国内外各类低压甲醇塔等温变换炉结构

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1、国内外各类低压甲醇塔结构应用于等温变换反应器上存在问题及优点的分析（中国化学工业集团公司XX工程有限公司）“等温变换技术”是我国自己研发并有自己知识产权的专利技术，目前南京敦先化工科技冇限公司、湖南安淳公司、河北正元工艺均冇开起来的业绩，特别南京敦先化工科技有限公司已经有8套业绩了，有粉煤加压气化、水煤浆加压气化、固定床加压气化以及石油石化渣油制氧气化等方面业绩。从打前我们所承接的工程项口及与技术商、业主接触过程屮可以知道：现在业主在新上大型煤化工（1）厚管板受热不均匀、厚管板易出现裂纹：气侧与水侧之间的厚管板无法实现

2、合理操作曲线（气侧如有合理操作曲线，气侧温差要达到100°C以上，这是变换反应的特殊需求），如果实现合理操作曲线，则厚管板热应力不同，管板很容易出现裂纹；（2）结构不合理、容易造成整台设备报废：虽然采用了双管板结构，但在结构上设计不合理。厚管板与上部水箱及厚管板与下部催化剂床层之间全部采用焊接结构，高压外筒、气体分部器、换热管等部件全部与厚管板直接焊接，催化剂从上部中心管装填，而且下部设丄丄丄丄「丄丄J.P4II4•十才H-II霍rr-l丄

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5、4>专・十l-»gg!7冇双封头，不仅不利于催化剂装填和自卸，

6、一旦催化剂无法自卸，则整台设备报废（如右上侧图），日本多段全径向结构（如右下侧图）也是单管板结构，仅是将厚管板及水箱放到下部，仅是解决了催化剂便于装填，但右上图结构存在的诸多问题是一样的；（3）不适合二级变炉使用、也不适合装置大型化：该甲醇反应器实际是是浮头式换热器结构,单管板无法承受较大负压差，如呆将反应器直径放大到DN3800,单侧承受负压差为3.5MPa时，单管板厚度需要在550mm以上，市场上无法采购这么厚的管板。如果这种结构用于二级变炉上去，则管板是最薄弱环节，管板受负压容易出现裂纹，换热管与管板之间的焊缝易

7、拉裂。口前运行的某技术公司浮头式甲醇合成塔（结构由鲁奇演变而来，上管板为固定管板、下部采用双封头，相对膨胀量采用管道式膨胀节消除）也屈丁•单管板结构，已投运的设备冇好多家在单管板上出现了泄露问题（如湖北三宁、河北金石等单位低压联醇装置）；这种结构的低压甲醇塔如果应用到变换装置上是无法实现装置人型化的，主要受管板的限制，如果设备直径放大到DN3800以上，国内提供锻件的单位的锻压机已经无法提供满足压差需求的厚管板了。（4）国内某集团运行的一台单管板式等温变换反应器仅是将低压甲醇塔应用到变换装置上，完全没有掌握等温变换反应

8、器的设计理念：目而，变换系统气侧压力为3.378MPa＞副产蒸汽压力已到3.646MPa,水侧压力已经高于气侧压力，而催化剂床层温度仅为264°C,出反应器出口温度为258°C。随着催化剂使用寿命延长，催化剂活性衰退，要想进一步提高催化剂床层温度就得提高蒸汽压力，而依靠提高蒸汽压力来提高催化剂床层温度是有限的，可能在催化剂使用到0.5〜1.0年时，蒸汽压力需要提升到5.0MPa以上。该催化剂床层没冇合理操作曲线，不利于有机硫转化及防治催化剂发生水合结块;催化剂床层温度难以提升，耐硫宽温区催化剂就失去“宽温区”意义了，造

9、成催化剂使用周期短、生产运行费用高；随着水侧与气侧压产增大，厚管板管板可能岀现裂纹，造成水漏到催化剂床层，一旦发生泄露，则会出现整台设备报废现象，装置不能运行。如杲应用与粉煤加压气化变换装置，CO含量高，需要向系统添加蒸汽，会造成催化剂床层泡在水屮，催化剂屮钾盐流失、短时间内催化剂活性迅速下降，更会造成催化剂发生水合，反应器内部催化剂结成整块，不仅催化剂床层阻力大，催化剂难以自卸，造成整台设备报废。这是业主在大型装置上必须要考虑的首要问题，大型装置投资可能在几十亿甚至几百亿，一旦发生这种事故则造成几十亿甚至几百亿的投资

10、装置无法运转，给业主带來经济损失太大。该种反应器具有以下优点：（1）消除运行过程中热应力效果好：该结构甲醇反应器换热管为盲肠式，一端固定、一端自由仲缩，消除热应力方而是任何低压卬醇塔不可比拟的；（2）水侧与侧气Z间焊接点少、焊缝易保证质量：该结构水侧与气侧Z间焊接点仅在上管板上，焊接易焊接，易保证焊接质量；2、板式甲醇反应器存在以下问题:板式甲醇反应器受热元件为两层薄钢板焊接后再冲压而形成带冇腔体的换热板，腔体内走水，板外走气。采用全径向结构催化剂床层时，换热板由内向外按照同心圆布置若干层，由于换热板是长方形平板，随着

11、催化剂床层直径增大，则单一换热板的宽度也增加，如果卬醇塔直径在DN3500时，外围换热板的宽度则达到500mm以上。该结构甲醇反应器如果应用到变换反应器屮会存在以下问题：（1）焊缝多、安全系数低：换热元件为换热板，换热板是由两块6二2.5mm的钢板焊接而成，如杲最外一层换热板高度为9000mm,则这块换热板周的焊缝总长度（9+0.