淺析干氣制乙苯裝置加熱爐運(yùn)行現(xiàn)狀及改進(jìn)措施

劉杰

（中國(guó)石油大慶煉化分公司，黑龍江 大慶 163000）

大慶煉化公司10 萬噸/年干氣制乙苯裝置，以催化干氣為原料，采用DICP（中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所）催化干氣制乙苯第三代技術(shù)，為氣相稀乙烯法制乙苯工藝，由原中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司撫順分公司設(shè)計(jì)，裝置于2009 年6 月首次開車成功。

1 裝置加熱爐簡(jiǎn)介

乙苯裝置3 臺(tái)管式加熱爐均為立式圓筒爐，分別是循環(huán)苯加熱爐F201、苯塔底重沸爐F401、再生氣加熱爐F501。其中，F(xiàn)201 和F401 連續(xù)投運(yùn)，F(xiàn)501 僅在裝置固定床反應(yīng)器催化劑再生和換劑燒焦期間投用，為間歇運(yùn)行。F201、F401 均為輻射室-對(duì)流室雙室爐，設(shè)有煙氣-空氣預(yù)熱形式的余熱回收系統(tǒng),設(shè)計(jì)熱負(fù)荷分別為3.726MW、28.07MW。F501 為純輻射爐，無余熱回收系統(tǒng)，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為0.71MW。

2 加熱爐F201 容易熄火問題分析及整改措施

2020 年10 月開始，加熱爐F201 時(shí)常發(fā)生爐火突然熄滅事故。由于沒有安裝火焰監(jiān)視系統(tǒng)，無法直接觀察到爐火熄滅過程，只能在熄火后，爐膛氧含量觸發(fā)高報(bào)警，經(jīng)副操現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)，才能判斷加熱爐發(fā)生熄火。這也導(dǎo)致了DCS 監(jiān)盤會(huì)有一定的滯后性，當(dāng)加熱爐氧含量或燃料氣流量出現(xiàn)異常時(shí)，很可能爐火已經(jīng)熄滅了。加熱爐突然熄火成為操作盲區(qū)，無法通過正常的操作調(diào)整等手段來避免出現(xiàn)的異常狀況，導(dǎo)致F201 突然熄火問題得不到有效控制。由于加熱爐F201 突然熄火時(shí)，F(xiàn)401 并沒有發(fā)生熄火且燃燒較穩(wěn)定，因此，排除燃料氣管網(wǎng)組分波動(dòng)、壓力變化或嚴(yán)重帶液等原因。拆卸F201阻火器后檢查，阻火網(wǎng)也沒有出現(xiàn)堵塞的情況。然而，在幾次緊急處理的過程中，有一個(gè)共同的現(xiàn)象，就是燃燒器瓦斯軟管內(nèi)存在或多或少的積液，11 月還在軟管內(nèi)發(fā)現(xiàn)過小冰碴。瓦斯氣中會(huì)含有一定量的飽和水以及烴類蒸氣，進(jìn)入10 月氣溫降低，這些飽和水和烴類蒸氣會(huì)在管道中冷凝成小液滴。F201 的負(fù)荷比F401 要小很多，冷凝的小液體在F401 的瓦斯軟管內(nèi)能夠被大量的瓦斯氣攜帶至燃燒器內(nèi)而被燒掉，而F201 由于瓦斯量過小，冷凝的小液體會(huì)存積在瓦斯軟管內(nèi)，最終導(dǎo)致瓦斯氣供應(yīng)不暢，突然熄火。找到問題原因后，我們將F201 瓦斯管線原熱水伴熱改為蒸汽伴熱，并且全年投用伴熱，提高F201 的瓦斯氣溫度，避免產(chǎn)生凝液。將燃燒器瓦斯軟管全部安裝保溫，避免熱量損失。改造后效果明顯，自2021 年3 月改造完成并投用，至今一直未出現(xiàn)過加熱爐突然熄火事故。

