芳烴聯(lián)合裝置重沸爐烘爐新方法工業(yè)實(shí)踐

李宏恩

(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

0 引言

中海石油寧波大榭石化有限公司(簡稱“大榭石化”)新建一套1.6 Mt/a 芳烴聯(lián)合裝置，采用美國LUMMUS 公司的兩段重漿化結(jié)晶分離PX 專有技術(shù)，裝置以抽提裝置的混合二甲苯、歧化裝置的C8+ 芳烴、重整氫等為原料，生產(chǎn)對二甲苯、含苯輕烴、C9/C10 芳烴、重芳烴以及燃料氣等產(chǎn)品。

芳烴聯(lián)合裝置由異構(gòu)化及二甲苯分餾單元、結(jié)晶單元、制冷單元、冷火炬系統(tǒng)以及界區(qū)內(nèi)配套的公用工程設(shè)施組成。該裝置共有2 臺加熱爐，其中1 臺二甲苯塔重沸爐F402 采用單面輻射和雙排雙面輻射組合立管立式爐，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為63 MW，由中石化洛陽工程有限公司設(shè)計(jì)，江蘇東方成套設(shè)備制造集團(tuán)有限公司制造及現(xiàn)場安裝，于2022 年10 月安裝完成，準(zhǔn)備烘爐工作。

一般煉廠的重沸爐烘爐的傳統(tǒng)方案是使用蒸汽作為烘爐介質(zhì)，在爐出口設(shè)置蒸汽放空消音器。在烘爐過程中，蒸汽放空導(dǎo)致現(xiàn)場噪音大，蒸汽浪費(fèi)，開工成本增加[1]。隨著裝置規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)的蒸汽烘爐方案經(jīng)濟(jì)性非常差，且爐出口溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常生產(chǎn)時(shí)的溫度控制，已不能滿足烘爐需要，烘爐效果也會受到影響[2]。

個(gè)別煉廠為了節(jié)約開工成本、保證烘爐效果，以油運(yùn)物料作為保護(hù)介質(zhì)，采用烘爐和熱油運(yùn)相結(jié)合的方法，但對新建裝置首次開工來說，該方法危險(xiǎn)系數(shù)非常高，沒有被廣泛使用[3]。

通過對不同烘爐方法的對比分析，大榭石化芳烴聯(lián)合裝置采用低壓除氧水作為爐管保護(hù)介質(zhì)，并與二甲苯分餾系統(tǒng)熱水聯(lián)運(yùn)相結(jié)合，取得了不錯(cuò)的效果。

1 二甲苯分餾系統(tǒng)熱水聯(lián)運(yùn)工藝流程

二甲苯回收塔的主要作用是從異構(gòu)化反應(yīng)產(chǎn)物和歧化裝置而來的C8+ 芳烴進(jìn)料中分離出燃料氣、含苯輕烴、混合二甲苯、C9/C10 芳烴和重芳烴，混合二甲苯作為結(jié)晶單元的進(jìn)料，含苯輕烴、C9/C10 芳烴，送回歧化裝置做原料。

自芳烴聯(lián)合裝置結(jié)晶單元而來的貧對二甲苯的C8 芳烴進(jìn)入異構(gòu)化進(jìn)料罐(TK-401)，經(jīng)異構(gòu)化進(jìn)料泵(P-401)升壓并通過開工跨線送至二甲苯回收塔(T-401)，塔頂氣相經(jīng)過二甲苯回收塔頂熱媒水換熱器(E-406)換熱冷卻，再通過塔頂空冷器(A-402)冷凝后進(jìn)入二甲苯回收塔回流罐(V-404)，V-404 補(bǔ)入低壓除氧水，通過回流泵(P-402)升壓后送回T-401。自T-401 第29 層塔盤下方抽出一股液相C8 芳烴，經(jīng)T-401 側(cè)線采出泵(P-405)升壓后，經(jīng)過結(jié)晶進(jìn)料熱媒水換熱器(E-505)和結(jié)晶進(jìn)料空冷器(A-501)冷卻后，返回送至TK-401。T-401 底部產(chǎn)物是重芳烴，大部分經(jīng)二甲苯回收塔重沸爐泵(P-403)升壓后送至二甲苯回收塔再沸爐(F-402)加熱重沸后返回塔釜，另外一部分經(jīng)P-403 最小回流線直接返回T-401。二甲苯回收塔熱水聯(lián)運(yùn)工藝流程簡圖如圖1 所示。

