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中国石油乌鲁木齐石化公司科学研究与技术开发项目开题设计报告项目名称：换热器在线清垢除垢方法的开发和应用组织编制部门：乌石化公司技术发展处编制单位：乌石化公司研究院编写人：任立华2008年6月16日一、国内外现状、技术发展趋势、生产需求和市场前景石油化工生产中普遍存在设备油垢、焦垢问题。炼油厂常减压装置脱前脱后换热器仅开工六个月就出现严重的积垢问题，积垢问题对生产造成了严重影响：（1）换热器管壁热阻增加，生产能耗增加，换热器效率降低，电脱盐温度由开工初期的120℃降至110℃左右。（2）换热器管内污垢的沉积减少了流通截面，增大了流动阻力，脱后换热器背压升高，电脱盐压力上升，最高时达到1.3MPa,影响到装置的原油加工能力。（3）装置采取措施，对积垢严重的换热器逐台切除送至检修公司进行机械除垢，劳动强度大，大大增加了操作成本，对垢层清除不当还会对设备造成损坏，加重设备腐蚀。因此，解决积垢问题对工业生产的节能降耗、环境保护以及安全平稳生产意义非常重大。国内外现状及技术发展趋势：目前国内外在设备、管线除垢方面主要采取以下措施：1机械清垢法（高压水喷射法）是应急方法，适用于垢层较厚时采用，需要拆除换热器，采用高压水喷射，清除管线和换热器里的介质垢。目前我厂采用的就是这种除垢法。2化学清洗法（酸洗法）是应急方法，当垢层很厚时采用，需要拆除换热器，利用酸对垢层的溶解达到清垢目的，由于会腐蚀磨损设备，污染环境，该方法目前被逐渐淘汰。3除垢剂清洗法是不停车清洗换热器的清洗技术。把预清洗的热交换器分流，连接泵、滤网、槽组成的循环清洗系统，轻油与除垢剂组成清洗剂对换热器循环清洗，洗后使换热器导热性能恢复。该方法是当今国内外清除油垢的发展趋势。4有机阻垢剂加注法在易成垢的设备和管线处注入防垢剂，抑制结焦和成垢，保证介质流速和热交换的正常运行。美国埃克森石油公司的研究和工程公司（ERE），从油垢的成因到添加剂控制油垢生成，均进行了深入的研究。不仅开发了高性能的抗垢添加剂，而且研制成功一种：“灵活性成垢控制仪”。它是通过油品的成垢性分析（一个主要指标是沥清质含量），随时调正防垢添加剂用量。该公司在美国和欧洲申请了一些烃油防垢剂的专利。另外Betz石油公司、Chevron石油公司、Nalcochemicalco、Atlanticrechfieldco、AMOCOCORP、UOPinc、MobiloilCorp、Unionoil、reedle、PetroliteCorp等石油公司都有大量烃油防垢剂的专利。5涂料法防垢涂料防护法多数为需要高温固话的热固性涂料，工艺较复杂，通过涂料在换热器表面形成防护层起到防垢作用。目前镇海引入美国聚亚胺脂防护漆在换热器内壁涂装上进行了第一次应用。6电磁法防垢20世纪60年代，前苏联最早开始在油田使用电磁防蜡器。到目为止，磁技术已应用于油田注水、油井防蜡、油气集输、原油降粘、原油降凝、输油防垢及破乳等方面。我国油田应用磁技术起步于80年代，经过了多年的研究和实践，在各油田防垢方面逐步推广。7超声波防垢（工作频率大于等于20KHz）在前苏联，将超声波用于防垢的尝试始于20世纪30年代初，70年代才开始比较广泛的工业应用。近几年超声波技术在锅炉水处理、糖厂蒸发罐除垢、油田除垢、循环水除垢等方面得到广泛应用，国内外学者对此进行了多方面的研究，超声波防垢技术操作简单、成本低，是今后防垢技术的发展方向。8声波法防垢（工作频率小于20KHz）基于超声波防垢技术上发展的声学防垢技术于20世纪90年代中期实现了重大突破，技术装置完全实现了实用化和工业化。我国于1998年由清华大学国际技术转移中心从俄罗斯引进了该项技术，并且开始了广泛的工业应用。声学防垢技术主要应用于以水为介质的析晶型复合盐结晶体。对微粒型污垢(如矿泥的沉积板结)以及聚合物、油焦的除垢效果不好。生产需要及市场前景：油垢、焦垢十分广泛地存在于各种换热器中，种类繁多、防治困难、危害极大。