口１０、熱交換器の上ヘッドの側壁に設けられた筐体通路入口１２が間隔をあけて設けられている。筐体１１の底部には、各伝熱管５と連通する管通路入口１３と、筐体内に連通する筐体通路出口１４と、排液口１９が間隔をあけて設けられている。
筐体１１内にはさらに、上管プレート１６と下管プレート１７が設けられている。
伝熱管５は、複数あり、全て純チタン製の伝熱管である。これにより伝熱管の腐蝕防止性能を保証している。各伝熱管の上端、下端は、それぞれ上管プレート１６、下管プレート１７に固定され、各伝熱管の上管プレート１６と下管プレート１７の間の部分は、筐体１１の中心軸に沿って螺旋状に巻かれて設けられており、これにより熱交換効率を高めている。
環状注水管６は、筐体１１内の、且つ上管プレート１６付近の下方に位置するよう設けられている。環状注水管６の管壁には筐体内と連通する複数の水孔６１が均一に分布している。環状注水管６の入口は注水口１５を介して第二注水配管３２と接続されている。
筐体通路入口１２は常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管２と接続される。常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管２には、第１注水配管３１と第３注水配管３３とが接続され、第１注水配管３１と第３注水配管３３はともに外部注水配管３と接続されている。また、第一注水配管３１と第３注水配管３３にはそれぞれ第１電磁弁３４と第２電磁弁３５が設けられている。
第１注水配管３１を介して常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管２に対し水を補給し、電磁弁により水の流量を調節する。第３注水配管は常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管２に対し、間歇的に注水するために用いられ、大量の水で筐体通路を洗い流しやすくする。
第１注水配管３１と第３注水配管３３はともに外部注水配管３と接続しており、また第１注水配管３１と第３注水配管３３にはそれぞれ電磁弁が設けられている。２つの電磁弁は制御システム（図示せず）と繋がっており、制御システムによって２つの電磁弁の開閉及び弁開度を制御し、各注水配管の注水を制御する。
上述の常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置を用いた熱交換方法は、以下のステップを含む。
原油は原油配管７を通って管通路入口から各伝熱管内に入る。常圧蒸留塔８からきた常圧蒸留装置塔頂オイルガスは第１注水に混ざった後、筐体通路入口から熱交換器の筐体内に入り、原油と熱交換を行った後、筐体通路出口から排出され、下流に流れる。常圧蒸留装置塔頂オイルガスの流量は４３８６０ｋｇ／ｈ、温度は１２５℃、圧力は０．１１ＭＰａＧであり、熱交換後の出口温度は８２℃である。第１注水量は１０００ｋｇ／ｈであり、温度は４０℃である。原油の流量は１９２４００ｋｇ／ｈであり、入口温度は３２℃、圧力は２．１ＭＰａＧ、熱交換後の出口温度は７２℃である。
第２注水は連続的に環状注水管６に入り、各水孔６１から筐体内に吹き出される。第２注水は水量が３０００ｋｇ〜４０００ｋｇ／ｈ、温度が４０℃になるよう制御される。
第３注水は間歇的に常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管２に入り、前記第３注水量が１００００ｋｇ／ｈ、温度が４０℃、注水時間が３０分、注水サイクルが９０分になるよう制御される。第１注水と第３注水の流量及び注水時間は２つの対応する電磁弁により制御される。
装置を停止して点検や修理をする際、装置内の媒質を完全に排出する必要がある。排気口１０を開けて筐体の上部にたまった常圧蒸留装置塔頂オイルガスを排出する。装置を分解した後、洗浄し、排気口１０から洗浄液を注入して、排液口１９から洗浄液を排出する。
従来の一般的な常圧蒸留装置塔頂熱交換装置の使用寿命は約１〜２年であり、腐蝕や漏れが起こった後は全体を交換したり、管束を交換したりする必要がある。通路が詰まるため、頻繁に洗浄を行わなければならない。本発明の熱交換装置及び熱交換方法によれば、装置本体に良好な腐蝕抑制性能や着垢抑制性能を与えることができる。２期の運転サイクルである８年内に、着垢による詰まり、腐蝕、漏れなどの問題が生じない。よって、装置の交換や点検修理、メンテナンスにかかる費用を大幅に節約することができる。
Claims (7)
