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改性瀝青裝置研磨瀝青換熱器堵塞原因及改造措施

文檔作者：潘從錦，李海龍，侯丹丹，黃扶顯，韓雪艷文檔來(lái)源：中國(guó)石油克拉瑪依石化分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年03月19日
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2014年10月 石油瀝青PETROLEUM ASPHALT 第28卷第5期
改性瀝青裝置研磨瀝青換熱器堵塞原因
及改造措施
潘從錦，李海龍，侯丹丹，黃扶顯，韓雪艷
(中國(guó)石油克拉瑪依石化分公司，克拉瑪依834003)
摘要：某石化公司改性瀝青裝置研磨瀝青換熱器頻繁發(fā)生堵塞現(xiàn)象，膠塊將管束和殼體
粘接在一起，維修難度大。分析形成堵塞的工藝和設(shè)備方面原因，并進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改
造，解決了換熱器堵塞的問(wèn)題，保證了裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：改性瀝青研磨瀝青換熱器堵塞改造
某石化公司100 kt／a改性瀝青裝置的研磨瀝
青換熱器E404／1．2是基質(zhì)瀝青和改性劑混合研
磨后加熱升溫的主要設(shè)備。研磨瀝青經(jīng)瀝青接力
泵送至改性瀝青換熱器升溫后，進(jìn)入攪拌罐進(jìn)一
步升溫反應(yīng)，產(chǎn)出合格的改性瀝青產(chǎn)品。其運(yùn)行
工況的穩(wěn)定與否，嚴(yán)重影響著改性瀝青裝置的平
穩(wěn)生產(chǎn)。若反應(yīng)前升溫達(dá)不到要求，則會(huì)嚴(yán)重影
響改性瀝青成品的質(zhì)量，達(dá)不到瀝青改性要求的
指標(biāo)。型號(hào)為BIU1000—2．5—405—6／19—4的
改性瀝青換熱器E404／1．2操作參數(shù)見表1。
表1 改性瀝青換熱器FA04／1．2操作參數(shù)
1 運(yùn)行情況
研磨瀝青換熱器在實(shí)際運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)嚴(yán)重
的堵塞情況，裝置不得不停工搶修。該換熱器在
于2007年擴(kuò)量改造后投入運(yùn)行，在前三個(gè)月的
生產(chǎn)中運(yùn)行情況良好，出口溫度可以滿足工藝生
產(chǎn)要求的溫度。然而在后續(xù)的生產(chǎn)中，出口溫度
持續(xù)降低，攪拌罐的升溫負(fù)荷逐漸增大，直至無(wú)
法達(dá)到反應(yīng)溫度，造成改性反應(yīng)不充分，產(chǎn)品不
合格。而換熱器壓降同時(shí)在逐漸增大，換熱效率
嚴(yán)重下降。流量也在同步降低，在后期的生產(chǎn)中
只好將換熱器切除，通過(guò)復(fù)線輸送到攪拌罐中。
由于輸送不暢，導(dǎo)致蹩壓，輸送泵的出口壓力持
續(xù)走高，導(dǎo)致螺桿泵噪聲異常，密封大量泄漏，
安全閥起跳，導(dǎo)致裝置停工搶修。
2 維修情況
2007年l2月底，改性瀝青換熱器開始維
修。為了方便維修，裝置在維修之前對(duì)該換熱器
進(jìn)行了多次蒸汽吹掃和溶劑油置換，然而置換效
果甚微。降溫后的研磨瀝青將管束和殼體粘接在
一起，在維修現(xiàn)場(chǎng)抽芯作業(yè)的過(guò)程中，由于對(duì)換
熱器堵塞情況產(chǎn)生的負(fù)荷評(píng)估不足，導(dǎo)致抽芯機(jī)
超負(fù)荷后鋼絲繩斷裂。為了熔化研磨瀝青，使得
抽芯過(guò)程更為順利，在殼體表面捆綁電伴熱帶進(jìn)
行加熱處理，但是仍然負(fù)荷過(guò)大，抽芯機(jī)無(wú)法完
成抽芯作業(yè)。最后將換熱器放置在熱處理爐中，
緩慢加熱到恒溫的90℃ ，將研磨瀝青熔化后，
才得以將管束抽出。管束外表面和u型管表面
結(jié)焦情況見圖l和圖2。管束的外表面全部為改
性瀝青膠狀物，管子之間空隙完全堵塞，整個(gè)殼
體內(nèi)也存在大量的膠狀物。由于膠狀物富有彈
收稿日期：2014—03—01。
作者簡(jiǎn)介：潘從錦(1976一)，男，高級(jí)工程師，石油大學(xué)
(北京)工程碩士，主要從事煉油化工生產(chǎn)、設(shè)備技術(shù)管理
工作，已發(fā)表論文2O余篇。E—mail：p~ksh@ pe~oehi—
70 石 油 瀝 青 2014年第28卷
性，嘗試使用高壓清洗槍清洗，效果不明顯，只
有采用人工使用刀具等進(jìn)行清理，不間斷作業(yè)
10 d才清理完畢。殼體內(nèi)的作業(yè)空間小，膠狀
物多，人員無(wú)法進(jìn)入作業(yè)，采用明火燃燒的方法
