裂解爐節(jié)能降耗措施及效果

胡海東

(大慶石化公司化工一廠，黑龍江 大慶 163714)

裂解爐為美國(guó)S&W公司的USC-16W型裂解爐(生產(chǎn)能力為乙烯45KTA)，裂解爐從1986年運(yùn)行到今天已經(jīng)二十余年，設(shè)備老化，出現(xiàn)排煙溫度高、爐壁散熱量大、熱效率底、COT偏差大、運(yùn)行周期縮短、設(shè)備重復(fù)檢修頻繁等諸多問題。裂解爐是乙烯裝置的主要能耗單元，所以裂解爐的運(yùn)行狀態(tài)直接影響乙烯裝置的能耗。通過認(rèn)真研究分析，采取了一些行之有效的方法，近兩年來乙烯裝置的能耗大幅降低，節(jié)能減排效果明顯。

1 流程簡(jiǎn)述

USC-16W型裂解爐(見圖1)設(shè)計(jì)以循環(huán)乙、丙烷、油田輕烴(LTHC)、零散輕烴、石腦油(NAP)和尾油作為裂解原料。裂解原料在裂解爐對(duì)流段的原料預(yù)熱段(FPH 段)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的原料與經(jīng)稀釋蒸汽過熱段(DSSH段)過熱的稀釋蒸汽混合后進(jìn)混合過熱段(MSH段)進(jìn)一步過熱至初裂解溫度，再進(jìn)入混合罐平均分配到16組進(jìn)入輻射段的W型爐管中進(jìn)行熱裂解，輻射段爐管出口裂解氣先后進(jìn)入第一(USX)、二(TLX)急冷器用超高壓水蒸汽快速冷卻后進(jìn)入急冷區(qū)。鍋爐給水經(jīng)過鍋爐給水預(yù)熱段(ECO段)預(yù)熱后直接進(jìn)汽包，并通過與急冷鍋爐相聯(lián)的下降管進(jìn)入急冷鍋爐殼程，與管程的高溫裂解氣進(jìn)行換熱，產(chǎn)生的高壓蒸汽經(jīng)上升管返回汽包，在汽包中進(jìn)行汽水分離后送到裂解爐對(duì)流段的超高壓蒸汽過熱段(HPSSH段)進(jìn)行過熱，過熱后的蒸汽去蒸汽過熱爐進(jìn)一步過熱。

圖1 USC-16W型裂解爐示意圖

2 存在的問題

2.1 排煙溫度高

USC-16W型裂解爐原始設(shè)計(jì)對(duì)流段均設(shè)有吹灰裝置，但是由于其自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備本身存在問題，已有多年未投用，致使裂解爐在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中對(duì)流段積灰、結(jié)垢嚴(yán)重，排煙溫度不斷升高，已由最初的165℃升至現(xiàn)在的200℃以上。爐壁溫度高同時(shí)爐壁襯里保溫層在長(zhǎng)期使用后保溫效果變差，爐壁散熱量大。這些都大大地影響了裂解爐的熱效率，增加了裝置的能耗。

2.2 運(yùn)行周期短

裂解爐在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，爐管彎曲、變形嚴(yán)重；爐管受熱不均勻，局部過熱；結(jié)焦、滲碳；嚴(yán)重時(shí)爐管堵塞，這些都大大的縮短了裂解爐的運(yùn)行時(shí)間，大多裂解爐運(yùn)行時(shí)間都在30天左右(見表1)同時(shí)爐管使用壽命也大大降低。

表1 不同原料平均運(yùn)行周期統(tǒng)計(jì)表 單位：天

2.3 裂解爐燒焦方案和冷熱備用管理不合理

裂解爐燒焦和冷熱備用管理不夠細(xì)致，導(dǎo)致能源大大浪費(fèi)。在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，裂解爐燒焦時(shí)間控制不夠嚴(yán)謹(jǐn)，燒焦時(shí)間較長(zhǎng)，大多都在50h以上(見表2)。且燒焦方式不夠合理，燒焦溫度、工業(yè)風(fēng)和稀釋蒸汽用量搭配不當(dāng)。同時(shí)裂解爐冷熱備用管理也不夠細(xì)致，有時(shí)出現(xiàn)了裂解爐一臺(tái)或多臺(tái)熱備用狀態(tài)，以上都造成了能源的白白浪費(fèi)，大大增加了裝置的能耗。

表2 不同原料平均燒焦時(shí)間統(tǒng)計(jì)表 單位：小時(shí)

2.4 汽包排污量大

裂解爐汽包間、連排閥門前后壓差較大，沖刷嚴(yán)重。在長(zhǎng)期運(yùn)行過程造成閥門泄露量增大，汽包排污量增大。這樣就造成兩方面的負(fù)面影響：一方面產(chǎn)生過剩S3；二導(dǎo)致S3帶液，給S3用戶帶來了很大的危害。

3 節(jié)能降耗改進(jìn)措施

3.1 對(duì)流段化學(xué)清洗

在對(duì)對(duì)流段污垢取樣分析，針對(duì)分析結(jié)果，采取三步清洗技術(shù)，即預(yù)清洗和清洗、沖洗相結(jié)合的清洗方式。預(yù)清洗是將滲透劑和潤(rùn)濕劑噴灑到設(shè)備的表面，使預(yù)清洗藥劑逐步潤(rùn)濕污垢的表面，滲透到污垢內(nèi)部，從而使污垢疏松和易于溶解。清洗是在對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)清洗后，使用清洗藥劑對(duì)設(shè)備進(jìn)行噴淋，利用清洗藥劑的分散、乳化性能，使污垢分散、溶解在清洗液中并隨之流出，從而達(dá)到清除污垢的目的。沖洗是將剝離劑噴灑到設(shè)備的表面，利用剝離劑的剝離作用將設(shè)備表面殘留的污垢剝離、沖洗干凈，進(jìn)一步提高清洗效果。

