空氣預熱器在KBR 13萬t/a乙烯裂解爐上的應用

李建亮，冀 強，王 召

（中國石油蘭州石化分公司乙烯廠， 甘肅 蘭州 730060）

空氣預熱器在KBR 13萬t/a乙烯裂解爐上的應用

李建亮，冀 強，王 召

（中國石油蘭州石化分公司乙烯廠， 甘肅 蘭州 730060）

乙烯生產的能耗，其中80%以上消耗為裂解爐的燃料氣消耗，因此裂解爐燃料氣消耗成為決定乙烯生產能耗高低的重要因素，裂解爐的節(jié)能在乙烯裝置生產過程中具有非常重要的意義，蘭州石化460 kt/a乙烯裝置裂解爐增加空氣預熱器，合理利用資源，達到節(jié)能目的。

裂解爐；空氣預熱器；能耗

蘭州石化460 kt/a乙烯裝置2006年11月一次開車成功，各項關鍵指標逐年攀升，至2008年乙烯單耗為699.456 kg Eo/t，仍高于設計值648 kg Eo/t。本著合理利用資源，降低乙烯生產能耗，乙烯車間開展多項攻關工作，旨在降低裝置能耗水平。增加空氣預熱器為攻關中一項重要措施，2009年11月空氣預熱器投用后，裝置能耗下降1.787 kg Eo/t，經濟效益較為顯著。

1 研究目的及現(xiàn)狀

1.1 目的

2008年，蘭州石化公司乙烯廠460 kt/a乙烯裝置乙烯單耗約為699.456 kg Eo/t乙烯，明顯高于設計值648 kg Eo/t乙烯。為此，車間內部開展多項技術攻關，目的在于有效降低裝置能耗。

1.2 現(xiàn)狀

裝置目前的蒸汽用量不足，要靠外接來補充，因此沒有多余蒸汽作為空氣預熱器熱源；裝置蒸汽凝液（包括高中壓及低壓蒸汽凝液）目前已有效利用于加熱脫鹽水；裝置急冷水略有富裕，若不有效進行利用，不僅造成這一部分熱量浪費，而且還導致循環(huán)水用量加大，造成裝置能耗較大。

1.3 裝置存在的問題

乙烯裝置生產的能耗，80%以上消耗于裂解爐的燃料，若燃料使用量能降低，則裝置能耗將明顯下降[1]。目前，乙烯裝置裂解爐設計時采用的是，助燃空氣直接混合進入裂解爐，因此在空氣進入裂解爐之前是常溫狀態(tài)，這就意味著裂解爐的燃料氣用量將隨著季節(jié)的變化發(fā)生明顯的變化，季節(jié)轉冷是將明顯的增加燃料的用量，以此來彌補空氣由于季節(jié)變化，而產生的溫差能量；同時乙烯裝置的急冷水又有一定的富裕，長期得不到有效的利用，只能最終用循環(huán)水冷卻后再利用，這樣不僅浪費了有限的急冷水熱能，而且也增加了裝置循環(huán)水的的用量，增加了電能的消耗，若使用富余急冷水作為空氣預熱器熱源，這樣不僅能減少裂解爐燃料氣消耗，提高急冷水的熱能利用率，而且還減少了急冷水的冷卻水用量，達到了雙重節(jié)能的目的，這對乙烯裝置的節(jié)能降耗將有標志性的意義[2]。

通過調查發(fā)現(xiàn)，目前國內絕大多數(shù)裂解爐均設有空氣預熱裝置，但增設預熱裝置的初衷及取得的實際效果卻差異較大，有些裝置增設空氣預熱裝置后，不僅不能取得節(jié)能效果，還會使裝置能耗增加，因為設置空氣預熱器一個重要的方面就是考慮加熱源的問題，如果單純?yōu)榱肆呀鉅t的節(jié)能而造成其他能源的損耗（例如，急冷水，低壓蒸汽）從整體上來看并沒有達到節(jié)能降耗的目的；另外，增加空氣預熱器的另外一個意義就在于有效延長了爐管的使用壽命，裂解爐輻射段爐管造價昂貴，北方冬季的嚴寒空氣會對爐管造成一定損傷，致使爐管使用壽命縮短，而增加空氣預熱器以后，將能有效的緩解由于溫差較大而造成爐管的損傷。