- 熱交換器（１）を含み、前記熱交換器は、筐体（１１）と、前記筐体（１１）内に位置する上管プレート（１６）及び下管プレート（１７）と、前記上管プレート及び前記下管プレートに支えられた伝熱管（５）と、を含み、各前記伝熱管（５）の入口は前記筐体の底部に設けられた管通路入口（１３）と接続され、各前記伝熱管（５）の出口は前記筐体の頂部に設けられた管通路出口（１８）と接続され、
前記管通路入口及び前記管通路出口は原油と繋がれ、また、前記筐体（１１）の上部には常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管（２）と接続される筐体通路入口が設けられ、前記筐体の下部に筐体通路出口が設けられる、常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置であって、
前記筐体（１１）内の上部には、外部注水配管（３）と接続される環状注水管（６）がさらに設けられ、前記環状注水管（６）に前記筐体の内部と連通する複数の水孔（６１）が設けられ、
前記常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管（２）は第１注水配管（３１）と第３注水配管（３３）を介して前記外部注水配管（３）に接続され、
前記第１注水配管（３１）と前記第３注水配管（３３）にはそれぞれ第１電磁弁（３４）と第２電磁弁（３５）が設けられ、
前記環状注水管（６）は第２注水配管（３２）を介して前記外部注水配管（３）と接続される、
ことを特徴とする常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置。 - 前記筐体（１１）に注水口（１５）を設け、前記外部注水配管（３）と前記環状注水管（６）が、前記注水口（５）を介して連通することを特徴とする請求項１に記載の常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置。
- 前記環状注水管（４）は前記上管プレート（１６）の下方且つ前記上管プレート（１６）近傍に位置することを特徴とする、請求項１又は２に記載の常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置。
- 前記上管プレート（１６）と前記下管プレート（１７）の間に位置する前記伝熱管（５）は、前記筐体（１１）の中心軸に沿って巻かれるように設けられることを特徴とする、請求項３に記載の常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置。
- 前記筐体（１１）の頂部にはさらに、点検修理時に前記筐体内の頂部のガスを排出する排気口（１０）が前記筐体の内部と連通して設けられており、前記筐体（１１）の底部には、点検修理時に前記筐体内の底部の液体を排出する排液口（１９）が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置。
- 各前記伝熱管は純チタン製の伝熱管であることを特徴とする、請求項３に記載の常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置。
- 請求項１から６のいずれかひとつに記載の常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置を用いた熱交換方法であって、
原油は前記熱交換器の前記伝熱管に入り、常圧蒸留装置塔頂オイルガスは第１注水に混ざった後、前記熱交換器の前記筐体内に入り、前記原油と熱交換を行った後、前記熱交換器から排出されて下流へ流れるが、ここで、前記原油と前記常圧蒸留装置塔頂オイルガスの流量比は４〜５：１であり、前記第１注水量は前記常圧蒸留装置塔頂オイルガス流量の２〜３％であって、前記常圧蒸留装置塔頂オイルガスの温度は１２０℃〜１５０℃、圧力は０．１０〜０．１５ＭＰａＧであり、前記第１注水の温度は３０〜５０℃、圧力は２．０〜２．５ＭＰａＧであり、熱交換後の前記筐体通路出口の温度は８０〜８５℃であるステップと、
第２注水は連続的に前記環状注水管（６）に入って各前記水孔（６１）から前記筐体内に吹き出し、前記第２注水の流量と前記第１注水の流量の比は３〜４：１、前記第２注水の温度は３０〜５０℃であるステップと、
第３注水は間歇的に前記常圧蒸留装置塔頂オイルガス配管２に入って前記筐体通路入口から前記筐体通路に入り、前記第３注水と前記第１注水の流量比は８〜１２：１であり、前記第３注水の温度は３０〜５０℃であり、注水時間は２５〜３５分、注水サイクルは８０〜１００分であるステップと、を含むことを特徴とする、常圧蒸留装置塔頂オイルガス熱交換装置を用いた熱交換方法。
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