實現(xiàn)裂解爐長周期高效運行的途徑

劉運龍(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

0 引言

眾所周知，乙烯的生產(chǎn)在整個石油化工產(chǎn)業(yè)中占有重要地位，而乙烯最為常見的生產(chǎn)方法就是熱裂法，而熱裂法制乙烯的核心裝備就是裂解爐，因此如何延長乙烯裂解爐的使用周期直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)階段，乙烯裂解爐容易失效的原因主要有以下幾點：首先是爐管服役溫度，其次是爐管的材質(zhì)影響，最后是物料沖刷的影響，我們應(yīng)該綜合考慮，合理分析，保證裂解爐的長周期高效運行。

1 熱裂法制乙烯簡介

乙烯裂解生產(chǎn)在現(xiàn)代化工生產(chǎn)中具有重要的意義與價值，采取乙烯裂解技術(shù)生產(chǎn)乙烯，能夠有效降低溫度的控制要求，提升能源的綜合利用效率。在這個過程中，隨著裂解問題的改善，裂解操作溫度也會發(fā)生明顯的變化，所以在應(yīng)用乙烯裂解生產(chǎn)時可能會出現(xiàn)不同類型的設(shè)備失效與安全風(fēng)險。為了解決類似的問題，提升熱裂解生產(chǎn)乙烯的效果，就必須要做好產(chǎn)能擴(kuò)增與技術(shù)革新，提升乙烯裂解的工藝穩(wěn)定性。

2 乙烯裂解爐長周期運行存在的問題

2.1 乙烯裂解爐的操作工狀

乙烯裂解生產(chǎn)過程中需要借助于乙烯裂解爐，而該設(shè)備長期處于復(fù)雜的工況條件當(dāng)中，很容易受到裂解反應(yīng)的影響，從而影響到操作的穩(wěn)定性。根據(jù)實際經(jīng)驗來看，乙烯裂解爐工作過程中需要接觸的環(huán)境主要包括溫度、壓力以及介質(zhì)，這三個影響因素決定了內(nèi)壁接觸后的穩(wěn)定性。介質(zhì)可以歸納三個主要方面，分別是烴類混合物、氫以及水蒸氣等等，爐管的外部主要接觸大量的煙氣，這些煙氣物質(zhì)中包含著大量的能量。根據(jù)工作溫度的特征來看，其主要的工藝來源于使用溫度的改變，現(xiàn)階段的爐管在使用過程中溫度會持續(xù)增加到1100℃左右，但是由于工藝的問題，可能會存在爐管溫度不均勻的情況，差距較大時可能達(dá)到100℃以上。在這樣的條件下，爐管的操作壓力不均勻，導(dǎo)致的壓力應(yīng)力變化較大，從而出現(xiàn)內(nèi)壁結(jié)焦等問題，需要對其進(jìn)行維護(hù)，此時可能會影響整體的生產(chǎn)效益。

2.2 乙烯裂解爐長周期運行存在的問題

乙烯裂解需要面對復(fù)雜的生產(chǎn)條件，特別是爐管作為操作溫度最高的結(jié)構(gòu)部分，其長期處于高溫當(dāng)中。復(fù)雜的工作環(huán)境會帶來長期運轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)疲勞，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失效，所以要想真正意義上解決裂解爐運行瓶頸問題，就必須要做好爐型的構(gòu)造設(shè)計與優(yōu)化。經(jīng)過相關(guān)案例分析結(jié)果顯示，乙烯裂解生產(chǎn)中，裂解爐的失效類型眾多，其中發(fā)生率最高的失效類型為滲碳，該類型的發(fā)生率達(dá)到了19%，受到滲碳的影響出現(xiàn)開裂的數(shù)量為18%，也較多。除此之外，在長期的高溫影響下，乙烯裂解爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)氧化、機(jī)械損傷、彎曲變形以及熱疲勞的可能性都會增加，所以要想真正意義上改善生產(chǎn)環(huán)境，提升設(shè)備的綜合運轉(zhuǎn)效率，就必須針對上述問題進(jìn)行預(yù)防控制，延長設(shè)備的使用壽命，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 乙烯裂解爐長周期運行出現(xiàn)問題的原因

3.1 爐管的表面溫度

乙烯裂解爐長期使用后會出現(xiàn)各種問題，其主要的失效形式與溫度相關(guān)聯(lián)。在上述提到的乙烯裂解爐失效形式當(dāng)中，主要包括蠕變、滲碳、熱疲勞，同時還包括內(nèi)部氧化等問題，都會受到溫度的正向影響。換句話說，溫度越高，上述疲勞與損害出現(xiàn)的概率也會相應(yīng)的增加。在高溫條件下運行，溫度越高，出現(xiàn)故障的可能性也越高。另外，開停車的次數(shù)也會受到溫度的影響，從而出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)部損傷。根據(jù)乙烯裂解爐的基本構(gòu)造與工作特征來看，其很難實現(xiàn)在生產(chǎn)過程中各個區(qū)域的溫度均勻，很多情況下爐管的內(nèi)部溫度差異都可以達(dá)到50℃甚至100℃，在這樣的差異下，勢必會出現(xiàn)爐管壽命遭受影響，大多數(shù)爐管的使用壽命都會縮減30%以上，個別的情況下僅有正常壽命的一半。除此之外，受到溫度梯度的不良影響，溫差應(yīng)力也會相應(yīng)的增加，從而導(dǎo)致爐管內(nèi)部較早出現(xiàn)了熱疲勞裂紋，影響整體的使用壽命。

