乙烯裝置裂解爐運行情況分析

姜日元，朱 濤，胡建洪

(中國石油吉林石化公司，吉林 吉林 132021)

吉林石化公司700 kt/a乙烯裝置目前共有10臺裂解爐，1#～6#爐可以裂解輕油、尾油和柴油，其中5#、6#爐可單側(cè)裂解氣體原料。7#爐為氣體裂解爐，8#～10#爐只能裂解石腦油，8#、9#爐可單側(cè)混煉氣體。1#～7#爐裂解爐是大乙烯擴(kuò)建前的裂解爐， 8#～9#裂解爐是2005年擴(kuò)建時新建的裂解爐，10#裂解爐是2007年新建的裂解爐。

1 乙烯裝置裂解爐改造情況

1.1 擴(kuò)能改造

表1為吉林石化公司700 kt/a乙烯裝置裂解爐輻射段爐管構(gòu)型及運行參數(shù)[1]。

表1 吉林石化公司700 kt/a乙烯裝置裂解爐輻射段爐管構(gòu)型及運行參數(shù)

1#～6#爐原設(shè)計為LSCC1-1型“門式”裂解爐，單臺乙烯生產(chǎn)能力原設(shè)計為60 kt/a，在乙烯二期改造過程中，為了實現(xiàn)裝置生產(chǎn)能力達(dá)到700 kt/a的目標(biāo)，結(jié)合原有6臺裂解爐運行情況，2004年6月～2005年10月先后對1#～6#裂解爐進(jìn)行了擴(kuò)能改造。改造采用KTI技術(shù)，將原有LSCC1-1型爐管更換為GK-6型爐管，單臺裂解爐乙烯生產(chǎn)能力由原來的60 kt/a提高到84 kt/a。改造內(nèi)容包括更換輻射段爐管、對流段部分管束、底部火嘴、增加除焦罐及燃料控制系統(tǒng)等。裂解爐改造后，兩側(cè)高溫的烴/蒸汽混合物離開對流段，分別匯集到一根橫跨段集合管，然后進(jìn)入輻射段爐管。每一根輻射段爐管進(jìn)口都裝有一個臨界流量文氏管(亦稱文丘里管)，以確保在正常的操作中有良好的流量分布。每臺裂解爐有112個進(jìn)口，對應(yīng)于112組 GK6型輻射段爐管。

7#爐為2001年一期擴(kuò)能改造中建設(shè)的1臺PyroCrack6型裂解爐，裂解原料為裝置自產(chǎn)的循環(huán)乙烷及丙烷，單臺爐乙烯生產(chǎn)能力為80 kt/a。

8#～9#裂解爐為2004年吉林石化公司大乙烯進(jìn)行了二期擴(kuò)能改造中新建的2臺PyroCrack1-1SR型“門式”裂解爐(F0801～F0901)，裂解原料為石腦油、循環(huán)乙烷/丙烷，單臺爐乙烯生產(chǎn)能力為120 kt/a。

10#裂解爐是在2007年建的PyroCrack1-1SR型“門式”裂解爐，裂解原料為石腦油，單臺爐乙烯生產(chǎn)能力為120 kt/a。

1.2 節(jié)能改造

1.2.1 1#～6#裂解爐節(jié)能技術(shù)改造

2009年～2011年對1#～6#裂解爐進(jìn)行了節(jié)能改造。在對流段最上部增加一個新的原料預(yù)熱模塊，該模塊共計4排換熱管，每排12根換熱管；同時將原有的8臺施密特急冷鍋爐更換成同類型的換熱面積更大的急冷鍋爐，新急冷鍋爐換熱管數(shù)由原來的28根增加到42根，換熱管有效長度由原來的 6 850 mm增加到8 050 mm。

通過新增裂解爐對流段原料預(yù)熱模塊和增大廢熱鍋爐換熱面積，有效地降低了排煙溫度，高壓蒸汽產(chǎn)汽率明顯提高。排煙溫度從改造前的170 ℃左右降至110 ℃左右(輕油工況)，高壓蒸汽產(chǎn)汽率提高到1.25倍以上。

1.2.2 8#～10#裂解爐節(jié)能技術(shù)改造

2014年對8#～10#裂解爐節(jié)能技術(shù)改造，在現(xiàn)有原料預(yù)熱段上方增設(shè)新的原料預(yù)熱模塊，新增原料預(yù)熱模塊換熱管規(guī)格為D73 mm×5.16 mm，翅片規(guī)格為12.7 mm×1.25 mm×197 mm。通過新增裂解爐對流段原料預(yù)熱模塊，降低了裂解爐排煙溫度，改造后煙氣溫度降低20～28 ℃，但改造效果未達(dá)到設(shè)計要求。