針對此問題，車間專門成立攻關小組，目的為有效利用裝置余熱，減少裂解爐燃料用量，降低裝置能耗水平。

2 改造措施

裝置增設空氣器之前，成立公關小組，并進行了多項調研工作，最后決定利用利用102E（水洗塔）富裕的急冷水作為101B裂解爐空氣預熱器的熱源。

2.1 技術介紹

101B增加空氣預熱器的技術支持來自北京航天石化技術裝備工程公司，設計由蘭州石油化工工程公司完成，設計思路是利用本裝置相對較富裕的急冷水（壓力 :1.0 ～1.6 MPa; 溫度：60～70 ℃）資源，對進入裂解爐的助燃空氣( 溫度：-13.1~22 ℃;壓力：常壓，過剩空氣系數(shù)：10%)進行預熱，助燃空氣在進入爐膛時，溫度≥50 ℃，壓力≥0.9 MPa(如表1所示）從而提高裂解爐的熱效率，進而達到整個裝置能量的優(yōu)化，最終起到節(jié)能降耗的目的[3]。

表1 空氣預熱器投用前后數(shù)據(jù)對比Table 1 Data comparison before and after using air preheater

2.2 改造方法

裝置在利用101B停爐檢修的機會，決定對101B進行加裝空氣預熱器的改造，（如示意圖1）。

圖1 空氣預熱器示意圖Fig.1 Schematic diagram of air preheater

改造過程中，主要利用丙烯塔塔釜再沸器647C出口的急冷水作為熱源，對裂解爐的助燃空氣進行預熱。換熱后的急冷水，再送去急冷水冷卻器131C冷卻后，作為水洗塔的回流，具體的流程改造如圖2所示。

2.3 投用的注意事項

（1）若發(fā)現(xiàn)水洗塔急冷水循環(huán)量發(fā)生較大幅度下降，此時室外操作人員迅速截流101B裂解爐空氣預熱器回水總手動閥。

（2）101B裂解爐空氣預熱器急冷水進、出口總手動動閥全開后，初餾崗位室內DCS人員應密切關注水洗塔頂溫以及塔釜溫度。要求控制頂溫38℃，塔釜溫度為83 ℃。（若塔釜溫度低于指標范圍，初餾崗位室外人員根據(jù)生產需要，手動截流131C循環(huán)水用量）。

（3）投用完成后，裂解崗位室外人員認真記錄現(xiàn)場溫度壓力等數(shù)據(jù)（目前室內DCS畫面沒有顯示），若出現(xiàn)波動應立即進行調整[4]。

（4）裂解崗位室外人員根據(jù)投用后101B裂解爐具體情況，對風門進行調整。

（5）投用初期裂解室外人員要認真對101B裂解爐空氣預熱器進行巡檢，要求投用后48 h內，每小時對該系統(tǒng)進行一次全面巡檢；裂解崗位DCS人員要認真調節(jié)，避免裂解爐出現(xiàn)異常。

圖2 101B裂解爐空氣預熱器急冷水管線示意圖圖Fig.2 101B cracking furnace air preheater quench water pipeline

3 投用空氣預熱器以后的變化

自2009年11月101B投用空氣預熱器以來，空氣預熱器作用是明顯的，如表1所示，入爐的空氣溫度提升了40 ℃左右，裂解爐燃料氣用量明顯降低，每小時降低0.2 t/h以上，同時由于增加空氣預熱器以后，助燃空氣在進入裂解爐時溫度相對比較穩(wěn)定，在同一季節(jié)相同負荷情況下入爐的空氣量也相對較穩(wěn)定，由于溫度和空氣量相對較穩(wěn)定，因此，裂解爐的火焰發(fā)飄現(xiàn)象將得到明顯的改善，對裂解爐的長周期運轉時有利的，同時，裂解爐的燃料氣用量也相對較穩(wěn)定，減少了燃料氣系統(tǒng)的波動，對穩(wěn)定裂解爐的溫度控制也是十分有利，裂解爐的熱效率得以提高。

