乙烯裝置蒸汽系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)

張 濤

（中國石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶163714）

在乙烯裝置生產(chǎn)過程中，蒸汽作為主要能源，在乙烯裝置能耗中占有較大比例，直接影響到裝置能耗指標(biāo)的高低。某石化公司的600 kt/a 乙烯裝置（簡稱E3裝置）由中國寰球工程公司負(fù)責(zé)整體乙烯裝置的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及分離系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)，裝置設(shè)計(jì)蒸汽能耗為2 450 MJ/t，與先進(jìn)企業(yè)相比，蒸汽能耗偏高。通過對(duì)蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，增加蒸汽產(chǎn)量、減少蒸汽用量，降低了裝置蒸汽能耗，提高了企業(yè)效益。

1 裝置蒸汽管網(wǎng)

E3 裝置蒸汽系統(tǒng)主要分為5 個(gè)壓力等級(jí)：超高壓蒸汽系統(tǒng)（SS，10.5 MPa）、高壓蒸汽系統(tǒng)（HS，3.8 MPa）、次高壓蒸汽系統(tǒng)（LHS，1.9 MPa）、中壓蒸汽系統(tǒng)（MS，1.4 MPa）以及低壓蒸汽的系統(tǒng)（LS，0.35 MPa）。其中SS 大部分來自裂解爐急冷鍋爐，不足部分由界外熱電廠提供；HS 主要由界外熱電廠和減溫減壓器提供，LHS 管網(wǎng)蒸汽、MS 管網(wǎng)蒸汽、LS 管網(wǎng)蒸汽由壓縮機(jī)透平、減溫減壓器提供，具體管網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖1。

2 蒸汽能耗偏高原因分析

2.1 裂解爐產(chǎn)汽率低

從裂解爐出來的高溫裂解氣，通過急冷鍋爐迅速降低溫度而終止二次反應(yīng)，急冷鍋爐內(nèi)冷卻表面與裂解氣接觸，逐漸就會(huì)覆蓋上一層類似聚合物的瀝青質(zhì)，從而形成一層焦炭［1］。這類沉積物是由于裂解氣中少量烴在冷卻內(nèi)表面冷凝而形成的，這種逐漸形成的焦垢帶來的影響就是使裂解氣與套管內(nèi)的鍋爐給水換熱效果變差，從而使得急冷鍋爐出口裂解氣溫度升高，超高壓蒸汽發(fā)生量降低，重質(zhì)裂解爐尤其明顯。作為裂解原料的柴油中含有較高的芳烴組分，其沸點(diǎn)較高，在急冷鍋爐中這些高沸點(diǎn)組分冷凝在傳熱管內(nèi)壁，緩慢進(jìn)行脫氫縮聚反應(yīng)，逐漸重質(zhì)化，進(jìn)而變成焦油狀或焦炭狀的物質(zhì)，隨著裂解爐運(yùn)行時(shí)間增加，重質(zhì)爐產(chǎn)汽率下降明顯，上線初期，裂解爐產(chǎn)汽率在106%左右，末期下降至87%。

圖1 乙烯裝置蒸汽管網(wǎng)

2.2 冬季氣溫低，蒸汽消耗量大

該企業(yè)位于北部地區(qū)，冬季氣溫低，進(jìn)入10月份后，氣溫在0 ℃以下，最低時(shí)可達(dá)-38 ℃。為保證裝置正常運(yùn)行，含油水線及易凍凝管線需加熱水或蒸汽伴熱，現(xiàn)場蒸汽消音器及減溫減壓器需開跨線閥防凍，同時(shí)各機(jī)泵房需增設(shè)暖氣，這部分蒸汽消耗進(jìn)一步增加裝置蒸汽能耗，裝置夏季及冬季蒸汽能耗對(duì)比見表1。

表1 裝置夏季及冬季能耗數(shù)據(jù)

