KR20170023989A - 상압 탑 오일가스 열교환 장치 및 열교환 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상압 탑 오일가스 열교환 장치 및 열교환 방법을 공개한 것으로, 열교환 장치는 열교환기 하우징(11), 상부 튜브 플레이트(16), 하부 튜브 플레이트(17) 및 열교환 파이프(5)를 포함하고, 하우징 바닥부에는 튜브측 입구(13)가 설치되고, 하우징(11) 꼭대기부에는 튜브측 출구(18)가 설치되며; 하우징(11)의 상부에는 상압 탑 오일가스 배관(2)를 연결하는 셸측 입구가 설치되고, 하우징(11)의 하측에는 셸측 출구가 설치되며, 하우징 내부의 상부에는 주수 코일파이프(6)가 더 설치되고, 주수 코일파이프(6) 상에는 하우징 내부와 연통되는 복수 개의 수공(61)이 설치되며; 상압 탑 오일가스 배관(2)은 제1 주수배관(31) 및 제3 주수배관(33)을 통해 외부 주수배관(3)에 연결되며; 제1 주수배관(31) 및 제3 주수배관(33) 상에는 제1 솔레노이드밸브(34) 및 제2 솔레노이드밸브(35)가 각각 설치되고, 주수 코일파이프(6)는 제2 주수배관(32)을 통해 외부 주수배관(3)과 연결된다. 본 발명에 따른 열교환 장치에서 제1 및 제2 주수는 소정의 비율에 따라 셸측에 연속적으로 주입되고, 제3 주수는 큰 유량으로 셸측 내에 간헐적으로 주입되어 셸측 내의 찌든 때를 세척함으로써, 열교환기의 막힘과 부식을 방지하였다.

Description

상압 탑 오일가스 열교환 장치 및 열교환 방법 {HEAT EXCHANGE DEVICE FOR ATMOSPHERIC TOWER OIL-GAS AND HEAT EXCHANGE METHOD THEREOF}
본 발명은 화공설비 및 화공공정에 관한 것으로, 구체적으로 상압 탑 오일가스 열교환 장치 및 열교환 방법에 관한 것이다.
상감압(常減壓) 장치는 원유 가공에 있어서 첫 번째 공정인 것으로, 서로 다른 비등점에 근거하여, 증류방식을 통해 원유를 나프타, 항공유, 디젤유, 등유 및 감압증류 잔유 등 유분으로 분리하는데, 증류기술 수준과 장치의 안정적인 고효율 운행은 후속장치에서의 생산액 및 경제 효익과 직접적으로 연관된다. 현재, 전 세계 경질원유 생산량 감소, 황함유량 지속 상승, 산성도 가중, 채굴 난이도 증가에 의한 가공원유의 Cl 첨가제 대량 함유 등, 원유의 품질은 세계 전반적으로 하락하였다. 따라서, 상감압 장치가 고황원유를 가공할 시, 상압 탑 오일가스 측의 가스량이 방대하고, 가스 유속이 높기 때문에 나타나는 암모늄염 결정 녹혹, HCl-H2S-H2O 부식, 침식부식 및 황화철 막힘 등 현상들로 인해 상압 탑 열교환 장치의 누출 또는 막힘이 빈번하게 발생하게 되는데, 이는 상감압 장치가 장시간 주기적으로 운행하는 것에 심각한 영향을 끼치고, 또한 후속장치의 원료 오염을 쉽게 발생시켜서 후속 2차 가공의 정상적인 운행에 영향을 끼쳐, 심각한 경제적 손실을 야기한다. 장치를 건설할 때, 통상적으로 재질을 업그레이드하고, "일탈, 삼주입(一脫,三注入)"의 공정 방부식 조치를 강화하여 부식문제를 개선하고 있으나, 상압 탑 열교환 장치에서의 부식 유출문제는 여전히 비교적 심각하다. 상압 탑 열교환기는 대부분 통상의 열교환기를 사용하는 것으로, 비록 부식을 방지하기 위해 이미 재질을 업그레이드 하였으나, 여전히 대부분은 장시간 동안 주기적으로 운행하지 못하고, 파이프 클램프에 부식과 누출이 쉽게 발생한다. 일부에서는 용접 판넬형 열교환 장치를 사용하고 있는데, 비록 재질을 업그레이드 했지만, 변동성에 취약하고, 유통통로 또한 비교적 작기 때문에 통로의 막힘 및 누출이 쉽게 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래기술의 현황에 있어서 열교환기의 막힘 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 상압 탑 오일가스 열교환 장치를 제공함으로써, 설비의 부식을 방지하고, 운행주기를 연장하며 운행 코스트를 절감하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 하나의 과제는, 종래기술의 현황에 있어서 열교환기의 막힘 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 상압 탑 오일가스 열교환 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 기술방안은 다음과 같다.
