“Ｗ－３重質(zhì)燃油助劑”在揚(yáng)子石化的工業(yè)應(yīng)用

成國華　馮義釵　趙開鵬

摘要：揚(yáng)子石化烯烴廠水汽車間配備了三臺(tái)超高壓鍋爐，分別為U-BF1201A、B、C爐，均系自然循環(huán)微正壓燃油鍋爐。文章對(duì)“W-3重質(zhì)燃油助劑”在揚(yáng)子石化的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：W-3重質(zhì)燃油助劑；揚(yáng)子石化；工業(yè)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TQ424.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）11-0169-03

一、前言

揚(yáng)子石化烯烴廠水汽車間配備了三臺(tái)超高壓鍋爐，分別為U-BF1201A、B、C爐，均系自然循環(huán)微正壓燃油鍋爐。A、B爐由日本Babcock-Hitachi（B.H.K）制造，蒸發(fā)量為160t/h，于1986年7月點(diǎn)火使用；C爐由哈爾濱鍋爐廠制造，蒸發(fā)量為220t/h。其產(chǎn)品為超高壓蒸汽，供乙烯及化工廠精對(duì)苯二甲酸（PTA）裝置氧化、精制兩條線用汽，同時(shí)供蒸汽管網(wǎng)，滿足各等級(jí)蒸汽用。高壓輔鍋使用的燃料比較復(fù)雜有：減壓渣油、催化油漿、尤里卡的裂解渣油，質(zhì)量較差、燃油性質(zhì)變動(dòng)較大。100℃運(yùn)動(dòng)粘度256mm2/s，有時(shí)高達(dá)700 mm2/s；凝固點(diǎn)>50℃，從采樣口放出油樣，立即凝固；C/H比較高、瀝青質(zhì)和稠環(huán)芳烴含量高、熱值較低，約9700kcal/kg（約比正常減壓渣油低5-10%）；硫含量高達(dá)1.5334%；裂解油的不飽和度更高，含大量膠質(zhì)和稠環(huán)芳烴，故熱值比重油還低，約9265 kcal/kg，比餾份接近的中間餾份油要低15%～20%；另外催化油漿中催化劑粉末較多；釩、鈉、鉀等金屬含量高；造成噴槍油壓較高，爐膛結(jié)焦、結(jié)灰嚴(yán)重，噴槍磨損嚴(yán)重，約兩周就換一次噴嘴，每年停爐檢修三次。由于燃燒不完全，稍一不慎煙囪就冒黑煙，往往需加大空氣過剩系數(shù)，故煙氣中氧含量較高，有時(shí)高達(dá)5.5%。綜合油耗較高。

三臺(tái)鍋爐中特別是B爐問題更為嚴(yán)重，B臺(tái)輔鍋是30萬噸乙烯裝置的配套設(shè)備，原設(shè)計(jì)負(fù)荷為160t/h、雙汽包、膜式水冷壁、自然循環(huán)、微正壓燃油鍋爐，86.7作為乙烯裝置的開工鍋爐點(diǎn)火投運(yùn)，至今運(yùn)行已達(dá)22年。1991年開始，B爐一級(jí)過熱器就出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，尤其在高負(fù)荷工況下，超溫現(xiàn)象更為嚴(yán)重，直接影響到鍋爐的帶負(fù)荷能力，是乙烯高負(fù)荷生產(chǎn)的一大隱患。

1991年B爐由于局部過熱導(dǎo)致水冷壁管多次爆管，曾借停爐檢修的機(jī)會(huì)對(duì)側(cè)墻水冷壁進(jìn)行了大面積換管。一方面，消除長期以來由于爐內(nèi)腐蝕、沖刷造成的管壁減薄，而由此可能產(chǎn)生的非計(jì)劃停車；另一方面，通過更換蒸發(fā)受熱面，解決爐管內(nèi)壁因長年運(yùn)行積累的結(jié)垢物而影響傳熱效果的問題，最終達(dá)到提高B爐帶負(fù)荷能力的目的。

1986～1999年的13年間，前、后墻水冷壁管累計(jì)爆管14次，由于受公司整個(gè)生產(chǎn)形勢的制約，B爐的歷次檢修只能采取臨時(shí)性的修補(bǔ)措施，通過局部消缺維持運(yùn)行。同時(shí)，在歷次停爐檢修中B爐空氣預(yù)熱器均存在腐蝕嚴(yán)重的問題，因此，每次檢修均對(duì)空預(yù)器蓄熱元件進(jìn)行更換或修補(bǔ)。