2.3 抽凝比偏低，蒸汽利用率低

裂解氣壓縮機(jī)透平（進(jìn)汽S100，抽汽S14）、乙烯制冷壓縮機(jī)透平（進(jìn)汽S40，抽汽S3）和丙烯制冷壓縮機(jī)透平（進(jìn)汽S100，抽汽S19）均為抽汽凝汽式，透平的進(jìn)汽量受壓縮機(jī)負(fù)荷、投料量負(fù)荷、投料模式、原料組成等因素影響，其抽汽量不但受機(jī)組透平效率影響而且受蒸汽管網(wǎng)平衡制約［2］。由于受熱電廠S100 外送能力限制，導(dǎo)致裂解氣壓縮機(jī)透平及丙烯制冷壓縮機(jī)透平抽汽量未達(dá)設(shè)計(jì)值，抽汽量偏低，2 臺(tái)汽輪機(jī)的運(yùn)行效率降低，導(dǎo)致蒸汽能耗偏高，3機(jī)組透平進(jìn)汽及抽汽數(shù)據(jù)見表2。

表2 3機(jī)組透平運(yùn)行數(shù)據(jù)

2.4 稀釋蒸汽發(fā)生器換熱效率下降

在乙烯裝置中，工藝水在急冷水塔釜經(jīng)過油水粗分離后進(jìn)入聚結(jié)器進(jìn)一步脫除水中微量油脂，其中含有苯乙烯及茚等活性烯烴類化合物。這些活性烯烴類化合物在高溫下容易形成聚合物，隨著裝置運(yùn)行時(shí)間增加，附著在換熱器管束內(nèi)，降低急冷油/稀釋蒸汽發(fā)生器的傳熱系數(shù)［3］。裝置開工初期，稀釋蒸汽發(fā)生器EH-3234A-F稀釋蒸汽發(fā)生量約為235 t/h，到2019 年末稀釋蒸汽發(fā)生量已降至185 t/h，由于稀釋蒸汽發(fā)生量不足，導(dǎo)致外補(bǔ)中壓蒸汽量大大增加，裝置蒸汽能耗增高。

3 節(jié)能降耗優(yōu)化措施

3.1 提高裂解爐產(chǎn)汽量

3.1.1 重質(zhì)裂解爐急冷鍋爐定期水力清焦為延長重質(zhì)裂解爐急冷鍋爐（SLE）清焦周期，已對(duì)燒焦曲線進(jìn)行優(yōu)化。在裂解爐燒焦末期，通過降低稀釋蒸汽用量，增加工業(yè)風(fēng)用量的方式，提高急冷鍋爐的清焦效果。但由于在裂解爐清焦操作時(shí)，急冷鍋爐僅清理部分焦垢［4］，結(jié)合裂解爐SLE 出口溫度、產(chǎn)汽量等參數(shù)的變化情況，決定對(duì)重質(zhì)裂解爐SLE 內(nèi)管每年進(jìn)行1～2 次定期水力清焦，裂解爐產(chǎn)汽率平均提高14%，平均每h多產(chǎn)S100蒸汽7.55 t。

3.1.2 減少超高壓蒸汽泄漏損失根據(jù)爐水品質(zhì)對(duì)汽包連排和間排量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，減少排放量。同時(shí)定期對(duì)間排手閥及連排手操器進(jìn)行檢查，及時(shí)更換內(nèi)漏閥門，減少因閥門內(nèi)漏導(dǎo)致的泄漏損失。利用停爐機(jī)會(huì)處理內(nèi)漏的超高壓蒸汽放空閥，減少超高壓蒸汽放空損失。

3.2 優(yōu)化裂解爐燒焦曲線

裂解爐能耗約占裝置總能耗的80%。隨著裂解爐在線運(yùn)行延長，其爐管內(nèi)壁結(jié)焦加重，裂解爐需進(jìn)行在線燒焦。燒焦時(shí)既產(chǎn)生了大量的能耗、物耗，又直接增加了裂解爐爐管等設(shè)備的損耗。為降低裂解爐燒焦時(shí)能耗，采用縮短裂解爐的燒焦時(shí)間、降低燒焦期間稀釋蒸汽消耗量及提高工業(yè)風(fēng)用量等措施來提高裂解爐的燒焦質(zhì)量［5］。

3.2.1 降低燒焦末期稀釋蒸汽消耗量E3 裝置通過優(yōu)化燒焦過程減小燒焦期間稀釋蒸汽的消耗來降低蒸汽能耗。以往燒焦末期各路稀釋蒸汽量為5 t/h，經(jīng)優(yōu)化后降至4 t/h，1 次燒焦，可減少外補(bǔ)中壓蒸汽25.5 t，可降低能耗24.26 MJ/t。