본 발명에 따른 상압 탑 오일가스 열교환 장치는, 열교환기를 포함하고, 상기 열교환기는 하우징, 상기 하우징 내에 위치한 상부 튜브 플레이트와 하부 튜브 플레이트 및 상/하부 튜브 플레이트 상에 지지되어 형성되는 열교환 파이프를 포함하며, 각각의 상기 열교환 파이프의 입구는 상기 하우징 바닥부의 튜브측 입구에 연결되게 형성되고, 각각의 상기 열교환 파이프의 출구는 상기 하우징 꼭대기부의 튜브측 출구에 연결되게 형성되며; 상기 튜브측 출/입구는 원유를 연결하고, 동시에 상기 하우징의 상부에 상압 탑 오일가스 배관을 연결하는 셸측 입구가 설치되며, 셸측 출구는 상기 하우징의 하부에 설치되는 것으로, 그 특징은 다음과 같다.
상기 하우징 내의 상부에는 외부 주수(注水)배관과 서로 연결되게 형성되는 주수 코일파이프가 설치되고, 상기 주수 코일파이프 상에는 하우징 내부와 연통되는 복수 개의 수공(水孔)이 설치되며; 상기 상압 탑 오일가스 배관은 제1 주수배관 및 제3 주수배관을 통해 상기 외부 주수배관과 연결되며; 상기 제1 주수배관 및 제3 주수배관 상에는 각각 제1 솔레노이드밸브 및 제2 솔레노이드밸브가 설치되며; 상기 주수 코일파이프는 제2 주수배관을 통해 외부 주수배관과 연결된다.
바람직하게는, 상기 하우징 상에 주수구(注水口)를 설치할 수 있고, 상기 외부 주수배관과 상기 주수 코일파이프는 상기 주수구를 통해 서로 연통된다.
상기 주수 코일파이프는 상기 상부 튜브 플레이트의 하측에 위치되며, 상기 상부 튜브 플레이트와 근접되게 위치된다.
상기 상부 튜브 플레이트와 하부 튜브 플레이트 사이에 위치하는 열교환 파이프는 상기 하우징의 중심 축선을 휘감는 방식으로 설치된다.
상기 하우징의 꼭대기부에는 상기 하우징 내부와 서로 연통되어 점검 수리 시 하우징 내부의 꼭대기부의 기체가 깨끗이 배출되도록 형성되는 기체 배출구가 더 설치되며; 상기 하우징의 바닥부에는 점검 수리 시 하우징 내부의 바닥부의 액체가 깨끗이 배출되도록 형성되는 액체 배출구가 설치된다.
각각의 상기 열교환 파이프는 순 티타늄 열교환파이프이다.
상기 각 방안의 상압 탑 오일가스 열교환 장치를 사용하는 열교환 방법은, 다음의 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
원유가 상기 열교환기의 열교환 파이프에 유입되고, 상압 탑 오일가스가 제1 주수(注水)와 혼입한 후, 상기 열교환기의 하우징 내에 유입되어, 원유와 열교환 한 후 열교환기에서 배출되어 후속 공정으로 넘어간다. 여기에서, 상기 원유와 상기 상압 탑 오일가스의 유량비는 4~5:1이고, 상기 제1 주수량은 상압 탑 오일가스 유량의 2~3%이며, 상기 상압 탑 오일가스의 온도는 120~150℃, 압력은 0.10~0.15MPaG이며, 상기 제1 주수의 온도는 30~50℃, 압력은 2.0~2.5MPaG이며, 열교환 후 셸측 출구의 온도는 80~85℃이며;
제2 주수가 상기 주수 코일파이프(6)로 연속적으로 유입되어, 각각의 상기 수공(61)으로부터 상기 하우징 내에 분사(噴射)되며; 상기 제2 주수의 유량과 제1 주수의 유량비는 3~4:1이고, 제2 차 주수의 온도는 30~50℃이며;
제3 주수가 상압 탑 오일가스 배관(2)으로 간헐적으로 유입되어, 셸측 입구로부터 셸측으로 유입되고; 상기 제3 주수와 제1 주수의 유량비는 8~12:1이고, 제3 주수의 온도는 30~50℃이며, 주수 지속시간은 25~35min이고, 주수 주기는 80~100min이다.