1.2.3 6#爐原料適應(yīng)性改造

2014年對6#裂解爐進(jìn)行原料適應(yīng)性改造，將E側(cè)爐膛的輻射爐管由原來的56組“U”型爐管更換為8組“1-1-1-1-1-1-1-1”型爐管。在每組爐管(第一程爐管)的入口處設(shè)置文氏管流量分配器，全爐膛共設(shè)8個文氏管流量分配器，以保證每組爐管進(jìn)料的均勻。改造完成后，6#裂解爐E側(cè)爐膛將單獨裂解氣體原料，將增加裝置裂解氣體原料能力，不再將氣體原料混入石腦油中共裂解，將進(jìn)一步實現(xiàn)不同性質(zhì)原料單獨裂解，提高乙烯收率。

2 2014年裂解爐運行總體情況

2014年裂解爐運行總體正常，老爐運行周期受裂解重質(zhì)原料影響，運行周期相對偏短，一般在40～50 d，新區(qū)裂解爐運行周期一般在50～60 d。具體運行情況如下：

1#裂解爐:1#裂解爐共計燒焦7次，運行周期最長的為53 d，最短的為1 d(發(fā)現(xiàn)原因是E臺入口電偶處裂解氣泄漏)，平均為18.7 d。TLE機(jī)械清焦2次。

2#裂解爐：2#裂解爐共計燒焦5次，運行周期最長的為44 d，最短的為6 d，平均為38.7 d。運行最短的周期是為了對13組TLE機(jī)械清焦。

3#裂解爐：3#裂解爐共計燒焦5次，運行周期最長的為56 d，最短的為40 d，平均為49 d，2014年共計安排TLE機(jī)械清焦2次。

4#裂解爐:4#裂解爐共計燒焦5次，運行周期最長的為47 d，最短的為25 d，平均為38.4 d。另外，11組及18組爐管堵塞和TLE結(jié)焦嚴(yán)重而安排停爐檢維修2次。

5#裂解爐:5#裂解爐共計燒焦5次，運行周期最長的為52 d，最短的為4 d，平均為37.5 d。運行最短的周期是為了配合高密聚乙烯裝置檢修停爐清理TLE，2014年共計安排TLE機(jī)械清焦1次。

6#裂解爐:6#裂解爐共計燒焦5次，運行周期最長的為53 d，最短的為42 d，平均為46.4 d。運行最短的周期是由于裝置非計劃停車更換15組、16組堵塞的爐管，本年度共計安排TLE機(jī)械清焦1次。

7#裂解爐：7#裂解爐共計燒焦4次，運行周期最長的為89 d，最短的為78 d，平均為83.8 d。運行最短的周期是為了進(jìn)行化學(xué)清洗對流段。

8#裂解爐：8#裂解爐共計燒焦6次，運行周期最長的為68 d，最短的為30 d，平均為53.2 d。運行最短的周期是為了進(jìn)行對流段改造，增加原料預(yù)熱模塊。

9#裂解爐：9#裂解爐共計燒焦5次，運行周期最長的為67 d，最短的為19 d，平均為55.2 d。運行最短的周期是由于裝置非計劃停車停爐檢修51組、58組堵塞的爐管，2014年安排5月份進(jìn)行對流段改造，增加原料預(yù)熱模塊。

10#裂解爐：10#裂解爐共計燒焦5次，運行周期最長的為68 d，最短的為21 d，平均為40 d。運行周期最短的為8.25 d，因裝置波動停爐檢修51組堵塞的爐管，2014年4月份進(jìn)行對流段改造增加原料預(yù)熱模塊。在2014年運行中出現(xiàn)4次因輻射段爐管或TLE結(jié)焦嚴(yán)重導(dǎo)致文丘里壓力上升而致使運行周期嚴(yán)重縮短。

3 裂解爐輻射段爐管運行情況

裂解爐輻射段爐管在運行及升溫過程中多次出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，給裂解爐的安全運行甚至是裝置的平穩(wěn)運行都帶來嚴(yán)重威脅。本文對吉林石化公司大乙烯裝置裂解爐輻射段爐管堵塞的情況進(jìn)行了分類總結(jié)和深入分析原因，并提出相應(yīng)對策。

