抑制乙烯裝置裂解爐爐管結(jié)焦的措施研究

張桐陽

摘? 要： 乙烯工程中經(jīng)常會使用乙烯裝置;乙烯裝置由裂解、壓縮、分離等3個系統(tǒng)組成，是工程中最基礎(chǔ)的一部分;在日常應(yīng)用中，乙烯裝置是 運(yùn)用裂解爐進(jìn)行高溫裂解活動，在經(jīng)過急冷還有壓縮的程序生產(chǎn)產(chǎn)品有關(guān)產(chǎn)物;使用乙烯裝置時，乙烯裝置負(fù)荷不斷加重，導(dǎo)致其中烷烴含量升高;不 僅讓乙烯裝置不斷消耗能源還使乙烯裝置長期處于高負(fù)荷運(yùn)行中。

關(guān)鍵詞： 乙烯裝置;裂解爐;爐管結(jié)焦;措施研究

1 抑制乙烯裝置裂解爐爐管結(jié)焦的主要措施

1.1? 選擇優(yōu)質(zhì)裂解原料和原料優(yōu)化

（ 1 ）優(yōu)化乙烯原料。優(yōu)化裂解原料要從生產(chǎn)源頭抓起，優(yōu)化煉油加 工方案，增加正構(gòu)烷烴含量高的石腦油的供給;從提供燃料用油為主轉(zhuǎn)變 為提供燃料用油和化工原料相結(jié)合，選擇原油品種要充分考慮石腦油收率 和品質(zhì)，盡量做到相同品質(zhì)原油分儲、分輸、分煉。（ 2 ）選擇優(yōu)質(zhì)的裂 解原料。在相同工藝技術(shù)水平前提下，乙烯收率取決于裂解原料性質(zhì)，不 同裂解原料，綜合能耗相差較大;裂解原料選擇在很大程度上決定乙烯生 產(chǎn)的能耗水平;通過適當(dāng)調(diào)整裂解原料配置結(jié)構(gòu)，優(yōu)化煉油加工方案，增 加優(yōu)質(zhì)乙烯原料供給，改善原料結(jié)構(gòu)和整體品質(zhì)，在提高乙烯收率的同時 達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。（ 3 ）優(yōu)化工藝操作條件。優(yōu)化裂解爐工藝操作條 件，不僅能使原料消耗大幅度降低，還能使乙烯生產(chǎn)能耗明顯下降;不同 裂解原料對應(yīng)不同爐型有不同工藝操作條件;對一定性質(zhì)裂解原料與特定 爐型，在滿足目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)周期和產(chǎn)品收率前提下，都有適宜的裂解溫度、進(jìn) 料量與汽烴比;充分利用流程模擬和蒸汽裂解模擬評價實(shí)驗(yàn)裝置等生產(chǎn)優(yōu) 化工具預(yù)知裂解原料的裂解效果，對裂解溫度、裂解收率做到提前預(yù)知，? 在裂解溫度控制上做到窄范圍穩(wěn)定控制;烴類裂解條件是高裂解溫度、短 停留時間和低烴分壓，這三個變量通過以下四個操作變量調(diào)節(jié)：烴進(jìn)料流 量、稀釋蒸汽流量、爐管出口壓力和COT;在正常生產(chǎn)中，前三個變量變 化很少，而COT可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié);另外COT熱電偶由于局部結(jié)焦，導(dǎo)致 測量值與實(shí)際值存在較大偏差（ 30℃～40℃）可以考慮在分析儀和采樣分 析相結(jié)合。