3.2 爐管材質(zhì)的影響

乙烯裂解爐的材質(zhì)也是影響使用穩(wěn)定的重要因素之一。根據(jù)基本使用環(huán)境來看，隨著溫度的提升，材質(zhì)的穩(wěn)定性會發(fā)生顯著的變化，所以只有更耐高溫的材料才能夠減輕溫度帶來的不良影響。截止到目前，應(yīng)用比較廣泛的爐管材料包括有HP40，HK40 以及哈氏合金等等，這些材料的添加可以顯著提升爐管的耐高溫能力，從而滿足實際的壽命設(shè)計需求。

3.3 物料的沖刷

乙烯裂解爐生產(chǎn)過程中存在內(nèi)部流速較高的情況，長期使用物料會不斷對管壁進(jìn)行沖擊，從而會因此導(dǎo)致管壁變薄、穿孔等情況。除此之外，管壁的內(nèi)部會出現(xiàn)滲碳，該問題往往也與長期的沖刷密切相關(guān)，所以需要做好物料的管理，同時根據(jù)實際需要設(shè)計管壁，降低物料沖刷帶來的腐蝕性影響。

4 保障裂解爐長期運行的措施

4.1 爐管材質(zhì)和結(jié)構(gòu)

為了提升乙烯裂解爐的運行可靠性，升級爐管的材質(zhì)并優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)是最為可靠的途徑。通過工藝流程分析，可以準(zhǔn)確的計算出爐管使用過程中的金屬溫度，從而選擇更匹配使用環(huán)境的金屬，提升爐管的材質(zhì)穩(wěn)定性。在結(jié)構(gòu)方面，則應(yīng)該盡可能通過優(yōu)化設(shè)計來降低物料沖刷帶來的壓力與影響，并且在檢修期間做好爐管部件的調(diào)整、結(jié)構(gòu)升級，為保障裂解爐的可靠運行提供必要的條件與技術(shù)支持。

4.2 裂解爐操作

裂解爐操作速率需要根據(jù)設(shè)備的操作流程來進(jìn)行調(diào)整，無論是冷卻速度過快還是裂解速度過快都會導(dǎo)致設(shè)備疲勞加劇，所以需要盡可能提升溫度的均勻度，特別是爐壁的均勻度。通過控制爐溫，也可以有效延長爐管的使用壽命，提升投資回報的效率，這也是現(xiàn)階段乙烯裂解爐操作過程中需要著重關(guān)注的部分。在操作之前，需要對操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，既要掌握一定的技術(shù)原理，也需要具有一定的實際操作技能與經(jīng)驗，從而確保乙烯裂解爐操作過程中不出現(xiàn)誤操作問題，具體結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 裂解爐操作結(jié)構(gòu)圖

4.3 運行狀況監(jiān)測與檢修

乙烯裂解爐運行過程中需要做好狀態(tài)的監(jiān)控與跟蹤管理，并根據(jù)實際情況做好詳細(xì)的記錄。一般來說，爐壁的真實溫度數(shù)據(jù)與爐管的實際狀態(tài)密切相關(guān)，如果不跟蹤顯示可能會錯過一些關(guān)鍵信息。相對的，通過跟蹤監(jiān)測，可以及時對爐膛內(nèi)部的溫度進(jìn)行調(diào)整，避免爐管損傷加劇。在一些客觀條件下，還可以借助于紅外熱相設(shè)備來開展這些工作，針對停工期間的爐管進(jìn)行綜合排查時，也可以借助于無損檢測的設(shè)備進(jìn)行重點區(qū)域的檢測，根據(jù)失效的實際情況來進(jìn)行整體分析，整理出完善的檔案資料，并做好檢測反饋工作，更為精準(zhǔn)的判斷出乙烯裂解爐的爐管運行條件與損傷狀態(tài)，指導(dǎo)下一步的維修與更換零部件工作。

5 結(jié)語

綜上所述，乙烯裂解爐長期運轉(zhuǎn)失效的影響因素主要應(yīng)從以下三種情形分析：首先我們要考慮爐管的服役溫度，其次是裂解爐材質(zhì)的選取，最后要分析物料對裂解爐的重沖刷作用，在實際生產(chǎn)中，應(yīng)從選材、裂解法制乙烯的操作流程上實時監(jiān)控裂解爐的運行狀況，及時檢查等，從而夠最大限度的延長乙烯裂解爐的使用壽命，使我們的經(jīng)濟(jì)效益最大化。