2EH廠蒸汽重組爐熱

回收段傳熱效率改善 南亞化工一部異辛醇廠

一、前言

2EH廠從 88年開車運轉後，蒸汽重組爐熱能回收段之 熱交換器爐管雖每次歲修時以高壓 Air及鋼刷等傳統方式進行傳熱管外表清理，但因爐管排列緊密無法有效清理乾淨而

積垢，影響換熱效率，導致煙道氣出口溫度升高造成熱能浪

費，經與專業廠商美國 CETEK公司檢討後採用乾冰清理方法(CO2 Blast Cleaning)處理，改善後煙道氣出口溫度由 190℃降至 174℃，增加 1.28噸 /小時高壓蒸汽產出，有效提升熱能回收效率。

二、蒸汽重組爐簡介▼圖 1: 2EH 廠蒸汽重組段製程流程圖

煙道氣熱能回收段

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蒸汽重組段製程流程詳圖 1，CRG反應槽產生之富甲烷氣體與中壓過熱蒸汽相混合，並加入 CO2後進入 H141蒸汽重組爐進行反應。蒸汽重組使用氧化鎳觸媒，蒸汽會與氣態碳

氫化合物在高溫及低壓條件下，反應生成二氧化碳、一氧化

碳、氫氣、 甲烷，重組氣中每種組成之濃度視經過觸媒之蒸汽對碳氫化合物之比例及氣體離開觸媒之溫度及壓力而定。

重組爐由 112支觸媒管構成，以 4排每排 28支排列，其爐火噴槍位於輻射箱頂端，供應觸媒管內蒸汽重組反應所需熱源。

燃燒所產生之煙道氣收集後通過輔助爐提高煙道氣溫度後，

煙道氣通過 E134、E126及 E127等熱交換器進行熱回收產出65K高壓蒸汽供廠內各種壓縮機之渦輪機使用。熱能回收段設備規格如下 :(一 ) 輻射加熱鍋爐 (E134)

型式：臥式直管式 (三角排列 )材質：A335 GR.P11尺寸：2,150 × 6,900 × 2,580mm

(二 ) 過熱蒸汽加熱器 (E126B)型式：臥式直管式 (正方排列 )材質：A335 GR.P11尺寸：2,743 × 6,424 × 2,700mm

(三 ) 過熱蒸汽加熱器 (E126A)型式：臥式直管式 (正方排列 )材質：A335 GR.P11尺寸：2,743 × 6,424 × 2,700mm

(四 ) 廢熱氣鍋爐 (E127)型式：臥式鰭管式 (三角排列 )

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材質：A210 GR.C尺寸：2,150 × 6,502 × 2,784mm

(五 ) 燃燒空氣預熱器 (E128A.B.C)型式：臥式直管式 (正方排列 )材質：A178 GR.A尺寸：2,979 × 5,725 × 2,880mm(3ST)

三、改善動機

重組爐熱能回收熱交換器爐管外表因自 88年起長期使用而積垢，異常照片如圖 2所示。雖每 2年利用歲修時以高壓Air及鋼刷等傳統方式進行爐管外表清理，但因爐管排列緊密內側爐管無法有效清理乾淨致換熱效率逐年變差，導致重組

爐煙道氣出口溫逐年上升至 190℃。另因積垢換熱效率變差導致 65K高壓蒸汽產生量亦減少 2MT/HR(58MT/HR降至 56MT/HR)，造成能源浪費， 因此尋求改善，各種改善方式評估如下：(一 )若用傳統方法以水清洗會形成二次污染及破壞爐內耐火

棉及耐火磚，且內側爐管無法清理乾淨，故不可行。

(二 )因此熱回收設備爐管側非密閉系統，故無法以酸洗方式進行清理。

(三 )以傳統鋼刷或高壓 Air僅能清理外側爐管，內側管因排列緊密而無法有效清理。

(四 )若更換新設備費用高達約NT$216,500仟元，不符效益 (共有 E134、E126A/B、E127及 E128 等設備 )。

(五 )與專業廠商美國 CETEK公司檢討後建議採用國外已普遍使用之乾冰清理方法 (CO2 Blast Cleaning)並附上特殊工具可徹底完成清理，故採用此方式進行改善。