종래기술과 비교하면, 본 발명이 제공하는 상압 탑 오일가스 열교환 장치 및 열교환 방법은, 오일가스 배관으로 물을 분배하고, 및 주수 코일파이프를 통해 하우징을 세척함으로써, 열교환 효율을 효과적으로 향상시켰고, 항오염성을 탁월하게 하였으며, HCl-H2S-H2O 부식 및 암모늄염 결정 녹혹을 저지하는 능력을 강화하여; 암모늄염 결정 녹혹, 황화철 막힘 등의 고질현상을 방지함으로써, 상압 탑 오일가스/원유 열교환기가 쉽게 부식 및 누출되고, 통로가 막히는 등의 원인으로 인해 막힘과 누출이 빈번하게 발생하고 심지어 설비를 교체해야하는 등의 문제를 해결하였으며, 또한 압력 강하가 낮고, 운행이 안정적이어서, 장치의 안전한 운행주기를 대폭 향상시켰다.
도 1은 본 발명 실시예의 열교환기의 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명 실시예의 공정 흐름도이다.
도 3은 도 1의 A 방향 투시도이다.
도 4는 도 1의 B 방향 투시도이다.
도 5는 도 1의 종방향 투시도이다.
이하 도면 및 실시예를 결합하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
실시예 1
도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상압 탑 오일가스 열교환 장치는,
열교환기(1)를 포함하고, 상기 열교환기(1)는 하우징(11)을 포함하며, 하우징(11)의 꼭대기부에는 각각의 열교환 파이프(5)와 서로 연통되는 튜브측 출구(18), 제2 주수배관(32)과 서로 연통되는 주수구(15) 및 하우징 내부와 서로 연통되는 기체 배출구(10)가 이격되게 설치되고, 열교환기의 상부 헤드의 측벽 상에는 셸측 입구(12)가 설치되며; 하우징(11)의 바닥부에는 각각의 열교환 파이프(5)와 서로 연통되는 튜브측 입구(13), 하우징 내부와 서로 연통되는 셸측 출구(14) 및 액체 배출구(19)가 이격되게 설치된다.
하우징(11) 내에는 상부 튜브 플레이트(16) 및 하부 튜브 플레이트(17)가 더 설치된다.
복수 개의 열교환 파이프(5)는 열교환 파이프의 부식 방지 기능을 보장하기 위하여 모두 순 티타늄 열교환 파이프로 구성된다. 각각의 열교환 파이프의 상/하 양단은 각각 상/하 튜브 플레이트 상에 고정되게 설치되고, 열교환 효율을 향상시키기 위하여, 각각의 열교환 파이프의 상부 튜브 플레이트(16) 및 하부 튜브 플레이트(17) 사이에 위치된 부분은 하우징(11)의 중심 축선을 따라 나선형으로 휘감는 방식으로 설치된다.
주수 코일파이프(annular water injection pipe)(6)는 하우징(11) 내부에 설치되어 상부 튜브 플레이트(16)의 아래쪽에 근접되게 설치되며; 주수 코일파이프(11)의 벽체 상에는 하우징 내부와 서로 연통되는 복수 개의 수공(61)들이 균일되게 분포된다. 주수 코일파이프(6)의 입구는 주수구(15)를 통해 제2 주수배관(32)과 연결된다.
셸측 입구(12)는 상압 탑 오일가스 배관(2)에 연결되고, 상압 탑 오일가스 배관(2) 상에는 제1 주수배관(31) 및 제3 주수배관(33)이 연결되고, 제1 주수배관(31) 및 제3 주수배관(33)은 모두 외부 주수배관(3)에 연결되며; 제1 주수배관(31) 및 제3 주수배관(33) 상에는 제1 솔레노이드밸브(34) 및 제2 솔레노이드밸브(35)가 각각 설치된다.