除垢在炼化行业占据很重要位置。而一些情况下，解决除垢问题单一靠一种技术是比较困难的。因此，研究污垢的成因和组成，分析防垢作用机理，加快对除垢剂的应用研究，并开发连续在线清除油垢焦垢的方法与工艺是解决问题的最佳途径。对于石油加工业的节能、降耗、确保全年加工量的完成以及装置安、稳、长、满、优运行有着非常重要的意义。二、研究目标和主要研究内容项目目标：从典型原料沥青质沉积规律考察、除垢剂的应用研究、连续在线防垢工艺的开发等几个方面展开探索性的研究工作，提高装置换热器的除垢防垢水平。为炼厂提出有效的除垢防垢措施，降低换热器结垢对装置正常运行的不利影响。主要研究内容：1考察换热网络中沥青质沉积及其对换热效率影响1.1研究重质原料加工过程中，典型原料沥青质沉积规律，并建立相应数学模型；1.2分析沉积在换热器表面的沥青质的典型化学组成及其对热阻系数的影响，提出沥青质沉积对换热器运行效果的影响；2除垢剂筛选评价2.1建立小型实验装置，模拟换热器表面的成垢环境，进行除垢剂的筛选和评价；2.2对筛选出的除垢剂在常减压脱前或脱后原油换热器上进行除垢剂的循环清洗试验。3超声波原油换热器除垢工艺的研究利用小型试验装置进行超声波除垢的工艺研究，考察超声波功率和抑垢、除垢之间的关系，确定超声波连续在线除垢工艺的适宜工艺条件。三、关键技术和技术研究路线（方案）比选关键技术：1掌握典型原料沥青质沉积规律及其对换热效率的影响；2结合脱前脱后换热器筛选出合适的除垢剂并制定清洗方案；3寻求适宜的连续在线除垢工艺。技术研究路线（方案）比选序号技术路线优点缺点1机械清垢法清除彻底1)劳动强度大2）操作周期长，影响生产3）操作不当会对设备造成损失2化学清洗法清垢速度快1）酸洗液排放对环境造成污染2）费工费时3）磨损腐蚀3√除垢剂清洗法工艺简单可行、高效需设临时循环清洗系统4有机阻垢剂加注法方便、易行、效果明显1）必须保证药剂水平维持在一定水平2）阻垢剂作用会衰变3）并非整个系统都需要阻垢保护，造成试剂浪费5涂料法防垢可在换热器表面形成防护层1）工艺复杂2）价格昂贵3）若达不到工艺要求会造成涂料脱落，起不到防垢作业6电磁法防垢连续在线除垢防垢、降低原油粘度1）需要停工改造现有设备以便安装电磁防垢仪2）对操作条件有严格要求，有效使用时间短。7√超声波防垢除垢防垢在线进行；节能、环保、安全、在线安装不需停工安装使用之前需要保证换热器有一定的洁净度8声波法防垢连续在线防垢；节能、环保、安全不适用于对微粒型污垢(如矿泥的沉积板结)以及聚合物、油焦的除垢防垢因此，确定本课题的主要研究路线为（1）积垢机理研究（2）除垢剂清洗法研究（3）超声波防垢技术的开发。四、主要技术经济考核指标技术经济考核指标在脱前脱后换热器上实现除垢剂循环清洗应用提出脱前脱后换热器除垢、防垢方案五、项目验收最终成果及成果形式最终成果：为炼油厂常减压装置加工重质原油提供换热器防垢除垢技术措施，尽量将油垢焦垢对装置产生的不利影响降到最低。保证装置的安稳常满优运行。成果形式：《工作总结报告》《技术总结报告》组织专家和管理人员以会议或现场勘验的方式进行成果验收。六、项目研究进度计划（按照里程碑阶段编制进度计划，填写计划进度表，并用甘特图表示）（一）计划进度表研究阶段起止时间研究内容阶段目标调研阶段2008年10月—2009年4月调研国内外换热器除垢防垢工艺和技术办理对外合作的审批手续，进行技术协议及合同的签订工作《调研报告》考察典型原料沥青质沉积规律及其对换热效率的影响2009年4月—2009年10月1与相关合作单位合作，研究重质原料加工过程中，典型原料沥青质沉积规律，并建立相应数学模型；分析沉积在换热器表面的沥青质的典型化学组成及其对热阻系数的影响，提出沥青质沉积对换热器运行效果的影响；2建立小型实验装置完成机理研究除垢防垢工艺的研究与开发2009年7月-2010年4月结合小型试验装置筛选出合适的除垢剂制定除垢剂清洗方案；利用小型试验装置进行超声波除垢的工艺研究，考察超声波功率和抑垢、除垢之间的关系。