乙烯裝置裂解爐化學(xué)清洗對超高壓蒸汽品質(zhì)的影響

王強(qiáng)，丁少輝，李懷強(qiáng)，黃超，楊軍

（中國石油獨(dú)山子石化分公司乙烯廠，新疆獨(dú)山子 833699）

裂解爐是乙烯裝置的主要能耗設(shè)備，具有物流量大、停留時(shí)間短、加熱溫度高、設(shè)備表面積大等特點(diǎn)。隨著節(jié)能工作的不斷深入和發(fā)展，采取適當(dāng)措施提高裂解爐的熱效率顯得尤為重要，對流段管束的表面清潔度直接影響換熱效率[1]。

中國石油獨(dú)山子石化分公司（以下簡稱獨(dú)山子石化）100萬噸/年乙烯裝置裂解爐長周期運(yùn)行過程中，對流段爐管表面積灰嚴(yán)重，翅片管產(chǎn)生腐蝕，裂解爐排煙溫度升高，超高壓蒸汽（SS）溫度偏低，降低了裂解爐熱效率，使乙烯裝置能耗增加。SS溫度偏低亦是制約裂解氣壓縮機(jī)長周期穩(wěn)定運(yùn)行因素之一。為進(jìn)一步提高SS溫度和裂解爐熱效率，采用化學(xué)清洗的方式對裂解爐對流段進(jìn)行積垢清除，以提高對流段管束的導(dǎo)熱性能，提高換熱效率。

1 裂解爐鍋爐給水系統(tǒng)流程

獨(dú)山子石化100萬噸/年乙烯裝置裂解爐采用德國LINDE公司專利技術(shù)，裂解爐配置為8臺“雙輻射室”PyroCrack 1-1型裂解爐，正常工況7開1備，裂解原料為石腦油、加氫尾油、液化石油氣、輕烴和該裝置循環(huán)乙烷、循環(huán)丙烷、循環(huán)碳五[2]。

圖1 NAP/GAS裂解爐給水流程

圖1為獨(dú)山子石化百萬噸乙烯裂解爐流程，鍋爐給水（BFW）在鍋爐水預(yù)熱段（ECO）管束中被加熱后進(jìn)入汽包，再通過8根下降管進(jìn)入線性急冷換熱器（LQE）進(jìn)行換熱，產(chǎn)生含汽率10%的濕飽和蒸汽，水混合物由8根上升管進(jìn)入汽包的氣室。來自汽包10-V-0X31（X表示1#~8#爐位號）的飽和超高壓蒸汽在裂解爐的對流段通過與向上煙道氣進(jìn)行3段過熱后變?yōu)檫^熱超高壓蒸汽進(jìn)入超高壓蒸汽管網(wǎng)，用于驅(qū)動(dòng)裂解氣壓縮機(jī)。

2 化學(xué)清洗原理及過程

化學(xué)清洗原理即利用清洗液的濕潤、滲透、乳化、分散和剝離性能，將污垢從爐管表面清除干凈。清洗過程即由清洗設(shè)備將清洗液輸送到對流段頂部，由上而下噴淋到對流段爐管表面，在對流段下部安裝一個(gè)接液槽，將清洗液導(dǎo)出爐體。

將裂解爐對流段分五層進(jìn)行化學(xué)清洗，過程分別為預(yù)清洗、清洗和沖洗。預(yù)清洗是利用清洗液的滲透和潤濕性能，使預(yù)清洗藥劑逐步潤濕污垢的表面，再滲透到污垢內(nèi)部，使污垢疏松和易于分散。清洗時(shí)，清洗液的主要組分是表面活性劑，可降低溶液的表面張力，并具有優(yōu)良的乳化和分散性能，與助劑復(fù)配后，能迅速將污垢從設(shè)備表面脫落、分散后隨清洗液一起帶走，從而達(dá)到清除污垢的目的。經(jīng)預(yù)清洗、清洗后爐管表面仍有極少量的污垢，為進(jìn)一步提高清洗效果，增加沖洗過程。沖洗是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。