제1 주수배관(31)을 통해 상압 탑 오일가스 배관(2)으로 물을 보충하고, 솔레노이드밸브로 물의 유량을 조절하며; 제3 주수배관은 상압 탑 오일가스 배관(2)으로 물을 간헐적으로 주입하여, 큰 유량으로 셸을 세정하도록 한다.
제1 주수배관(31) 및 제3 주수배관(33)은 모두 외부 주수배관(3)에 연결되며, 제1 주수배관(31) 및 제3 주수배관(33) 상에는 모두 솔레노이드밸브가 설치되며, 두 개의 솔레노이드밸브는 모두 제어시스템(미도시)에 연결되어, 제어시스템을 통해 두 개의 솔레노이드밸브의 온/오프 및 밸브의 개도를 제어함으로써, 각각의 주수배관의 물 주입을 제어한다.
상술한 상압 탑 오일가스 열교환 장치의 열교환 방법은 이하 단계를 포함한다.
원유는 원유배관(7)을 통해 유입되어, 튜브측 입구로부터 각각의 열교환 파이프 내부로 유입되고, 상압 탑(8)으로부터 유입되는 상압 탑 오일가스는 제1 주수와 혼입된 후, 셸측 입구로부터 열교환기의 하우징 내부로 유입되어 원유와 열교환한 후, 셸측 출구로 배출되어, 후속 공정으로 유입되며; 상압 탑 오일가스의 유량은 43860kg/h이고, 온도는 125℃이며, 압력은 0.11MPaG이고, 열교환 후 출구의 온도는 82℃이며; 제1 주수량(注水量)은 1000kg/h이고, 온도는 40℃이며; 원유의 유량은 192400kg/h이고, 입구의 온도는 32℃이며, 압력은 2.1MPaG이고, 열교환 후 출구의 온도는 72℃이다.
제2 차 주수가 주수 코일파이스(6)로 연속적으로 유입되어, 각각의 수공(61)으로부터 하우징 내부로 살수(撒水) 되고; 제2 주수의 수량은 3000~4000kg/h, 온도는 40℃로 제어한다.
제3 주수가 상압 탑 오일가스 배관(2)으로 간헐적으로 유입되어, 상기 제3 주수의 수량을 10000kg/h, 온도 40℃, 주수 지속시간은 30min, 주수 주기는 90min으로 제어한다. 제1 주수 및 제3 주수의 유량 및 작업시간은 두 개의 대응되는 솔레노이드밸브에 의해 제어된다.
작동을 멈추고 유지보수할 때, 설비 내부의 매질을 깨끗이 배출시키고, 기체 배출구(10)를 열어서 하우징 상부에 모아진 상압 탑 오일가스를 배출시켜야 한다. 설비를 컷아웃(cut-out)한 후 세척하고, 기체 배출구(10)로부터 세정액을 주입하고, 액체 배출구(19)로부터 세정액을 배출한다.
종래의 통상적인 상압 탑 열교환기의 사용수명은 1~2년 정도이고, 부식 누출된 후 전체적으로 교체하거나 또는 파이프 클램프를 교체해야 했으며; 통로가 막히기 때문에 자주 세척해야 한다. 본 발명의 열교환 장치 및 열교환 방법은 설비 본체에 양호한 내부식성과 녹혹 생성을 저지하는 기능을 부여하여, 두 개의 운행주기인 8년 동안 녹혹으로 인한 막힘 현상과 부식 누출 현상이 발행하지 않았으며, 설비교체 및 설비의 유지보수 비용을 대폭 절감하였다.