3 加熱爐F401 阻火器經(jīng)常堵塞問題分析及整改措施

由于加熱爐F401 負(fù)荷較大，瓦斯耗量多，瓦斯氣中的炭粉易堵塞主火嘴阻火器過濾網(wǎng)，導(dǎo)致瓦斯氣流通量降低，影響加熱爐正常運(yùn)行，必須立即切換阻火器，并清理堵塞的阻火器。進(jìn)入冬季，阻火器堵塞現(xiàn)象較為明顯。與F201 類似，考慮到冬季氣溫降低后產(chǎn)生凝液，可能堵塞阻火網(wǎng)，將F401 瓦斯管線原熱水伴熱改為蒸汽伴熱，并且全年投用伴熱，提高F401 的瓦斯氣溫度，避免產(chǎn)生凝液。同時(shí)，現(xiàn)阻火器前、后手閥為橫向安裝，瓦斯氣攜帶的雜質(zhì)經(jīng)常落到閥道上，造成閥門關(guān)不嚴(yán)，在拆裝清理阻火器過程，燃料氣泄漏，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)增大（如圖1）。通過改造，將上下兩組阻火器前、后手閥改為豎向，在阻火器前手閥下加三通，阻火器后加導(dǎo)淋，實(shí)現(xiàn)阻火器在線清理（如圖2）?？紤]到F401 阻火器自2009 年建裝置以來，一直未進(jìn)行更換，因此同步更換了新的阻火器。

圖1 F401 阻火器閥組改造前流程圖

圖2 F401 阻火器閥組改造后流程圖

改造后效果明顯，2021 年冬季平均每月清理1 次阻火器，2022 年冬季一直未發(fā)生阻火器堵塞現(xiàn)象。

4 更換加熱爐煙道擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)

乙苯裝置循環(huán)苯加熱爐F201、苯塔底重沸爐F401煙道擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)自2009 年裝置首次開工以來，已連續(xù)使用11 年，一直未進(jìn)行更換。目前存在以下幾個(gè)問題。

（1）定位器老化、易失靈，2020 年F201 出現(xiàn)3 次煙道擋板開度無法自動(dòng)調(diào)節(jié)的現(xiàn)象。由于現(xiàn)在該類型定位器已經(jīng)淘汰，廠家已停止生產(chǎn)，更換定位器及其相關(guān)配件難度增大。

（2）汽缸易卡澀、氣路存在漏點(diǎn)，因汽缸使用時(shí)間長(zhǎng)、腐蝕老化，無法徹底解決漏點(diǎn)和卡澀問題。由于煙道擋板為風(fēng)關(guān)閥，當(dāng)氣路漏風(fēng)嚴(yán)重時(shí)，煙道擋板會(huì)全開，導(dǎo)致爐膛負(fù)壓突然增大，抽滅爐火。

（3）手自動(dòng)切換旋鈕銹蝕嚴(yán)重，無法正常進(jìn)行手自動(dòng)切換。

以上問題，導(dǎo)致加熱爐煙道擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作不穩(wěn)定，存在煙道擋板無法正常調(diào)節(jié)和突然誤動(dòng)作導(dǎo)致加熱爐爐膛負(fù)壓增大，爐火被抽滅的風(fēng)險(xiǎn)。2021 年，對(duì)F201、F401、F501 煙道擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)整體換型（F201一套、F401 兩套、F501 一套，共4 套）。