圖1 二甲苯回收塔熱水聯(lián)運(yùn)工藝流程圖

2 二甲苯回收塔重沸爐烘爐前情況分析

2.1 二甲苯回收塔重沸爐概況

二甲苯回收塔重沸爐采用單面輻射和雙排雙面輻射組合立管立式方爐，該爐采用雙對流室結(jié)構(gòu)，介質(zhì)從對流段上部進(jìn)入加熱爐，經(jīng)對流段加熱后進(jìn)入輻射段加熱。輻射段爐襯采用陶瓷纖維毯+納米板+整體陶瓷纖維模塊結(jié)構(gòu)，對流段襯里采用陶瓷纖維板+高強(qiáng)低導(dǎo)澆注料。

重沸爐設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為63 MW，操作熱負(fù)荷為52.5 MW，正常生產(chǎn)時(shí)爐管內(nèi)介質(zhì)為重芳烴，對流段入口溫度為273.1 ℃，壓力為0.453 MPa，輻射段出口溫度為276.2 ℃，壓力為0.253 MPa，介質(zhì)流量為1 278 t/h。

2.2 烘爐和熱水聯(lián)運(yùn)目的

新建加熱爐的爐襯采用高強(qiáng)低導(dǎo)澆注料以及耐火磚筑砌，在工程施工過程中不可避免地帶入系統(tǒng)中，通過烘爐，脫除加熱爐耐火材料中所含的自然水和結(jié)晶水，提高耐火材料的強(qiáng)度，延長使用壽命，避免在生產(chǎn)過程中因爐膛溫度急劇升高，引起水大量汽化而造成爐墻、襯里龜裂或變形。同時(shí)，通過烘爐可以評估結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量、加熱爐燃燒系統(tǒng)燃燒器及各附件的使用效果、爐管在熱狀態(tài)下的性能、加熱爐儀表控制系統(tǒng)性能等，使操作人員進(jìn)一步熟悉加熱爐的操作。

烘爐與熱水聯(lián)運(yùn)結(jié)合起來一起進(jìn)行，更容易清除容器或管道內(nèi)殘存一些焊渣、鐵銹等雜質(zhì)，進(jìn)一步?jīng)_洗貫通設(shè)備、管線，保證暢通無阻、密封不漏，確保容器或管道內(nèi)在進(jìn)油開工后保持潔凈。同時(shí)，進(jìn)一步考驗(yàn)機(jī)泵、塔、容器、換熱器等設(shè)備的機(jī)械性能與施工質(zhì)量、技術(shù)性能以及聯(lián)運(yùn)一致性，考驗(yàn)相應(yīng)儀表測量精確度和調(diào)節(jié)靈活性，檢查水、電、風(fēng)、氮?dú)獾认到y(tǒng)的可靠性。操作人員應(yīng)熟練掌握工藝流程及設(shè)備操作，檢驗(yàn)DCS 系統(tǒng)性能，學(xué)習(xí)DCS 操作，進(jìn)行崗位實(shí)操練兵。

2.3 低壓除氧水作為烘爐介質(zhì)的可行性分析

2.3.1 烘爐曲線

二甲苯回收塔重沸爐廠家提供的理論烘爐曲線如圖2 所示。由圖2 可知，烘爐時(shí)F-402 爐膛最高溫度為500 ℃，而正常操作時(shí)裝置在100% 負(fù)荷時(shí)，爐膛設(shè)計(jì)溫度為790 ℃。一般來說，烘爐時(shí)的加熱爐熱負(fù)荷應(yīng)遠(yuǎn)低于正常操作時(shí)的熱負(fù)荷，在討論分析烘爐方法時(shí)，首先要確定烘爐在最高溫度時(shí)的熱負(fù)荷即烘爐的最大熱負(fù)荷，在最大烘爐熱負(fù)荷能滿足要求情況下，烘爐方法才切實(shí)可行。F402 烘爐時(shí)的最大熱負(fù)荷為：52.5×500÷790 =33.23 MW。