3.1 橫跨段集合管末端的爐管堵塞

1#～6#裂解爐擴(kuò)能改造后，兩側(cè)高溫的烴/蒸汽混合物離開對流段，分別匯集到一根橫跨段集合管然后進(jìn)入輻射段爐管。每一根輻射段爐管進(jìn)口，都裝有一個臨界流量文氏管(亦稱文丘里管)，以確保在正常的操作中有良好的流量分布。每臺裂解爐有112個進(jìn)口，對應(yīng)于112組 GK6型輻射段爐管。改造后設(shè)計運行周期為60 d，但是實際運行20 d左右時，多次出現(xiàn)處于橫跨段集合管末端的爐管對應(yīng)的廢熱鍋爐出口溫度迅速上升，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)處于集合管末端的輻射段爐管上升管變得紅亮，有堵塞的跡象，雖然采取了對該組爐出口溫度進(jìn)行大幅度低溫控制措施，但不久該爐管還是會堵塞。

3.1.1 原因分析

經(jīng)過實際參數(shù)與設(shè)計參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，實際橫跨壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計值，確定原因為物料分配不均，物料在個別爐管及TLE內(nèi)流速慢，停留時間過長，過度裂解，結(jié)焦嚴(yán)重導(dǎo)致堵塞。裂解爐F0101～F0601在擴(kuò)能改造時更換了文丘里管，設(shè)計橫跨壓力為280 kPa，而在實際運行過程中從來沒有達(dá)到過，裂解石腦油時橫跨段集合管處壓力(以下簡稱橫跨壓力)一般在220 kPa左右，裂解重質(zhì)原料時橫跨壓力一般只能達(dá)到190 kPa左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計值。而文丘里管下游壓力投油初期在140 kPa左右，運行一段時間后文丘里管下游壓力上升至170 kPa左右，達(dá)到裂解爐清焦指標(biāo)之一即文丘里管出口入口絕對壓力比接近0.9。因此考慮是因為改造后文丘里管孔徑過大，橫跨段集合管處壓力低，導(dǎo)致文丘里管處物料分配不均。以裂解爐F0101為例，A側(cè)橫跨段集合管所對應(yīng)的末端是TIA0111組爐管，B側(cè)橫跨段集合管所對應(yīng)的末端是TIA0118組爐管，這兩組爐管最容易出現(xiàn)流通物料少，停留時間延長，過度裂解導(dǎo)致結(jié)焦嚴(yán)重，進(jìn)而發(fā)生堵塞現(xiàn)象。這種情況多發(fā)生在裂解爐運行中期階段。

3.1.2 應(yīng)對措施

經(jīng)設(shè)計部門核算，目前文丘里管喉徑處直徑為19.2 mm，該直徑過大，應(yīng)為18 mm。2008年將F0101～F0601的文丘里管全部更換成喉徑為18 mm的新文丘里管，如圖1所示。此后上述堵管現(xiàn)象大為減少。

圖1 文丘里管結(jié)構(gòu)圖

3.2 廢熱鍋爐對應(yīng)14組爐管中間的爐管堵塞

1#～6#裂解爐改造后112組GK6型輻射段爐管進(jìn)入8臺廢熱鍋爐，即每臺廢熱鍋爐對應(yīng)有14組輻射段爐管。由于14組輻射段爐管與廢熱鍋爐連接處存在變徑，位于14組輻射段爐管中間的是第7組和第8組。在以往運行中發(fā)生過，備用一段時間的裂解爐，升溫后發(fā)現(xiàn)位于14組輻射段爐管中間的是第7組和第8組堵塞，而在降溫前檢查，并未發(fā)現(xiàn)該爐管堵塞。

3.2.1 原因分析

檢修時發(fā)現(xiàn)在下降管與上升管連接的底部“U”型彎內(nèi)，存有較多碎焦。起初懷疑是裂解爐燒焦不徹底爐管或廢熱鍋爐內(nèi)焦層脫落而致堵塞，但如果是爐管焦層脫落導(dǎo)致堵塞的話，隨機(jī)性較大，不會只堵在中間的第7組和第8組爐管。而裂解爐燒焦完全是按照方案進(jìn)行，每一步的時間和空氣量均得到保障，因此基本排除裂解爐燒焦不徹底導(dǎo)致爐管、廢熱鍋爐焦層脫落導(dǎo)致堵塞的可能。從拆開的廢熱鍋爐來看，在廢熱鍋爐上部管板及出口管存在較多碎焦，并且有少量蒸汽及凝液從出口管夾帶著碎焦逆流而下進(jìn)入廢熱鍋爐，由于14組輻射段爐管中間的第7組和第8組爐管正好對準(zhǔn)廢熱鍋爐入口管，所以這些碎焦最終進(jìn)入該臺廢熱鍋爐14組輻射段爐管中間的第7組和第8組爐管內(nèi)，積聚在底部“U”型彎內(nèi)而導(dǎo)致堵塞，如圖2所示。這種情況多發(fā)生在停爐期間，但是只有在裂解爐升溫后才能夠被發(fā)現(xiàn)。