Claims (7)

  1. 열교환기(1)를 포함하고, 상기 열교환기(1)는 하우징(11), 상기 하우징(11) 내에 위치한 상부 튜브 플레이트(16)와 하부 튜브 플레이트(17), 및 상기 상부 튜브 플레이트, 상기 하부 튜브 플레이트 상에 지지되어 형성되는 열교환 파이프(5)를 포함하며, 각각의 상기 열교환 파이프(5)의 입구는 상기 하우징의 바닥부의 튜브측 입구(13)에 연결되게 형성되고, 각각의 상기 열교환 파이프(5)의 출구는 상기 하우징의 꼭대기부의 튜브측 출구(18)에 연결되게 형성되며; 상기 튜브측 출구, 입구는 원유를 연결하고, 동시에 상기 하우징(11)의 상부에 상압 탑 오일가스 배관(2)을 연결하는 셸측 입구가 설치되며, 셸측 출구는 상기 하우징의 하부에 설치되는 상압 탑 오일가스 열교환 장치에 있어서,
    상기 하우징(11) 내의 상부에는 외부 주수(注水)배관(3)과 서로 연결되게 형성되는 주수 코일파이프(6)가 설치되고, 상기 주수 코일파이프(6) 상에는 상기 하우징 내부와 연통되는 복수 개의 수공(水孔)(61)이 설치되며; 상기 상압 탑 오일가스 배관(2)은 제1 주수배관(31) 및 제3 주수배관(33)을 통해 상기 외부 주수배관(3)과 연결되며; 상기 제1 주수배관(31) 및 제3 주수배관(33) 상에는 각각 제1 솔레노이드밸브(34) 및 제2 솔레노이드밸브(35)가 설치되며; 상기 주수 코일파이프(6)는 제2 주수배관(32)을 통해 상기 외부 주수배관(3)과 연결되는,
    상압 탑 오일가스 열교환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(11) 상에 주수구(注水口)(15)가 설치되고, 상기 외부 주수배관(3)과 상기 주수 코일파이프(6)는 상기 주수구(15)를 통해 서로 연통되는, 상압 탑 오일가스 열교환 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주수 코일파이프(4)는 상기 상부 튜브 플레이트(16)의 하측에 위치되며, 상기 상부 튜브 플레이트(16)와 근접되게 위치되는, 상압 탑 오일가스 열교환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 튜브 플레이트(16)와 하부 튜브 플레이트(17) 사이에 위치하는 열교환 파이프(5)는 상기 하우징(11)의 중심 축선을 휘감는 방식으로 설치되는, 상압 탑 오일가스 열교환 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하우징(11)의 꼭대기부에는 상기 하우징 내부와 서로 연통되어, 점검 수리 시 상기 하우징 내부의 꼭대기부의 기체가 깨끗이 배출되도록 형성되는 기체 배출구(10)가 더 설치되며; 상기 하우징(11)의 바닥부에는 점검 수리 시 상기 하우징 내부의 바닥부의 액체가 깨끗이 배출되도록 형성되는 액체 배출구(19)가 설치되는, 상압 탑 오일가스 열교환 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    각각의 상기 열교환 파이프는 순 티타늄(pure-titanium) 열교환 파이프인, 상압 탑 오일가스 열교환 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 상압 탑 오일가스 열교환 장치의 열교환 방법에 있어서,
    원유가 상기 열교환기의 열교환 파이프에 유입되고, 상압 탑 오일가스(atmospheric tower oil-gas)가 제1 주수(注水)와 혼입한 후, 상기 열교환기의 하우징 내에 유입되어, 원유와 열교환 한 후 상기 열교환기에서 배출되어 후속 공정으로 진입하고; 상기 원유와 상기 상압 탑 오일가스의 유량비는 4~5:1이고, 상기 제1 주수량은 상압 탑 오일가스 유량의 2~3%이며; 상기 상압 탑 오일가스의 온도는 120~150℃, 압력은 0.10~0.15MPaG이며, 상기 제1 주수의 온도는 30~50℃, 압력은 2.0~2.5MPaG이며, 열교환 후 셸측 출구의 온도는 80~85℃이며;
    제2 주수가 상기 주수 코일파이프(6)로 연속적으로 유입되어, 각각의 상기 수공(61)으로부터 상기 하우징 내에 분사(噴射)되며; 상기 제2 주수의 유량과 제1 주수의 유량비는 3~4:1 이고, 제2 주수의 온도는 30~50℃이며;
    제3 주수가 상기 상압 탑 오일가스 배관(2)으로 간헐적으로 유입되어, 셸측 입구로부터 셸측으로 유입되고; 상기 제3 주수와 제1 주수의 유량비는 8~12:1이고, 제3 주수의 온도는 30~50℃이며, 주수 지속시간은 25~35min이고, 주수 주기는 80-100min인 단계를 포함하는,
    상압 탑 오일가스 열교환 장치의 열교환 방법.
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