3 化學(xué)清洗后效果

裂解爐對流段爐管在長期運(yùn)行過程中，表面有大量沉積物積聚，其結(jié)構(gòu)較為緊密，難以通過聲波震動(dòng)將其破壞除去，通過清洗后爐管翅片上基本無污垢存在，設(shè)備基本見本色。裂解爐對流段清洗前后外觀見圖2。

圖2 裂解爐對流段化學(xué)清洗前、后對比

4 裂解爐化學(xué)清洗后SS發(fā)汽量變化

4.1 化學(xué)清洗后超高壓蒸汽管網(wǎng)溫度與壓力變化

將2017年2—8月這一時(shí)間段裂解爐相同負(fù)荷下的超高壓蒸汽管網(wǎng)流量和溫度進(jìn)行對比（見表1）發(fā)現(xiàn)，SS溫度由清洗前的488.7℃逐漸提高至493℃，但SS產(chǎn)量明顯下降，前期裂解爐無備用模式運(yùn)行時(shí)SS產(chǎn)量大約在520 t/h以上，最高時(shí)甚至需要開減溫減壓站平衡蒸汽，而目前SS產(chǎn)量長期維持在493 t/h，SS產(chǎn)量相差30 t/h左右。

表1 裂解爐清洗前后所產(chǎn)SS溫度及流量

4.2 化學(xué)清洗后單臺裂解爐工藝參數(shù)變化

對比各臺裂解爐在相同進(jìn)料負(fù)荷、相同裂解深度條件下，化學(xué)清洗前后數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，裂解爐對流段各個(gè)模塊的換熱效率均有所提升，排煙溫度以及燃料氣用量均有所下降，SS溫度有了明顯提高，鍋爐給水量明顯下降，SS產(chǎn)量明顯下降。具體見表2。

表2 單臺裂解爐化學(xué)清洗前、后數(shù)據(jù)對比

5 化學(xué)清洗經(jīng)濟(jì)效益分析

化學(xué)清洗后由于傳熱效率的提高，裂解爐相同工況下燃料氣耗量減少，以3#裂解爐為例，節(jié)省燃料氣效益如下：

3#裂解爐節(jié)約燃料氣總量為（48 t/h輕烴為例）316 m3/h，目前天然氣價(jià)格為2 330元/噸，1 m3/h燃料氣折算為天然氣是0.713 kg/h，則3#裂解爐一年（8 000 h）節(jié)約燃料氣費(fèi)用419.97萬元。1 m3燃料氣折算為標(biāo)油是0.66 kg，則3#裂解爐平均能耗降低了1.67 kgEO/t，裝置產(chǎn)能按125 t/h計(jì)算。裂解爐化學(xué)清洗效果評價(jià)見表3。

通過表3可以看出，采用對流段化學(xué)清洗能夠有效清除裂解爐對流段積垢，從而提高對流段爐管管束的導(dǎo)熱性能，提高了換熱效率，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

表3 裂解爐化學(xué)清洗效果評價(jià)

6 超高壓蒸汽產(chǎn)量減少的原因

對裂解爐對流段進(jìn)行化學(xué)清洗后發(fā)現(xiàn)，裂解爐的SS產(chǎn)量明顯下降，造成裝置在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)裂解氣壓縮機(jī)低壓閥全開。

鍋爐給水由水加熱到過熱蒸汽的過程經(jīng)歷三個(gè)階段，即未飽和段、汽化段、過熱段。裂解爐正常運(yùn)行情況下汽包壓力為12.783 MPa，在該壓力下鍋爐給水飽和溫度為329℃。

化學(xué)清洗前，由于裂解爐積灰嚴(yán)重，對流段熱效率明顯下降，為保證SS溫度，提高進(jìn)入裂解爐的空氣量，在裂解爐負(fù)荷及裂解爐出口溫度不變的條件下，裂解爐燃料氣耗量增加，使進(jìn)入對流段的高溫?zé)煔饬髁吭黾樱瑥亩岣吡顺邏赫羝倪^熱溫度。但SS過熱段上下溫差小，充分說明對流段存在積灰，污垢熱阻增大，造成熱效率差，當(dāng)提高SS過熱溫度的同時(shí)整個(gè)對流段溫度都在上升，鍋爐給水預(yù)熱段煙氣溫度上升，使得鍋爐給水預(yù)熱后的溫度升高，最高溫度達(dá)280℃，但此溫度仍未達(dá)到汽包壓力下的汽化溫度，所以化學(xué)清洗前鍋爐給水在對流段未產(chǎn)生蒸汽。