5 加熱爐安全設(shè)施完善改造

加熱爐燃燒的基本要求是建立和保持穩(wěn)定的燃燒火焰。燃燒不穩(wěn)定不僅會(huì)降低加熱爐的熱效率， 而且會(huì)引起加熱爐爐膛滅火，如處理不當(dāng)引起加熱爐爆燃，造成事故。燃燒器在使用過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生熄火現(xiàn)象，這種現(xiàn)象存在安全隱患，很多時(shí)候，這種安全隱患是由于火焰熄滅、著火滯后或是點(diǎn)火失敗導(dǎo)致的。為了保障煉油裝置管式加熱爐安全運(yùn)行，必須設(shè)置管式加熱爐聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)應(yīng)急管理部制定的《淘汰落后危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)工藝技術(shù)設(shè)備目錄（第一批）》及應(yīng)急廳[2020]38 號(hào)文通知，“燃?xì)饧訜釥t、導(dǎo)熱油爐缺乏火焰監(jiān)測(cè)和熄火保護(hù)系統(tǒng)的，淘汰類型為限制；應(yīng)由帶有火焰監(jiān)測(cè)和熄火保護(hù)的燃?xì)饧訜釥t、導(dǎo)熱油爐替代。根據(jù)中國(guó)石化煉油事業(yè)部編制的《煉油裝置管式加熱爐聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置指導(dǎo)意見》（修訂版）2019 年，“2.15長(zhǎng)明燈燃料氣、主燃料氣、燃料油管線上應(yīng)分別設(shè)置緊急聯(lián)鎖切斷閥”“2.9 長(zhǎng)明燈燃料氣管道上應(yīng)加并聯(lián)過濾器，以保證長(zhǎng)明燈所用的燃料氣中的顆粒小于長(zhǎng)明燈噴嘴口徑的25%”“3.1.1.1 主燃料氣壓力低低聯(lián)鎖。當(dāng)主燃料氣壓力低低時(shí)，聯(lián)鎖切斷主燃料氣，長(zhǎng)明燈燃料氣保持”“3.1.1.2 長(zhǎng)明燈燃料氣壓力低低聯(lián)鎖。當(dāng)長(zhǎng)明燈燃料氣壓力低低，聯(lián)鎖切斷長(zhǎng)明燈燃料氣，原則上應(yīng)同時(shí)切斷主燃料氣。如果企業(yè)長(zhǎng)明燈燃料氣壓力波動(dòng)大，經(jīng)常容易熄滅，企業(yè)應(yīng)開展安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果再?zèng)Q定是否切斷主燃料氣，同時(shí)企業(yè)應(yīng)采取措施穩(wěn)定長(zhǎng)明燈燃料氣壓力”“3.1.5 長(zhǎng)明燈燃料氣、主燃料氣聯(lián)鎖壓力信號(hào)宜按三取二的原則確定”“3.3.1應(yīng)根據(jù)加熱爐爐管內(nèi)冷流介質(zhì)的特性及工藝需求，設(shè)置爐管內(nèi)冷流介質(zhì)流量持續(xù)低低聯(lián)鎖，當(dāng)爐管冷流介質(zhì)流量持續(xù)低低時(shí)，聯(lián)鎖切斷加熱爐主燃料系統(tǒng)，長(zhǎng)明燈保持”“3.3.2 應(yīng)根據(jù)加熱爐爐管內(nèi)冷流介質(zhì)的特性及工藝需求，設(shè)置爐管內(nèi)冷流介質(zhì)溫度高高聯(lián)鎖，當(dāng)爐管冷流介質(zhì)溫度高高時(shí)，聯(lián)鎖切斷加熱爐燃料系統(tǒng)，長(zhǎng)明燈保持”。根據(jù)上述規(guī)范要求，公司設(shè)立“全廠加熱爐安全設(shè)施完善改造”項(xiàng)目，計(jì)劃于2023 年全廠停工大檢修時(shí)施工。其中乙苯裝置加熱爐F201、F401 改造內(nèi)容如表1。