2002年65萬噸乙烯改造對(duì)接期間，對(duì)B爐進(jìn)行了有史以來規(guī)模最大、檢修深度和廣度空前的恢復(fù)性大修，更換了前后墻水冷壁管及二級(jí)過熱器管，并對(duì)兩側(cè)壁水冷壁管進(jìn)行了酸洗。從檢修后帶負(fù)荷情況看，基本能滿足設(shè)計(jì)要求，但運(yùn)行一段時(shí)間后一過超溫及帶不上負(fù)荷的現(xiàn)象又死灰復(fù)燃，從中我們可以基本排除因受熱面結(jié)垢、影響傳熱效果而最終導(dǎo)致超溫和帶負(fù)荷能力差的這一原因分析。

2000年起，揚(yáng)子石化烯烴廠和浙江江南工貿(mào)集團(tuán)股份有限公司經(jīng)過多次技術(shù)交流，準(zhǔn)備在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)在B爐上加注“W-3系列重質(zhì)燃油助劑”，進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

二、“W-3系列重質(zhì)燃油助劑”解決揚(yáng)子燃油所存在問題的可能性

1．降凝減粘。重油是一種復(fù)雜的烴類混合物，其中有正構(gòu)烴，異構(gòu)烴，稠環(huán)芳烴，瀝青質(zhì)，膠質(zhì)等，當(dāng)油溫逐漸下降時(shí)，正構(gòu)烴慢慢析出來，從蠟晶到線形到網(wǎng)狀，最后成為體型骨架結(jié)構(gòu)，把油都包裹在蠟的骨架中，從而使油看上去呈凝固狀，喪失了流動(dòng)性。W-3中含有與正構(gòu)烴結(jié)構(gòu)相類似的高分子物質(zhì)，在油溫逐漸下降時(shí)，它與蠟分子一起析出來，改變了蠟分子形狀，大小和結(jié)構(gòu)，使其難以形成體型骨架結(jié)構(gòu)，從而降低油品的凝固點(diǎn)，改善了油品的低溫流動(dòng)性。重油粘度大，主要是由于大分子的瀝青質(zhì)、環(huán)烷烴、異構(gòu)烴等起作用，它們的分子量大，枝叉多，繞度大，很難用極少的添加劑來大幅度地降低其粘度，W-3中有一定量的小分子量的稀釋劑，它能使粘度有效地下降，加入量越多粘度下降越明顯，這主要是根據(jù)實(shí)際需要和經(jīng)濟(jì)效益來考慮，也不是稀釋劑加得越多越好。W-3的加入量為0.3%時(shí)，重油的粘度可下降5%左右。

2．抑制高、低溫腐蝕，延長設(shè)備開工周期。W-3中堿土金屬在爐膛中生成的氧化物能均勻包裹在管壁，形成致密的涂層，可抑制爐管的高溫腐蝕，同時(shí)這種MO能與V205反應(yīng)，生成釩酸鹽，可把爐渣的熔點(diǎn)從530℃提到1200℃，避免了低熔點(diǎn)爐渣粘附在管壁所帶來的種種弊端，增加了傳熱系數(shù)，延長了開工周期。V205生成釩酸鹽后，失去了使SO2氧化成SO3的催化活性，故尾氣中SO3含量減少了98%，大大地緩解了低溫露點(diǎn)腐蝕的狀況?？墒孤饵c(diǎn)溫度提高10℃～20℃。MO與硫化物反應(yīng)生成硫酸鹽和亞硫酸鹽爐渣，減少了尾氣中SOX的排放，改善了環(huán)境。

3．加入燃燒促進(jìn)劑，使重油充分燃燒。W-3中鉑、鈀、鉬、錳、鐵等金屬元素在高溫下是燃燒促進(jìn)劑，能使烴類完全燃燒生成CO2和H2O，減少了C和CO，使火焰明亮，爐溫提高，同時(shí)可減少空氣過剩系數(shù)，不但減少散熱損失，還減少了SO2氧化成SO3的傾向，從而緩解了低溫露點(diǎn)腐蝕，提高了爐效率，提高了爐子負(fù)荷，改善了尾氣排放質(zhì)量。

4．W-3中的表面活性劑，能使重油中少量油泥均勻分散在油中，防止其沉降和堵塞噴嘴。使油中少量水分與油乳化，避免熄火。我們相信“W-3重質(zhì)燃油助劑”一定能有效地提高加熱爐的負(fù)荷、改善尾氣排放、減輕設(shè)備腐蝕、延長開工周期，解決揚(yáng)子石化烯烴廠B爐的問題。