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四、乾冰清理原理及方法說明

乾冰是 CO2的固態存在形式，CO2常態下是一種無色無

味的氣體，自然存在於空氣中。在 -78℃低溫，CO2以固體形

式存在。在常壓下，固體 CO2直接昇華，沒有液化過程。

與噴鋼砂、噴玻璃砂、噴塑料砂和噴蘇打等其它噴射介

質一樣，乾冰顆粒的動量取決於其質量和速度，由於乾冰密

度相對較低，要達到所需要的衝擊能量主要取決於乾冰顆粒

的速度。與其它噴射介質不同之處，係為乾冰顆粒溫度極低

(-78℃ )，由於乾冰顆粒與清洗表面間的溫度差，容易發生熱衝擊現象，使汙垢剝離力提升，主要係乾冰昇華產生之低溫

可使粘附污垢溫度降低致脆性增大，有利於將污垢層衝擊破

碎。

乾冰清洗的原理是以高速氣流噴射乾冰顆粒直接衝擊待

清洗表面，利用衝擊力使附著物被剝離，且清理表面衝擊後

產生溫度差 (因溫度低脆性增大 )使剝離力提升而將污垢層擊碎。且乾冰的動量在衝擊瞬間消失，利用乾冰顆粒與清洗表

面在衝擊瞬間迅速發生熱交換，使乾冰迅速昇華變為氣體，

致乾冰顆粒在千分之幾秒內體積膨脹近 800倍，這樣在衝擊點造成「微型爆炸」可徹底清除污垢。加上乾冰氣化為 CO2

▲圖 2: 燃燒產生之灰及爐內陶瓷耐火棉屑附著於熱交換器爐管外表。

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直接揮發，清洗過程中除清除下來的污垢外沒有產生任何二

次廢物。

綜合上述特性意味著乾冰清洗具有傳統清洗無可比擬的

優勢： (一 )不能用水清洗的地方，完全可用乾冰清洗替代。(二 )乾冰瞬間氣化，毫無殘留，不產生二次廢料。(三 )非破壞性除污，不傷機器，不損模具。

五、實際作業及成效比較

(一 )主要工具及施工作業

▲圖 3：乾冰清洗的基本原理

▲乾冰清洗機 ▲乾冰製造機

▲現場施工作業 ▲現場施工作業

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(二 ) 清洗前後比較

(三 )成效分析1.投資金額：2,600仟元，由美國 CETEK原廠技師施工。2.重組爐煙道氣出口溫度由 190℃降至 174℃，製程持續正常操作。

3.爐管積垢清除提升換熱效率，65K高壓蒸汽產生量增加 (105K蒸汽輸入可減少 )：1.28噸 /小時。

4.年效益：8,628仟元。5.CO2減量：3,808噸 /年。

▲E126B 施工後 ( 右圖 ) 與施工前 ( 左圖 ) 比較，傳熱管表面粉塵已不覆見。

▲E127A 施工後 ( 右圖 ) 與施工前 ( 左圖 ) 比較，鰭管隙縫之耐火棉屑已清除。

▲E134 施工後 ( 右圖 ) 與施工前 ( 左圖 ) 比較，內側管雖排列緊密但能有效清理。

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傳統清洗 乾冰清洗

設備拆卸 需拆卸、降溫、重新組裝。不需拆卸即能清洗到傳統無法清洗的地方，清洗後立即恢復生產。

污染問題清洗物會形成二次污染物，如清洗產出之廢水等。

無二次污染，乾冰從接觸表面昇華。

工時傳統清洗方式費時費力，包含拆卸及組裝設備，預估工時需 20天。

清洗時間 5天，所需時間僅需傳統清洗方式的四分之一。

清洗效果

對於排列緊密之內側傳熱管無法有效清洗乾淨而積垢，致換熱效率逐年變差，97年歲修清洗後 煙道氣出口溫度僅下降 7℃，增加 0.59MT/HR高壓蒸汽產出。

鰭管隙縫及排列緊密之 內側傳熱管皆能有效 清洗，使煙道氣出口溫度下降 16℃ (由 190℃降回 174℃ )，增加 1.28MT/HR高壓蒸汽產出。

對設備的危害

會磨損及污染被清洗區域。 無危害、有利於環保。

安全危害環境及人體，不能在帶電的環境中使用。

標準的安全預防，可在帶電環境中使用。

▲ 表 1：乾冰清洗與傳統清洗的比較表

六、結論

傳熱管以乾冰清洗使鰭管隙縫及排列緊密之內側傳熱管

皆能有效清除，實際測試煙道氣出口溫度已由清洗前 190℃降至 174℃，溫度下降 16℃ (傳統清洗後煙道氣出口溫度僅下降7℃ )，增加 1.28噸 /小時高壓蒸汽產出。在考量更換設備金額下，乾冰清洗方式仍符合回收效益，本廠在其他節能方面，

仍須不斷的製程改善，除可降低操作成本，也對環境暖化及

CO2減少排放進一份心力。

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