才得以清理。整個(gè)維修費(fèi)用和換熱器管束價(jià)格相
當(dāng)，每個(gè)季度均要進(jìn)行一次清理維修，費(fèi)時(shí)費(fèi)
力，難度極大。
圖1 管束表面的皎狀物
圖2 U型管處的膠狀物
從圖1和圖2中可以看出管束外表面結(jié)焦情
況極為嚴(yán)重，嚴(yán)重結(jié)焦正是導(dǎo)致抽芯作業(yè)困難重
重的原因。
3 換熱效率下降和管束堵塞原因分析
3．1 基質(zhì)瀝青和改性劑的相容性差
由于該公司環(huán)烷基石油瀝青膠質(zhì)含量高，芳
烴、瀝青質(zhì)和硫含量少，存在著改性劑與相溶性
和配伍性差的問(wèn)題，改性劑在瀝青中分散不均
勻、不穩(wěn)定，易分離出來(lái)。SBS(苯乙烯一丁二
烯一苯乙烯)改性劑是一種熱塑性彈性體丁苯
橡膠，具有橡膠和樹脂的特性，在常溫下顯示橡
膠的高彈性。SBS高分子中具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的不同
塑性段和橡膠段，形成的是類似合金的組織結(jié)
構(gòu)。其中聚苯乙烯(s)在兩端，分別聚集在一
起，形成物理交聯(lián)區(qū)域，即硬段分散相；聚丁二
烯(B)則形成軟段，為連續(xù)性，呈現(xiàn)高彈性。
這種締合作用類似于物理的交聯(lián)和結(jié)合，并長(zhǎng)時(shí)
問(wèn)保持在一起。組分中較多的膠質(zhì)，使其具有較
高的粘附力；瀝青質(zhì)含量太低，瀝青自身很難形
成穩(wěn)定的膠體，瀝青質(zhì)太高，則容易引起改性瀝
青相分離。
該裝置的瀝青改性是通過(guò)研磨攪拌的物理方
法將SBS分散在瀝青中。由于SBS聚合物和瀝
青之間的密度、黏度、分子量、極性及溶解度參
數(shù)等性質(zhì)差異較大，在熱力學(xué)上是不榴容的，即
不能形成穩(wěn)定的均相體系。在生產(chǎn)輸送過(guò)程中，
SBS和瀝青會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生相分離和凝膠現(xiàn)象。
3．2 改性劑熱聚集結(jié)塊
改性瀝青生產(chǎn)過(guò)程包括溶脹、剪切及發(fā)育，
改性劑吸收基質(zhì)瀝青中的輕質(zhì)油組分體積盡可能
地充分膨脹，大顆粒的改性劑與基質(zhì)瀝青均勻的
混合在一起，再用膠體磨對(duì)經(jīng)過(guò)充分溶脹后的改
性劑研磨剪切使其細(xì)化后均勻分布于基質(zhì)瀝青
中，此時(shí)改性劑顆粒與瀝青的混合還很生硬，沒(méi)
有經(jīng)過(guò)必需的時(shí)間發(fā)育，雖然此過(guò)程中添加了促
進(jìn)劑和增溶劑等，但此時(shí)改性劑顆粒與瀝青之間
形成的體系并不穩(wěn)定。瀝青體系的升溫不可避免
出現(xiàn)老化現(xiàn)象。而基質(zhì)瀝青中含有較高的膠質(zhì)
時(shí)，更容易出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。
隨著膠體磨運(yùn)行時(shí)間的增加，磨盤間隙可能
出現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，使得SBS顆粒沒(méi)有得到
充分細(xì)化，．當(dāng)達(dá)到研磨瀝青換熱器升溫時(shí)，SBS
顆粒受熱聚集成塊，形成堵塞。
3．3 換熱器管程和殼程選擇不合理
換熱器管程介質(zhì)為導(dǎo)熱油，殼程介質(zhì)為研磨
瀝青。換熱器的管束結(jié)構(gòu)中有折流板、支撐管、
支撐板和防沖板等，各管子之問(wèn)均存在縫隙空
間，管束和殼體之間為介質(zhì)的流通空間。因此當(dāng)
研磨瀝青進(jìn)入E404／1．2殼程后，很容易形成渦
流區(qū)域和流動(dòng)死角。凝膠和結(jié)塊往往從這些區(qū)域
開始發(fā)生，隨著運(yùn)行時(shí)間的累計(jì)，結(jié)塊逐漸增
大。隨之，結(jié)焦區(qū)域的擴(kuò)大，研磨瀝青流動(dòng)阻力
增大，使得換熱器的壓降增大，膠塊在壓力作用
下受到的擠壓現(xiàn)象增多，使得膠塊的密實(shí)度增
加，且牢固程度隨之增加，更加堅(jiān)硬且富有彈
性。久而久之，結(jié)塊和凝充滿了膠換熱器的大部
第5期 潘從錦等．改性瀝青裝置研磨瀝青換熱器堵塞原因及改造措施 71
分空間，通過(guò)結(jié)塊和凝膠將管束和殼體粘接在一
起。
3．4 升溫區(qū)間大。升溫速度快
該換熱器的進(jìn)口溫度為200 oC，換熱以后的
出口溫度達(dá)到245℃ ，生產(chǎn)過(guò)程中研磨瀝青短時(shí)
間內(nèi)升溫幅度大，而瀝青介質(zhì)導(dǎo)熱性能較差，當(dāng)
加入SBS改性劑后，導(dǎo)熱性能更差?？焖俚臏?