三、“W-3系列重質(zhì)燃油助劑”在揚(yáng)子石化烯烴廠水汽車間的工業(yè)應(yīng)用

試驗(yàn)前雙方認(rèn)真研究，制定了試驗(yàn)方案，在重油管線上安裝了捆綁式超聲波流量計(jì)，試驗(yàn)從2002年9月28日到2003年1月27日，大約四個(gè)月時(shí)間，進(jìn)行了兩次標(biāo)定，結(jié)果如下：

（一）概況

1．投用設(shè)備：BA-34型超高壓蒸汽鍋爐U-BF1201B。

2．油槍形式：Y型蒸汽霧化油槍。

3．燃油種類：重油、裂解油、火炬氣。

4．加劑方法：利用烯烴廠水汽車間一臺(tái)40m3的舊罐做W-3的貯罐，用杭州之江科學(xué)儀器廠生產(chǎn)的J-5.0防爆型計(jì)量泵（最大流量為160升/小時(shí)，可按需要任意調(diào)節(jié)），直接按比例注入爐前重油管線，無須混合設(shè)備。

5．加劑量：重油流量的0.2%～0.3%。

6．試驗(yàn)時(shí)間：

第一階段2002.9.26—2002.11.20。

第二階段2002.12.4—2003.1.27。

（二）B爐加劑后負(fù)荷大幅度提高

B爐的設(shè)計(jì)能力為160噸/小時(shí)，但長期負(fù)荷上不去，加W-3后負(fù)荷大幅度提高，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。加劑前后，B爐負(fù)荷情況見表1：

注：試驗(yàn)中由于受系統(tǒng)安全性的限制，投用燃料種類較多，其中火炬氣產(chǎn)氣量從總負(fù)荷中去除，以重油、裂解油耗量進(jìn)行單耗計(jì)算。

從表1數(shù)據(jù)不難看出：

（1）加劑前燃油壓力已達(dá)1.8mpa以上，達(dá)極限值，還投用了所有12支火炬氣燒嘴后，負(fù)荷才能達(dá)到150t/h。

（2）加劑后，燃油壓力只要1.71～1.73mpa，火炬氣燒嘴尚未投用，負(fù)荷已達(dá)160t/h，曾瞬間達(dá)到過165t/h，已達(dá)到和超過設(shè)計(jì)值。使B爐負(fù)荷上不去的問題得到了解決，保證了烯烴廠的安全供氣，保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）加劑后排煙溫度下降了6℃，負(fù)荷從150T/H提高到160T/H，燃油壓力下降，重油燒嘴減少一個(gè)，裂解油燒嘴增加一個(gè)，由于重油比裂解油的熱值高5%左右，進(jìn)一步說明油耗下降。這是加劑后燃油流動(dòng)性改善、燃油壓力大幅度降低、減少爐管結(jié)灰、提高傳熱效果、油耗大幅下降的結(jié)果。據(jù)車間技術(shù)人員估計(jì)，按負(fù)荷情況推算，節(jié)油率約7%左右。

（三）燃油充分燃燒，煙氣組成明顯改善

將原來工況較差的B爐，加劑后的煙氣組成與工況較好的A爐（未加劑）煙氣組成進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)見表2：

從表2數(shù)據(jù)不難看出：

（1）加劑后煙氣中CO含量減少了100%，說明燃燒非常完全。

（2）加劑后在完全燃燒的前提下，氧含量從3.3%下降到2.9%，下降了約10%，說明空氣過剩系數(shù)大大下降，證明爐子熱效率提高。

（3）加劑后SO2排出減少了40%，說明催化劑促進(jìn)SO2與油中金屬氧化物生成MSO3（亞硫酸鹽）變成爐灰，從而減少SO2的排放。

（4）按理論，煙氣中SO3應(yīng)大幅下降，但煙氣組成自動(dòng)分析儀不能測SO3含量，通常用測露點(diǎn)溫度的方法推算。因?yàn)闊煔庵蠸O3含量越高，越容易與空氣中水分生成硫酸，故露點(diǎn)溫度越低，為了減少換熱器的露點(diǎn)腐蝕，需要提高排煙溫度，這樣煙氣要帶走大量的熱能。煙氣中SO3含量大幅度減少后，使露點(diǎn)溫度大大提高，往往要高10℃～20℃，這樣可以降低排煙溫度，有利于煙氣余熱回收，從而在減少露點(diǎn)腐蝕的前提下，起到綜合節(jié)能效果。但由于無露點(diǎn)儀，未測出可靠數(shù)據(jù)。