3.2 燒焦方案的優(yōu)化

通過對(duì)比國(guó)內(nèi)外同類裝置裂解爐燒焦方案，總結(jié)出在蒸汽-空氣燒焦法的基礎(chǔ)上，提高燒焦空氣量和燒焦溫度，并逐步降低燒焦蒸汽量和燒焦時(shí)間，優(yōu)化燒焦方案。再通過一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行，最終形成了裂解爐“24小時(shí)燒焦方案”，詳細(xì)方案見圖2，由表1可以看出裂解爐燒焦沒有改變前燒焦時(shí)間大多50h左右。采用新的“24h燒焦方案”后，燒焦時(shí)間縮短了一半。同時(shí)稀釋蒸汽用量也大幅降低。

圖2 USC-16W型裂解爐燒焦曲線

通過加強(qiáng)了裂解爐冷熱備用管理，縮短了裂解爐熱備用時(shí)間，降低了燃料氣、稀釋蒸汽、工業(yè)風(fēng)等能源的消耗，大大的降低了沒有必要的能耗浪費(fèi)。

3.3 裂解爐管整體更換

USC-16W型裂解爐在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中爐管彎曲、變形等現(xiàn)象是經(jīng)常發(fā)生的，并且隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，彎曲、變形的程度會(huì)越來越大。彎曲、變形的程度過大容易導(dǎo)致爐管受熱不均勻，局部滲碳嚴(yán)重。以前一般只采用對(duì)泄露的爐管進(jìn)行更換的辦法來保證生產(chǎn)，但是這種局部更換爐管不能根除爐管受熱不均勻的弊端，運(yùn)行一段時(shí)候后又會(huì)有另一部分爐管出現(xiàn)泄露、彎曲、變形的問題，爐管使用壽命較短，維修頻繁。

通過分析，我們選擇了爐管彎曲變形較為嚴(yán)重，使用時(shí)間較長(zhǎng)的爐管經(jīng)行整體更換，同時(shí)也對(duì)爐壁襯里保溫層進(jìn)行整體更換。這樣再次投用后，爐管受熱就會(huì)均勻、COT偏差降低、熱量損失也降低，裂解爐運(yùn)行時(shí)間大大的延長(zhǎng)。由表1可以看出裂解爐運(yùn)行時(shí)間由最初的33天提高到50天以上。

3.4 汽包排污增加限流孔板

由于汽包間、連排閥門泄露量大，所以經(jīng)過研究決定在各爐汽包排污線上增加限流孔板，這樣就可以限制排污量。這樣就可以保證閃蒸罐不會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行，相應(yīng)的S3就不會(huì)出現(xiàn)帶液?jiǎn)栴}。該項(xiàng)目投用后，S3排放量減少了10t/h。

4 效果

對(duì)流段進(jìn)行化學(xué)清洗后，排煙溫度平均下降了20℃；同時(shí)也對(duì)爐壁襯里進(jìn)行更換，熱量損失大大減少，裂解爐熱效率因此提高了2個(gè)百分點(diǎn)。

采用 “24小時(shí)燒焦方案”后，每臺(tái)裂解爐燒焦時(shí)間縮短30h(表2)，稀釋蒸汽用量減少7t/h。同時(shí)也加強(qiáng)了裂解爐的冷熱備用的管理，全年裂解爐熱備率降低了17%，大大的減少了蒸汽、燃料的消耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)通過對(duì)裂解爐燒焦的優(yōu)化，裝置能耗降低10%。

對(duì)裂解爐爐管進(jìn)行總體更換，裂解爐的乙烯收率提高0.5～1個(gè)百分點(diǎn)；裂解爐(輕烴)運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)了13天，減少了非計(jì)劃停車和維修費(fèi)用。

裂解爐汽包排污增加限流孔板減少了S3排放量10t/h。

通過采取以上措施，乙烯能耗大幅度降低。乙烯綜合能耗由2005年的7.85Gcal/t下降到2013年的6.2Gcal/t，總能耗降低20%。

5 結(jié)論

裂解爐是乙烯裝置的能耗大戶，它的運(yùn)行狀態(tài)直接影響乙烯裝置能耗。降低裂解爐能耗必須從提高熱效率、減少熱量損失、延長(zhǎng)裂解爐在線時(shí)間、提高乙烯(雙烯)收率這幾方面著手。

從這一根本原則出發(fā)，通過精細(xì)化管理，采取了一些行之有效的方法。通過三年的努力，乙烯綜合能耗下降了20%，大大提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]胡天生，提高乙烯裂解爐熱效率的措施乙烯工業(yè)年會(huì)增刊.

[2]宋芙蓉，戴偉，楊元一.世界乙烯工業(yè)發(fā)展述評(píng)[J].石油化工，2004，33(12)，1117-1123.

[3]鄒仁.石油化工裂解原理與技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版.

[4]曾清泉，許士興.制乙烯的管式裂解爐技術(shù)的發(fā)展[J].石油化工，1998，27(4)：287-292.

[5]王松漢，何細(xì)藕.乙烯工藝與技術(shù)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2000.

[6]金戈.中石化開發(fā)乙烯裂解爐節(jié)能降耗技術(shù)《化工裝備技術(shù)》，2014年35卷2期.

[7]謝旭東，程廣慧，宋建軍.乙烯裝置裂解爐節(jié)能降耗《乙烯工業(yè)》，2011年23卷4期.