度升高，導(dǎo)致膠塊的產(chǎn)生，尤其是膠質(zhì)含量高時(shí)
更是如此。
從以上的分析可以得出研磨瀝青換熱器堵塞
的原因是：基質(zhì)瀝青和改性劑互溶性差；SBS改
性劑聚集，發(fā)生凝膠現(xiàn)象；介質(zhì)升溫速磨陜，幅
度大；換熱器管程和殼程介質(zhì)選擇不合理。
4 改進(jìn)措施
1)優(yōu)化工藝，通過(guò)基質(zhì)瀝青氧化等措施，
增加瀝青質(zhì)組分，提高和SBS改性劑的互溶性，
使得基質(zhì)瀝青更容易通過(guò)SBS改性。工藝優(yōu)化
后，研磨瀝青的進(jìn)口溫度從200 oC升到210℃，
E404／1．2只需要將研磨瀝青的溫度從210℃加
熱到235 oC，即可滿足工藝生產(chǎn)的要求，降低了
加熱升溫的速度，減少了膠塊現(xiàn)象。
2)增加溶脹發(fā)育時(shí)間和空間。裝置通過(guò)技
術(shù)改造，增設(shè)一個(gè)體積更大的預(yù)混罐，延長(zhǎng)了研
磨瀝青發(fā)育時(shí)間，使得SBS充分溶脹，均勻地
分布瀝青溶液中。
3)增加一道膠體磨，使得剪切更均勻，顆
粒更小。增加的膠體磨研磨系統(tǒng)，使得SBS顆
粒更細(xì)，較少了改性劑的聚集成塊。
4)調(diào)整管程和殼程介質(zhì)。通過(guò)改造換熱器
流程，清潔的導(dǎo)熱油介質(zhì)走殼程，研磨瀝青走管
程，降低了研磨瀝青介質(zhì)流通阻力，流速增加，
介質(zhì)外部環(huán)境改善，減少了膠塊產(chǎn)生的可能性。
5 結(jié)語(yǔ)
分析研磨瀝青換熱器堵塞的原因，進(jìn)行了基
質(zhì)瀝青組分優(yōu)化、生產(chǎn)流程改造、換熱器管殼程
介質(zhì)互換后投入運(yùn)行，沒(méi)有再次發(fā)生E404／1．2
嚴(yán)重堵塞的情況，裝置得以連續(xù)生產(chǎn)。在后期的
換熱器檢修中，換熱器表管束表面完好，只是在
管箱內(nèi)有少量的膠塊存在，清理比較方便，維修
快捷，改造取得了良好的效果。
Blocking Causes and Reform M easures about Heat Exchanger
of Grinding Asphalt in M odified Asphalt Device
Pan Congjin，Li Hailong，Hou Dandan，Huang Fuxian，Han Xueyan
(PetroChina Karamay Petrochemical Company，Karamay 834003)
Abstract：Abrasive asphalt exchanger of modified asphalt device in a petrochemical company frequent
blocking phenomenon，the rubber piece would glue tube bundle and shell together，maintenance was difi—
cult．The paper analysed the reasons for technology and equipment of forming blockage and carried out the cor—
responding technical transform ation，solved the problem of blocking the heat exchanger to ensure the long peri—
od operation of the device．
Keywords：modified asphalt；grinding asphalt；heat exchanger；blockage；modification
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