（四）節(jié)約燃油

烯烴廠水汽車間先后兩次進(jìn)行了加劑與不加劑熱工測試數(shù)據(jù)，第一階段熱工試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3：

*試驗(yàn)中由于受系統(tǒng)安全性的限制，投用燃料種類較多，其中將火炬氣產(chǎn)汽量從總負(fù)荷中去除，以重油、裂解油耗量進(jìn)行單耗計(jì)算。

從表3可說明以下問題：

（1）B爐平均負(fù)荷從加劑前92.72t/h提高到125.1t/h。

（2）平均氧含量從3.73%下降到2.75%。說明助燃劑已經(jīng)起到助燃效果，煙氣中帶走的熱量大大下降，節(jié)能效果明顯。

（3）平均節(jié)油率為4%，正平衡效率提高3%。可能節(jié)油率數(shù)據(jù)偏低。因?yàn)榧觿┦且粋€(gè)漸近過程，要一個(gè)月后才能充分發(fā)揮作用。在加劑后立即取用數(shù)據(jù)，試驗(yàn)時(shí)間短了一點(diǎn)；同時(shí)流量計(jì)在W-3加入點(diǎn)之后，重油黏度發(fā)生變化，影響其準(zhǔn)確性。如果流量計(jì)安裝在W-3加入點(diǎn)之前，能夠消除其誤差。

第二階段熱工試驗(yàn)，根據(jù)第一階段熱工試驗(yàn)的缺陷延長了試驗(yàn)時(shí)間，流量計(jì)安裝在W-3加入點(diǎn)之前，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4：

（1）平均單耗下降了5kg/T，節(jié)油率為6.52%。因?yàn)榧觿┣皫缀跷醇恿呀庥?，而加劑后裂解油加入量較大，裂解油的熱值比重油低5%左右，可能數(shù)據(jù)偏低。

（2）流量計(jì)改裝在W-3注入點(diǎn)之前，減少了加劑后粘度變化對(duì)流量計(jì)的影響，使流量計(jì)讀數(shù)的可靠性增加，試驗(yàn)時(shí)間延長，故第二階段熱工試驗(yàn)數(shù)據(jù)比第一階段熱工試驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確些。

（五）B爐操作更加穩(wěn)定

以前A、B、C三臺(tái)輔鍋，B爐工況最差，負(fù)荷帶不上，只要出現(xiàn)異常情況，操作工首先就從B爐上去找原因。加劑后，B爐操作最穩(wěn)定，從未出現(xiàn)過異常情況，連續(xù)使用四個(gè)月，一直穩(wěn)定生產(chǎn)，從未非計(jì)劃停工。B爐負(fù)荷一直穩(wěn)定在85%，A爐負(fù)荷穩(wěn)定在70%，C爐穩(wěn)定在65%。

（六）延長了設(shè)備開工周期

B爐由于工況較差，以往基本上一年三修，2003年至2004年的一年內(nèi)，雖然受使用定額的限制，B爐采用了階段性投用W-3的方法，總結(jié)前階段W-3在B爐上的使用的經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)在W-3的添加量和投用時(shí)機(jī)上下工夫，確保以最少的投入創(chuàng)造最大的效益，以最有效的方法使B爐帶負(fù)荷能力保持在一定水平上，還能使B爐使用周期延長至一年，創(chuàng)造了投用18 年的奇跡。

W-3燃油添加劑抑制高低溫腐蝕的作用明顯。這從2004年5至6月A、B爐停車檢修對(duì)爐內(nèi)的檢查中可以有所體現(xiàn)。

如上表所示，A爐正常時(shí)的工況遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于B爐，但是這次檢修時(shí)B爐運(yùn)行周期卻大大長于A爐，且基本涵蓋了A爐運(yùn)行時(shí)間，在同等燃料品質(zhì)的前提條件下，B爐爐內(nèi)狀況要優(yōu)于A爐，這與B爐在這一年時(shí)間內(nèi)間斷投用W-3燃油助劑不無關(guān)系。

揚(yáng)子石化烯烴廠水汽車間有關(guān)人員，精心操作，跟蹤B爐負(fù)荷，精心調(diào)整W-3添加量；找到添加的最佳時(shí)機(jī)，根據(jù)B爐運(yùn)行工況的變化，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，及時(shí)有效地投入W-3，使其在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮功效。