同時，對裂解爐的長周期運行也是十分有利。再者，空氣預熱器的引入也同時增加了急冷水的有效利用率，同時減少了冷卻循環(huán)水的用量，綜合提高了能源的利用率，這點對整個乙烯裝置的節(jié)能減耗是十分有利的[5]。

由表1可見，空氣預熱器投用后，入爐空氣溫度升高40 ℃，燃料氣用量降低約250 kg/h，引風機轉速降低36 r/min，節(jié)能效果顯著；同時，裂解爐的排煙溫度明顯下降，有機物含量明顯下降，通過以上數(shù)據(jù)分析，裂解爐的熱效率得到了提高，實際中經過測算得知裂解爐的熱效率提高了約0.5%。同時，經過計算知循環(huán)水用量降低99.75 t/h，這點有效的減少了裝置的循環(huán)水用量。

根據(jù)中國石油天然氣總公司的乙烯裝置綜合能耗計算方法規(guī)定，將SHS、燃料氣、循環(huán)水、除氧水消耗等重點項目轉化為kgEo計算標準[6]見表2，即為2009年11月投用空氣預熱器標定數(shù)據(jù)。

表2 總公司乙烯裝置綜合能耗計算標準Table 2 Calculation standard of energy consumption of ethylene plant

因此，按照60 t/h乙烯產量計算，乙烯單耗每小時減少量為：

則按照設計全年生產47萬t乙烯，全年節(jié)省839.89 t標油，經濟效益顯著。

4 結 論

經過分析以及數(shù)據(jù)表明，蘭州石化46萬t/a乙烯裝置101B裂解爐增加空氣預熱器，取得了以下效果。

（1）提高了裂解爐的熱效率，這點在實際空氣投用后裂解爐的熱效率提高。由原來的91.46%提高到92.26%。

（2）節(jié)能效果明顯，節(jié)約的燃料氣一項，就使乙烯裝置的單耗降低1.787 kgEo/h，年效益達839.89 t標油，經濟效益顯著。

（3）提高了急冷水剩余熱能的有效利用率，同時減少了循環(huán)冷卻水的用量99.75 t/h。

（4）提高了裂解爐的操作穩(wěn)定性，具體表現(xiàn)為101B裂解爐的火焰波動情況明顯改善，由于燃燒狀況的改善，裂解室外人員降低了對裂解爐風門的調整，減少了操作人員的勞動強度[7]。此外，裂解爐輻射段爐管造價昂貴，北方冬季的嚴寒空氣會對爐管造成一定損傷，通過增加空氣預熱器降低這一傷害，延長了爐管使用壽命。

［1］劉愛民 翟輝.提高裂解爐熱效率的有效途徑[J].化工科技,2005.14(3):43-45．

［2］陳濱.乙烯工學[M].北京：化學工業(yè)出版社,1997-01．

［3］李作政 冷寅正.乙烯生產與管理[M].北京：中國石化出版社,1992．［4］錢家麟.管式加熱爐[M].北京：中國石化出版社,2003-08.

［5］蘭州石化46 kt/a乙烯裝置生產優(yōu)化[R].2008-01．

［6］KBR公司SC-1型裂解爐操作培訓教程[G].2005-09．

［7］蘭州石化乙烯項目組.蘭州石化年產60萬噸乙烯改擴建工程—乙烯裝置SCORETM裂解爐操作原理[R].2006-02．

Application of Air Preheater in KBR 130 kt /a Ethylene Cracking Furnace

LI Jian-liang，JI Qiang，WANG Zhao
（PetroChina Lanzhou Petrochemical Company Ethylene Plant, Gansu Lanzhou 730060，China）

In ethylene production energy consumption, more than 80% of the consumption is consumption of cracking furnace fuel gas, therefore cracking furnace fuel gas consumption is an important factor in the level of energy consumption in ethylene production, cracking furnace energy saving in ethylene production process has very important meaning. 460kt/a Lanzhou petrochemical ethylene cracking furnace has added the air preheater, the purpose of energy saving has been achieved.

Cracking furnace; Air preheater; Energy consumption

TQ 221

A

1671-0460（2012）11-1210-04

2012-04-25

李建亮（1983-），男，陜西富平人，助理工程師。