1.2? 優(yōu)化燒焦控制方案

裂解爐燒焦操作是完全耗能工況，在燒焦過程中需要消耗大量稀釋 蒸汽、工業(yè)風(fēng)、燃料氣等能源，通過合理控制裂解爐，減少裂解爐燒焦次 數(shù);優(yōu)化裂解爐燒焦方案，縮短裂解爐燒焦時間，到達(dá)節(jié)省裂解爐燒焦過 程中的能量消耗目的。乙烯裝置裂解爐爐管內(nèi)由于長時間裂解反應(yīng)會產(chǎn)生 一層焦，阻止熱量傳遞，再加上裂解反應(yīng)本身是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，結(jié)焦后，反 應(yīng)溫度達(dá)不到要求，而降低乙烯收率，影響裂解爐爐管性能;故要將所結(jié) 的焦燒掉;大量燒焦實(shí)踐證明，燒焦過程是完全耗能的過程;可采取改良 燒焦控制方案措施實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗;改良燒焦控制方案時，應(yīng)充分考慮裂解 深度、稀釋比、燒焦次數(shù)、垢度結(jié)售速度、氣流量，空氣流速及燒焦溫度 等對裂解爐燒焦效率的影響，對不同類型裂解爐燒焦工藝特點(diǎn)做深入分析 并進(jìn)行合理優(yōu)化，以SRT-IV型裂解爐為例，燒焦前一日燒焦溫度過高，會 使大量焦垢從爐管內(nèi)壁脫落，導(dǎo)致爐管堵塞，溫度過高也易使?fàn)t管局部累 積大量熱量，導(dǎo)致爐管被燒壞，嚴(yán)重時可導(dǎo)致爐管被燒穿;燒焦前期應(yīng)將 溫度控制在相對較低范圍內(nèi)，提高稀釋蒸汽流量及裂解系統(tǒng)整體熱容量;? 燒焦過程中，遵循適量、穩(wěn)定及循序漸進(jìn)原則，逐步提高爐管內(nèi)氧氣流量 與燒焦溫度參數(shù);觀察爐管表面溫度變化及爐管狀態(tài)，使用紅外測溫儀以 每兩刻鐘一次頻率、以層級爐管最高溫度為標(biāo)準(zhǔn)檢測爐管表面溫度，防止 出現(xiàn)燒壞爐管現(xiàn)象;輻射段爐管表面溫度過高時，通過調(diào)整爐管內(nèi)空氣 量、稀釋蒸汽量及調(diào)節(jié)火候等手段控制其表面溫度，全面清理輻射段爐管 焦垢;燒焦結(jié)束后，對爐管內(nèi)燒焦氣采樣分析，對分析結(jié)果進(jìn)一步改良燒 焦控制方案。

1.3? 提高裂解爐熱效率排煙溫度

（ 1 ）降低排煙量和排煙溫度可以降低排煙損失。不可無限制下調(diào)帶 排煙機(jī)爐子，煙氣露點(diǎn)溫度為排煙溫度下限;若排煙溫度低于煙氣中酸性 氣體露點(diǎn)溫度，將出現(xiàn)對流段爐管腐蝕問題;在降低排煙溫度時，必須考慮煙氣中酸性氣體露點(diǎn)溫度，此溫度取決于燃料中的硫含量;為防止對流 段發(fā)生腐蝕，需提高對流段爐管材質(zhì)等級或需對燃料含硫量嚴(yán)格限制;降 低排煙溫度主要措施有改良對流段設(shè)計(jì)，包括增大傳熱面積、增加對流段 管束、縮短對流段爐管與爐墻距離等;定期吹掃對流段爐管外表積灰，降 低過?？諝庀禂?shù)也很重要。（ 2 ）控制過?？諝庀禂?shù)。過?？諝庀禂?shù)大多 是影響熱效率的主要因素，頂嘴用于降低空氣過剩系數(shù)和提高裂解爐熱效 率;增大過?？諝饽鼙ＷC燃料完全燃燒，相同排煙溫度下，排煙熱損失加 大，裂解爐熱效率相應(yīng)降低;在保證燃料完全燃燒前提下，降低過?？諝?系數(shù)也是提高裂解爐熱效率的措施之一。（ 3 ）加強(qiáng)絕熱保溫。爐墻散熱 受傳熱溫差、環(huán)境溫度、風(fēng)速等因素影響;廠區(qū)內(nèi)環(huán)境溫度與風(fēng)速是不可 控因素，能改善的是加強(qiáng)保溫，減少散熱溫差;為減少爐體熱損失，對保 溫材料及保溫設(shè)計(jì)進(jìn)行改良，如選用優(yōu)質(zhì)保溫材料，增加保溫層厚度。