圖2 輻射段爐管底部U型彎示意圖

3.2.2 應(yīng)對措施

(1) 完善操作，在裂解爐降溫結(jié)束后及時關(guān)閉清焦閥閥道防焦蒸汽，防止蒸汽及凝液反竄，防止沿途的碎焦被帶進(jìn)爐管系統(tǒng)。同時在升溫過程中，通入稀釋蒸汽之前1 h，先通入燒焦空氣，起擾動作用，防止?fàn)t管內(nèi)的水被蒸干后，碎焦結(jié)成塊狀，將爐管徹底堵死。

(2) 由于是兩臺裂解爐共用一個除焦罐，當(dāng)一臺裂解爐處于停用狀態(tài)時，與其共用一個除焦罐的另一臺裂解爐處于燒焦?fàn)顟B(tài)時，應(yīng)提前關(guān)閉停用裂解爐的清焦閥，防止大量的蒸汽及焦進(jìn)入停用裂解爐爐管系統(tǒng)而造成堵塞。

(3) 在拆除廢熱鍋爐封頭時，應(yīng)避免產(chǎn)生大的震動，防止將廢熱鍋爐上部管板的焦震落進(jìn)入爐管。拆開廢熱鍋爐后及時將爐出口管口封好，防止雜物進(jìn)入爐管。

4 運行和維護(hù)

4.1 全面加強(qiáng)監(jiān)控管理

定期測量風(fēng)機(jī)振動，確保及時發(fā)現(xiàn)問題，避免裂解爐緊急停爐，防止?fàn)t管大面積堵塞事件的發(fā)生。同時，定期監(jiān)測并記錄輻射室爐管溫度變化情況，每周定期向裂解爐對流段吹灰，提高對流段換熱效率，降低排煙溫度。每周定期對煙氣溫度、氧含量、CO含量等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)檢測情況及時進(jìn)行調(diào)整，防止燃料過氧燃燒或者燃燒不充分，造成能源浪費。

4.2 確?？諝忸A(yù)熱器好用

積極清理裂解爐空氣預(yù)熱器的積灰，對裂解爐空氣預(yù)熱器定期清洗，進(jìn)一步提高清洗效果，盡量發(fā)揮空氣預(yù)熱器作用，利用洗滌水余熱加熱助燃空氣，從而降低燃料消耗，對損壞的空氣預(yù)熱器進(jìn)行更換，確保設(shè)備好用。

4.3 控制好裂解爐出口溫度COT

啟用裂解爐裂解深度控制系統(tǒng)，使裂解爐COT溫度偏差由原來±3 ℃達(dá)到±1 ℃，減少了爐溫波動對裂解爐管的影響，延長了裂解爐運行周期。同時，加強(qiáng)了工藝與儀表溝通，及時解決部分裂解爐COT溫度偏差大的問題，使COT控制更加穩(wěn)定，減少了爐溫波動對裂解爐管的影響，延長了裂解爐運行周期。

4.4 優(yōu)化投油順序

裂解爐中急冷鍋爐清理后，先加入石腦油，運行一段時間并且等到急冷廢熱鍋爐(TLE)表面初步結(jié)焦后，再切換重油，延長了TLE運行周期。

4.5 更換輻射段爐管

對已運行到末期的裂解爐輻射室爐管進(jìn)行整體更換，消除因爐管滲碳嚴(yán)重引起的泄漏問題，可以保證裂解爐安全穩(wěn)定運行。

4.6 加強(qiáng)管理

針對乙烯裝置原料結(jié)構(gòu)重質(zhì)化及質(zhì)量變化情況，重新制定《裂解爐日常運行管理方案》，內(nèi)容包括：工藝控制、現(xiàn)場設(shè)備維護(hù)管理、儀表使用及維護(hù)管理、原料及水質(zhì)等數(shù)據(jù)監(jiān)控、日常操作管理及操作優(yōu)化等相關(guān)內(nèi)容。通過加強(qiáng)管理，裂解爐運行效果明顯好轉(zhuǎn)，運行周期得到有效延長。

5 結(jié)束語

裂解爐是乙烯裝置的關(guān)鍵設(shè)備，其運行狀況的好壞直接影響整套裝置的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。裂解爐的原料優(yōu)化、工藝調(diào)優(yōu)、運行和維護(hù)十分關(guān)鍵。生產(chǎn)中保證裂解爐穩(wěn)定運行后，采取系列降低能耗等先進(jìn)技術(shù)措施，對裂解爐進(jìn)行逐步改造，提高裂解爐熱效率，才能使裂解爐能耗顯著下降，實現(xiàn)質(zhì)量效益最大化。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 胡建洪,朱濤,胡紅旗.乙烯裂解爐優(yōu)化運行探討[J]．化工科技，2014,22(3)：45-47．