鍋爐給水預(yù)熱后的溫度升高，使鍋爐給水進(jìn)入LQE的溫度升高。根據(jù)熱量衡算方程可知熱流體放出的熱量等于冷物體吸收的熱量，所以化學(xué)清洗前，裂解爐鍋爐給水預(yù)熱溫度升高，LQE處汽化量增加，進(jìn)入汽包的濕蒸汽量增加，導(dǎo)致發(fā)汽量增加。

化學(xué)清洗后，爐管翅片表面清洗干凈，對流段堆積粉塵消除，超高壓蒸汽過熱段吸收熱量增加，SS溫度明顯提高，裂解爐排煙溫度明顯下降。鍋爐給水預(yù)熱后溫度明顯下降，LQE處發(fā)汽量相比化學(xué)清洗前有所下降。

7 結(jié)論

通過化學(xué)清洗后，對流段爐管翅片表面積灰基本清洗干凈，提高了對流段爐管管束的導(dǎo)熱性能，裂解爐所產(chǎn)超高壓蒸汽品質(zhì)得到改善，裂解爐熱效率得到提高，有利于裂解氣壓縮機(jī)長周期運(yùn)行和裝置節(jié)能降耗。

八面來風(fēng)

二甲苯異構(gòu)化新催化劑

?？松梨陂_發(fā)的二甲苯異構(gòu)化新催化劑稱為雙床層催化劑，使乙苯脫烷基和二甲苯異構(gòu)化的汽相異構(gòu)化反應(yīng)分開進(jìn)行。

第一種催化劑（裝在下行式反應(yīng)器的上部床層或徑向反應(yīng)器的外側(cè)床層）主要用于乙苯催化轉(zhuǎn)化為苯，不發(fā)生芳烴裂化反應(yīng)。擇型反應(yīng)的機(jī)理是，鄰二甲苯和間二甲苯不發(fā)生變化，乙苯轉(zhuǎn)化為苯、鄰二甲苯和間二甲苯。在生產(chǎn)這種催化劑的工藝過程中，使用一種提高選擇性的無定形助劑。這種助劑的作用一是減小沸石的孔口，限制較大的分子進(jìn)入沸石孔中。因?yàn)橐冶降膭?dòng)力學(xué)直徑較小，乙苯擴(kuò)散通過沸石孔道不會受阻。反之，較大的C8分子（鄰二甲苯和間二甲苯）在提高選擇性的催化劑中幾乎全部不能進(jìn)入沸石孔中，因此在沸石孔中的活性中心就不會有烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。在沸石孔道中的催化活性可以調(diào)節(jié)到只有希望出現(xiàn)的乙苯單程脫烷基反應(yīng)，不增加不希望出現(xiàn)的副反應(yīng)（包括二甲苯分子）。二是鈍化沸石催化劑的外表面酸性，不影響內(nèi)孔系統(tǒng)，鄰二甲苯和間二甲苯不暴露到活性中心，同時(shí)旁路沸石孔道。

第二種催化劑（裝在下行式反應(yīng)器的下部催化劑床層或徑向反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)床層）主要催化二甲苯異構(gòu)化。反應(yīng)是鄰二甲苯和間二甲苯異構(gòu)化生成對二甲苯、鄰二甲苯和間二甲苯。鄰二甲苯和間二甲苯在第二種催化劑床層中進(jìn)行異構(gòu)化達(dá)到二甲苯平衡。第二種催化劑活性很低，因?yàn)槎妆疆悩?gòu)化反應(yīng)需要的活性比乙苯脫烷基反應(yīng)低很多。而且，因?yàn)榇呋瘎┗钚缘?，在第一種催化劑床層中得到的苯產(chǎn)品在第二種催化劑床層中不反應(yīng)。