完成利用除垢剂清洗工艺在脱前或脱后换热器上的除垢试验确定超声波连续在线除垢工艺适宜的工艺条件。项目总结和鉴定2010年5月-2010年8月准备资料，进行项目总结《工作总结报告》《技术研究报告》说明：阶段目标为经过该阶段研究应取得的阶段成果，目标应具体、量化，具有可考核性。（二）计划进度甘特图七、资源计划姓名职称所学专业单位在项目各阶段研究时间和主要承担任务描述阶段一调研与合同的签订阶段二沥青质沉积规律考察阶段三除垢防垢工艺的研究与开发阶段四项目总结阶段徐新良高工化工研究院确定合作方和合作内容，进行合同的签订制定换热器除垢方案；确定防垢工艺条件资料审查，进行项目总结任立华工程师石油炼制研究院调研外厂先进除垢防垢经验，办理外协审批手续考察沥青质沉积规律及沥青质沉积对换热器运行效果的影响除垢剂筛选试验，制定换热器除垢剂清洗方案；超声波工艺研究准备资料，进行项目总结孟伟高工石油工程研究院确定合作方和合作内容除垢剂筛选试验；超声波工艺研究资料审查徐亚荣工程师化工研究院调研外厂先进除垢防垢经验考察沥青质沉积规律及沥青质沉积对换热器运行效果的影响除垢剂筛选试验；超声波工艺研究蒋福山工程师石油炼制研究院建立小型试验装置张政伟高工石油炼制炼油厂建立小型试验装置贺西宝高工石油炼制研究院除垢剂筛选试验黄奋生工程师化工研究院考察沥青质沉积规律及沥青质沉积对换热器运行效果的影响建立小型试验装置熊庆春工程师石油炼制研究院除垢剂筛选试验孙燕工程师石油炼制研究院除垢剂筛选试验蔡海军高工石油炼制炼油厂制定换热器除垢剂清洗方案，进行换热器除垢试验艾合买提工程师石油炼制炼油厂制定换热器除垢剂清洗方案，进行换热器除垢试验勾朝阳工程师石油炼制炼油厂调研外厂除垢防垢经验制定换热器除垢剂清洗方案，进行换热器除垢试验杨胜年工程师石油炼制炼油厂制定换热器清洗方案，进行换热器除垢试验(二)设备资源计划单位：千元序号仪器设备名称生产厂家隶属单位购置、使/占用台件购置、使/占用费使用理由1成垢试验模拟装置研究院120万项目试验用2超声波发生器（探头）研究院22万项目试验用3超声波换能器研究院22万项目试验用4泵研究院12.5万应用试验用5滤网研究院12万应用试验用6油槽研究院13万应用试验用7分析仪研究院160万实验分析用八、前期研究基础情况和支撑条件分析1、项目前期研究基础情况2、与国内外合作研究及技术引进相结合的可能性（要列出对外合作内容，提供合作机构的资质、研究优势、合作经历等背景资料。必要时，以附件形式附在开题设计报告中）3、与基本建设、技术改造等工程结合的可能性1前期研究基础：前期已开展了调研工作，对国内外设备防垢除垢技术进展有一定的关注。同时针对常减压脱前脱后换热器油垢取样，做了一些前期试验，积累了一些经验。项目支撑条件：研究院拥有完善的试验分析系统及经验丰富的炼油工艺人员，长期开展各种进厂原油的评价工作和炼油生产服务工作，对炼厂的生产和操作较为熟悉，有一定的经验。2、与国内外合作研究及技术引进相结合的可能性与石油大学、长沙理工大学等单位有合作意向。3与基本建设、技术改造等工程结合的可能性应用于炼油厂。可及时为生产服务，为炼厂常减压装置提供换热器除垢防垢的技术支撑。九、与本项目有关的专利检索及其法律状况分析无。十、应用前景和经济效益预测应用前景：研究污垢的成因和组成，分析防垢作用机理，加快对除垢剂的应用研究，并开发连续在线清除油垢焦垢的方法与工艺，为炼油厂常减压装置提供指导性的除垢防垢方案及技术措施，尽量将由于换热器油垢、焦垢对装置产生的不利影响降到最低。连续在线清除油垢焦垢的技术对改变以往传统除垢费工费时、运行周期短的被动局面有着很大的改观。对保证装置的安稳常满优运行具有重要意义，对于石油加工业的节能、降耗、确保全年加工量的完成也有着非常重要的意义，具有很好的推广应用前景。效益预测：完成重质原油的加工任务，提升原油加工量。减少因积垢造成的不利影响，提高设备运行的经济性和可靠性。十一、经费预算明细表项目名称：换