表1

6 加熱爐提效改造

苯塔底重沸爐F401 根據(jù)現(xiàn)有空氣預(yù)熱器出口的溫度189℃，加熱爐熱效率計(jì)算約89.6%，燃料用量2189Nm3/h，反推算加熱爐實(shí)際負(fù)荷占設(shè)計(jì)負(fù)荷的65.5%左右。而設(shè)計(jì)空預(yù)器出口溫度為165℃，說明空氣預(yù)熱器已經(jīng)有部分換熱管束不參與換熱，經(jīng)核算熱管廢熱率大約為35%，且空氣預(yù)熱器由始建投用至現(xiàn)在，并無大修和維護(hù)，空氣預(yù)熱器主體設(shè)備的散熱損失、換熱管腐蝕、管束內(nèi)液體換熱效率衰減等，都制約著余熱回收系統(tǒng)的換熱能力，直接影響排煙溫度，降低了加熱爐效率。為提高加熱爐熱效率，進(jìn)而節(jié)約燃料并減少煙氣的排放，公司設(shè)立“全廠加熱爐提效改造”項(xiàng)目，計(jì)劃于2023 年全廠停工大檢修時(shí)施工。其中乙苯裝置加熱爐F401 改造內(nèi)容如下。供給F401 的燃料氣從分液罐出來進(jìn)入燃料氣預(yù)熱系統(tǒng)，被外部高溫?zé)嵩搭A(yù)熱至約250℃，再進(jìn)入復(fù)合阻蝕劑反應(yīng)器，經(jīng)深度脫硫處理，將燃料氣硫含量降至5ppm（體積比）以下，進(jìn)入加熱爐燃燒器燃燒，配套更新8 臺(tái)低氮燃燒器。由于燃料中硫含量降低，煙氣低溫腐蝕最大限度減低，在滿足煙氣露點(diǎn)溫度的前提下，排煙溫度可降至不大于80℃，加熱爐的熱效率達(dá)到不小于95%。

F401 的高溫?zé)煔鈴膶?duì)流頂端流出后，經(jīng)過高溫段空氣預(yù)熱器HAP，換熱后煙氣溫度降至160℃左右，換熱之后經(jīng)過引風(fēng)機(jī)，出引風(fēng)機(jī)后煙氣進(jìn)入低溫段空氣預(yù)熱器LAP，預(yù)熱燃燒用低溫空氣，與空氣換熱后煙氣溫度降低至≯80℃，通過煙囪排入大氣。燃燒空氣依次經(jīng)過鼓風(fēng)機(jī)、低溫段空氣預(yù)熱器LAP，高溫段空氣預(yù)熱器HAP，與煙氣換熱后進(jìn)入加熱爐燃燒器參與燃燒。通過復(fù)合阻蝕技術(shù)對(duì)燃料氣進(jìn)行精制預(yù)處理，去除燃料氣中的硫化物及含氮化合物，可實(shí)現(xiàn)SO2近零排放，并降低燃料型NOx 的排放。采用燃料氣和空氣雙預(yù)熱系統(tǒng)，使燃燒溫度場(chǎng)更加均勻，可以實(shí)現(xiàn)較低過?？諝庀禂?shù)燃燒，降低熱力型NOx 的產(chǎn)生。燃料氣和空氣雙預(yù)熱系統(tǒng)，保證了燃燒的充分性，降低不完全燃燒的程度。

7 結(jié)語(yǔ)

由于干氣制乙苯裝置建設(shè)時(shí)間較早，在加熱爐設(shè)計(jì)方面，存在一些不足之處，已不能滿足現(xiàn)階段的安全環(huán)保要求。加之隨著設(shè)備服役時(shí)間的增長(zhǎng)，煙道擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)、阻火器等設(shè)備附件老化、失效問題較為突出。對(duì)于這些問題，必須采取有效措施，及時(shí)進(jìn)行整改。由于新技術(shù)的層出不窮，讓加熱爐的熱效率得以進(jìn)一步提高，燃料用量和煙氣排放量降低；低氮燃燒器的改進(jìn)使得煙氣中NOx 含量持續(xù)降低。作為裝置核心設(shè)備的加熱爐，通過提高其運(yùn)行效率和管理水平，對(duì)裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行和提質(zhì)增效具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。