圖2 F-402 理論烘爐曲線

2.3.2 低壓除氧水作為烘爐介質(zhì)可行性

二甲苯回收塔操作壓力0.13 MPa，水汽化溫度理論在124 ℃左右。二甲苯回收塔壓力控制在 0.10 ～0.20 MPa 之間，二甲苯回收塔底溫度控制在125 ℃以下，可保證塔內(nèi)除氧水不汽化。隨著F-402 烘爐溫度不斷上升，塔釜除氧水的溫度會不斷升高并接近125 ℃，如果能通過除氧水有效帶走烘爐產(chǎn)生的熱量，那么就能保證烘爐的正常進(jìn)行。重沸爐的循環(huán)動(dòng)力來自重沸爐泵，設(shè)置了三臺重沸爐泵，每臺額定流量1 075.7 m3/h，揚(yáng)程99 m，允許汽蝕余量7 m，設(shè)計(jì)介質(zhì)溫度273.8 ℃，介質(zhì)密度743 kg/m3。烘爐期間加熱爐最大熱負(fù)荷為33.23 MW，折合熱負(fù)荷為119 628 MJ/h。為保證烘爐水不汽化，并預(yù)留部分余量，以水溫由46 ℃升至100 ℃計(jì)算，所需的循環(huán)量為527 t/h。查詢重沸爐泵的性能曲線，并計(jì)算該泵有效功率為142 kW，其軸功率為212 kW，小于該泵設(shè)計(jì)軸功率(269.4 kW)，因此即使在烘爐的最高溫度階段，重沸爐泵也可滿足使用要求。

二甲苯回收塔側(cè)線抽出的結(jié)晶進(jìn)料熱媒水換熱器(E-505)和結(jié)晶進(jìn)料空冷器(A-501)的設(shè)計(jì)最大熱負(fù)荷分別為18.60 MW、26.77 MW，總的熱負(fù)荷為45.37 MW，大于烘爐期間最大熱負(fù)荷(33.23 MW)，烘爐產(chǎn)生的熱量可通過E-505 和A-501 帶走，理論上滿足烘爐要求。

2.3.3 烘爐和熱水聯(lián)運(yùn)工藝流程情況

芳烴聯(lián)合裝置根據(jù)低壓除氧水作為烘爐介質(zhì)的可行性分析，進(jìn)一步完善了烘爐工藝流程，即在二甲苯回收塔重沸爐泵P-403 出口的最小回流線上增設(shè)臨時(shí)跨線，跨至T-401 側(cè)線抽出泵P-405 出口，見圖1 中加粗線處，可充分利用E-505、A-501 帶走烘爐產(chǎn)生的熱量。按照二甲苯分餾系統(tǒng)熱水聯(lián)運(yùn)工藝流程，在TK-401 和T-401 回流罐設(shè)置低壓除氧水臨時(shí)補(bǔ)水線，這樣整個(gè)烘爐的工藝流程合理，并與熱水聯(lián)運(yùn)的工藝流程緊密結(jié)合。

3 低壓除氧水作為烘爐介質(zhì)的工業(yè)實(shí)踐

3.1 烘爐及熱水聯(lián)運(yùn)過程

芳烴聯(lián)合裝置在烘爐之前，已對烘爐涉及的設(shè)備、工藝管道進(jìn)行了沖洗，已脫除大部分機(jī)械雜質(zhì)，并對參與烘爐的人員進(jìn)行技術(shù)方案培訓(xùn)和交底。2022 年12 月10 日，二甲苯回收塔回流罐V404 開始補(bǔ)入低壓除氧水，待V-404 液位達(dá)到80% 時(shí)，啟動(dòng)P-402 向T401 注水，同步向異構(gòu)化進(jìn)料罐補(bǔ)水，待液位達(dá)到50% 后，啟動(dòng)異構(gòu)化進(jìn)料泵P-401 通過開工跨線向二甲苯回收塔補(bǔ)水，集液槽液位達(dá)到60% 后，啟動(dòng)P-405 經(jīng)異構(gòu)化進(jìn)料換熱器殼程跨線、異構(gòu)化冷分離器底液加熱器殼程跨線、E-505、A-501 冷卻至40 ℃后，通過開工線循環(huán)回至TK-401，建立熱水聯(lián)運(yùn)循環(huán)流程，循環(huán)量維持在245 t/h。待T-401 塔釜液位達(dá)到80% 后，啟動(dòng)重沸爐泵P-403，建立加熱爐烘爐循環(huán)流程，并將T-401 液位控制在80%；通過V-404 頂部氮?dú)饩€增壓，控制T-401 頂壓力在0.13 MPa。