3.2.2 增加工業(yè)風(fēng)量，縮短燒焦時(shí)間提高空氣量可加快燒焦速度，但由于燒焦反應(yīng)是放熱反應(yīng)，空氣量提高過快會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)加劇，爐管溫度急劇升高，造成爐管損壞，以往每次燒焦時(shí)最大通工業(yè)風(fēng)量為5 t/h，燒焦曲線優(yōu)化后，通風(fēng)10 h后，啟動(dòng)兩臺(tái)清焦空氣壓縮機(jī)再逐步將工業(yè)風(fēng)用量提至7 t/h，燒焦時(shí)間由48 h縮短至40 h，顯著降低裝置能耗。

3.3 提高機(jī)組透平抽凝比

E3 裝置由于稀釋蒸汽發(fā)生器換熱效率下降，外補(bǔ)中壓蒸汽增多，導(dǎo)致蒸汽管網(wǎng)存在減溫減壓器開度偏大問題，尤其是次高壓減中壓減溫減壓器EZ-3704 開度長期在40%左右，減溫減壓器蒸汽量約為40 t/h，為提高蒸汽利用率，結(jié)合運(yùn)行工況特點(diǎn)，壓縮機(jī)透平抽汽由80 t/h 提高至120 t/h 左右，使減溫減壓器開度降為零。壓縮機(jī)抽汽量明顯增加，外引熱電廠高壓蒸汽量大幅降低，蒸汽使用得到進(jìn)一步優(yōu)化，能耗明顯降低。

3.4 裂解氣干燥器再生優(yōu)化

石油烴裂解過程中加入了稀釋蒸汽，在冷凝和脫除酸性氣體的過程中，又有水洗，盡管裂解氣在壓縮過程中加壓、降溫，能脫除大部分的重?zé)N和水。但裂解氣中仍含有大約500×10-6的水，這些水分可與烴類生成白色結(jié)晶狀的水合物，帶入低溫分離系統(tǒng)，會(huì)在低溫下結(jié)冰而造成設(shè)備和管道的堵塞。為此在堿洗塔后設(shè)置2臺(tái)裂解氣干燥器，每24 h切換1次，冷再生氣通過高壓蒸汽經(jīng)加熱到大約232 ℃后通入干燥器，對(duì)干燥劑進(jìn)行再生，熱再生時(shí)間平均為8～10 h。通過手動(dòng)關(guān)小冷再生氣的閥位，在解耦控制下熱再生氣的量也將下降。在保證再生效果的前提下，將裂解氣干燥器再生氣用量由18 t/h 降至16 t/h，每次再生可降低高壓蒸汽用量約15 t，全年可節(jié)省高壓蒸汽5 475 t。

3.5 其它措施

（1）加強(qiáng)疏水器檢查及更換，減少內(nèi)漏損失；

（2）根據(jù)蒸汽管網(wǎng)壓力，動(dòng)態(tài)進(jìn)行透平與電機(jī)切換，當(dāng)蒸汽不足時(shí)，可以適當(dāng)將透平切換至電機(jī)，當(dāng)蒸汽過剩時(shí)，可將透平泵切至電泵；

（3）根據(jù)氣溫變化情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整熱水伴熱溫度及工藝系統(tǒng)蒸汽伴熱用量，以節(jié)省蒸汽消耗；

（4）加強(qiáng)管理，定期對(duì)稀釋蒸汽發(fā)生器進(jìn)行清焦或更換管束。

4 結(jié)束語

乙烯裝置蒸汽系統(tǒng)能耗高的問題主要是重質(zhì)裂解爐產(chǎn)汽量低、蒸汽管網(wǎng)利用率低、裂解爐燒焦及裂解氣再生時(shí)蒸汽消耗量過大等因素導(dǎo)致。通過急冷鍋爐水力清焦和操作優(yōu)化提高了裂解爐產(chǎn)汽量，通過增加機(jī)組抽凝比提高蒸汽利用率，通過裂解爐燒焦及裂解氣干燥器再生優(yōu)化等措施，降低裝置蒸汽能耗，節(jié)能效果明顯。