1.4? 實(shí)施新型節(jié)能技術(shù)

（ 1 ）燃燒空氣預(yù)熱技術(shù)?？諝馊紵A(yù)熱最常用的方式主要是通過利用 熱源和煙道氣體燃燒排煙余熱法進(jìn)行燃燒空氣的預(yù)熱，最近開始有研究利 用廢棄的低壓蒸汽、中壓蒸汽凝液或急冷水等介質(zhì)燃燒空氣進(jìn)行預(yù)熱燃燒 空氣，節(jié)能環(huán)保效果顯著。

（ 2 ）爐管強(qiáng)化傳熱技術(shù)。開發(fā)強(qiáng)化裂解改善爐管的技術(shù)強(qiáng)化傳熱后裂 解技術(shù)具有重要實(shí)際應(yīng)用意義;直接加強(qiáng)爐管強(qiáng)度和傳熱穩(wěn)定性，從而提 高裂解爐傳熱穩(wěn)定度和效率，節(jié)省了燃料的消耗，強(qiáng)化傳熱后的裂解技術(shù) 爐管內(nèi)的熱流動狀態(tài)可以得到改善;直接使裂解爐在加熱過程產(chǎn)物的質(zhì)量 和選擇性有所提高;由于強(qiáng)化傳熱后的改善，爐管傳熱管壁溫度有顯著降 低，有利于延長傳熱后裂解爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)周期。

（3 ）風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)。目前國內(nèi)外很多鍋爐裂解處理裝置都采用變頻電 機(jī)技術(shù)替代普通電機(jī)，完全取消了煙道的風(fēng)擋板，由于變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速直接 通過電壓調(diào)節(jié)并控制電機(jī)爐負(fù)壓;采用變頻電機(jī)不僅啟動電流低，正常運(yùn) 轉(zhuǎn)時比普通電機(jī)能節(jié)電30%-40%，實(shí)際完全采用380v的低壓變頻電機(jī)。

（4 ）裂解爐與燃?xì)庹羝啓C(jī)的聯(lián)合空氣裂解技術(shù)。采用燃?xì)廨啓C(jī)裂解 爐與高溫燃?xì)饬呀廨啓C(jī)進(jìn)行聯(lián)合的解決方案是，燃料氣先直接進(jìn)入裂解爐 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電，? 產(chǎn)生450℃-550℃的高溫裂解爐燃?xì)猓? 再直接送入高 溫裂解爐輪機(jī)作為助燃的空氣;由于燃?xì)饬呀廨啓C(jī)的燃燒室中裂解爐的燃 料燃燒所用的富氧和過剩裂解爐空氣的富氧系數(shù)一般為3-4，因此，燃?xì)廨?機(jī)裂解爐排出的富氧和高溫裂解爐燃?xì)庵懈谎跛械哪芰亢腕w積為富氧 分?jǐn)?shù)13%-15%的高溫富，將排出的高溫富氧和過剩燃?xì)庾鳛楦邷亓呀鉅t的 助燃空氣，還可以使燃?xì)廨啓C(jī)裂解爐起到很強(qiáng)的功能燃燒于裂解爐空氣預(yù) 熱器的作用，?同時使燃?xì)廨啓C(jī)裂解爐排氣的高溫燃燒能量也得以充分的綜 合利用，還會使裂解爐高溫燃料能量的消耗大幅度下降。

2 結(jié)語

在石油化工中，乙烯是非常重要的基本原料，通常是通過管式爐烴類 熱裂解的方式來生產(chǎn)的，而乙烯裂解爐在乙烯裝置中是非常核心的部分，? 如果操作不當(dāng)，則有可能出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象;因此，對乙烯裝置裂解爐爐 管結(jié)焦情況進(jìn)行分析，提出抑制乙烯裝置裂解爐爐管結(jié)焦的措施，對于提 高乙烯的產(chǎn)量和延長裂解爐的運(yùn)行周期等有著重要影響。

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