待熱水聯(lián)運(yùn)工藝流程中各設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，液位、流量等儀表控制系統(tǒng)趨于穩(wěn)定后，于12 月13 日點(diǎn)爐，F(xiàn)-402 爐膛以不大于11 ℃/h 的速度升溫至120 ℃，恒溫24 h，以去除磚襯泥漿及澆注料中的游離水，并監(jiān)測記錄爐膛溫度，檢查設(shè)備管線、支吊架、管線支架、熱電偶、耐火磚、襯里等設(shè)備狀況，升溫后啟動(dòng)A-501 空冷器風(fēng)機(jī)和水泵，控制復(fù)合空冷冷后溫度小于46 ℃；F-402 爐膛以20 ℃/h 升溫，15 日升溫至350 ℃，恒溫24 h，以去掉結(jié)晶水。通過控制燃料氣量保證爐膛溫度穩(wěn)定在350 ℃左右。350 ℃下恒溫脫水完畢后，F(xiàn)-402 按15 ℃/h 繼續(xù)升溫，17 日升溫至500 ℃，再恒溫15 h 以去掉自由態(tài)的氫、氧，充分燒結(jié)，達(dá)到泥漿及澆注料的固化；在爐膛500 ℃恒溫的過程中，輻射室出口部分爐管出現(xiàn)震動(dòng)現(xiàn)象，原因是除氧水流量波動(dòng)導(dǎo)致少量水汽化造成管線沖擊，采取的措施為穩(wěn)定各路爐管流量，同時(shí)在T-401 補(bǔ)充少量低溫除鹽水置換，可使?fàn)t管震動(dòng)逐漸消失。爐膛500 ℃恒溫結(jié)束后，以不大于30 ℃/h 的速度開始降溫，逐步切斷燃料氣，12 月19 日烘爐結(jié)束。整個(gè)烘爐過程較為平穩(wěn)，安全受控。

3.2 烘爐效果

烘爐期間，爐膛溫度變化趨勢如圖3 所示，實(shí)際烘爐曲線和理論曲線基本吻合。爐出口最高溫度為124 ℃，遠(yuǎn)低于正常運(yùn)行時(shí)的276 ℃，滿足SH/T 3115—2000《石油化工管式爐輕質(zhì)澆注料襯里工程技術(shù)條件》規(guī)定的允許最高爐出口溫度不超過350 ℃的要求。烘爐過程中，重沸爐泵P-403 運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生汽蝕抽空現(xiàn)象。

圖3 F-402 實(shí)際烘爐曲線

烘爐結(jié)束后，打開F-402 爐膛及對流室進(jìn)行檢查，爐管支架正常，襯里良好，沒有出現(xiàn)龜裂情況。通過烘爐期間各階段支、吊架的記錄情況看，彈簧支、吊架的安裝標(biāo)高與彈簧工作載荷以及活動(dòng)支架的位移方向、位移值均符合設(shè)計(jì)文件的規(guī)定。

打開T-401 各人孔對塔內(nèi)部進(jìn)行檢查，塔盤良好，沒有出現(xiàn)脫落情況，塔盤較為干凈，僅在塔釜封頭底部出現(xiàn)少量銹泥，從后期裝置油運(yùn)及投料來看，各機(jī)泵運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)過濾器堵塞情況，說明烘爐和熱水聯(lián)運(yùn)結(jié)合，達(dá)到了良好效果。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益情況分析

大榭石化所用蒸汽來自化工園區(qū)其他企業(yè)，若采用常規(guī)1.0 MPa 蒸汽烘爐的方法，按照理論烘爐曲線核算，1.0 MPa 蒸汽消耗量共計(jì)消耗約1.86 萬t。2022 年大榭石化外購1.0 MPa 蒸汽均價(jià)為265 元/t，采用蒸汽烘爐方法經(jīng)濟(jì)核算約為493 萬元。芳烴聯(lián)合裝置烘爐介質(zhì)采用自產(chǎn)的低壓除氧水，價(jià)格低廉，相對蒸汽價(jià)格可忽略不計(jì)，因此新烘爐方法大幅降低了開工成本。

4 結(jié)語

大榭石化芳烴聯(lián)合裝置二甲苯回收塔重沸爐采用低壓除氧水作為烘爐介質(zhì)的新型烘爐方法，完善了烘爐工藝流程，烘爐與分餾系統(tǒng)的熱水聯(lián)運(yùn)工作同步開展。經(jīng)過工業(yè)實(shí)踐，烘爐和熱水聯(lián)運(yùn)工作取得了良好效果，大幅度減少了開工蒸汽耗量，降低了開工成本，經(jīng)濟(jì)效益和安全效益顯著。