在2003年“5·24事故”中，B爐加劑后最高負(fù)荷達(dá)170t/h，確保了兩套乙烯的正常運(yùn)行。

在2003年“11·9事故”中，B爐加劑后迅速將帶負(fù)荷帶至156t/h，保證了乙烯及PTA裝置的正常生產(chǎn)。

2004年5月初檢修后，由于正常在B爐加劑，已安全平穩(wěn)長周期運(yùn)行14個(gè)月。

四、經(jīng)濟(jì)效益分析

（一）計(jì)算依據(jù)

加劑試驗(yàn)時(shí)間：2002.9.27～2003.1.20，扣除中間添加劑標(biāo)定時(shí)間，共加劑109天。

根據(jù)第二階段熱工試驗(yàn)數(shù)據(jù)：平均節(jié)油率為6.5%、平均加劑量為0.28%。

W-3的含稅價(jià)2.0萬元/噸，重油市場價(jià)為3100元/噸（含稅）。

（二）計(jì)算結(jié)果

平均加劑成本為20000X0.28%=56元/噸。

平均節(jié)油效益為3100X6.5%=201.5元/噸。

平均凈效益為201.5-56=145.5元/噸。

如果揚(yáng)子烯烴廠所用20萬噸/年重油，全部加劑，則可創(chuàng)造直接效益2900萬元/年。另外減少檢修次數(shù)、安、穩(wěn)、長周期供汽，其間接效益也是巨大的。

五、結(jié)論

1．W-3完全適合在揚(yáng)子石化烯烴廠水汽車間高壓輔鍋上應(yīng)用。

2．該加劑工藝及所用設(shè)備穩(wěn)定可靠。

3．在燃油中加入W-3后，B爐負(fù)荷大幅度提高，達(dá)160t/h 的設(shè)計(jì)值。同時(shí)油壓從1.83mpa下降到1.73map，爐子安全運(yùn)行，穩(wěn)定性好。

4．加劑后，氧含量下降10%，其燃燒更充分，尾氣中CO幾乎為0，SO2也下降40%。

5．連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)109天，平均加劑量0.28%，平均油耗下降5kg/t，平均節(jié)油率6.5%，扣除購劑費(fèi)用，獲利145.5元/噸。若烯烴廠20萬噸/年使用W-3，年獲利可達(dá)2900萬元。

6．加劑后，操作正常，未出現(xiàn)過非計(jì)劃停工，使B爐由“問題爐”變成“放心爐”。

7．B爐以往基本上一年三修，2003～2004年中，雖然受使用定額的限制，B爐采用了階段性投用W-3的方法，還能使B爐使用周期延長至一年，創(chuàng)造了B爐投用18 年的奇跡。這一奇跡再次出現(xiàn)，在2004年5月檢修時(shí)，B爐使用周期延長至14個(gè)月。

8．雖然A爐正常時(shí)的工況遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于B爐，但是這次檢修時(shí)B爐運(yùn)行周期卻大大長于A爐，且基本涵蓋了A爐運(yùn)行時(shí)間，在同等燃料品質(zhì)的前提條件下，B爐爐內(nèi)狀況要優(yōu)于A爐，這是B爐在這一年時(shí)間內(nèi)間斷投用W-3燃油助燃劑的結(jié)果。

六、建議

1．建議烯烴廠A、B、C三臺(tái)輔鍋全部使用W-3。

2．W-3注入點(diǎn)改在總油管線上，兩臺(tái)計(jì)量泵并聯(lián)切換使用。

3．將W-3和加劑技術(shù)逐步推廣到整個(gè)揚(yáng)子石化，以便獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

4．加強(qiáng)流量計(jì)的維修、標(biāo)定。

5．空氣過剩系數(shù)還可進(jìn)一步下降，使煙囪剛剛不冒黑煙為止。

6．經(jīng)常分析油品質(zhì)量，萬一爐子出現(xiàn)問題時(shí)，可多方查找原因。

7．爐子上開看火孔，可以經(jīng)常觀察火焰燃燒情況，加強(qiáng)監(jiān)控。

8．希望揚(yáng)子石化烯烴廠與浙江江南工貿(mào)集團(tuán)股份有限公司進(jìn)一步加強(qiáng)合作，使節(jié)能的成果不斷擴(kuò)大。從而為緩解燃油緊缺的矛盾，做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。