徐博宇
抚顺石化公司乙烯化工厂
摘要：某石化公司600kt/a乙烯装置于2012年9月建成投产，采用美国S＆W公司的USC192U型和8M型管式裂解炉技术。设计以循环C2/C3、轻烃、碳四、加氢碳五、石脑油、加氢裂化尾油为裂解原料，共7台裂解炉，其中EF3110炉为气相炉，EF3120～EF3170为液相炉，EF3120和EF3130炉的B室也可裂解循环乙丙烷原料。裂解炉是乙烯装置的能耗最大用户，其能耗占装置总能耗的50%以上。因此，研究如何优化裂解炉运行措施，对乙烯装置节能降耗至关重要。
关键词:乙烯装置；裂解炉；节能降耗；措施
引言
随着乙烯装置裂解炉辐射段炉管扭曲片技术大面积推广，裂解原料质量逐步改善，装置生产技术管理水平提高，裂解炉运行周期逐渐延长。从统计数据看，中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司(以下简称镇海炼化)乙烯装置裂解炉，无论裂解石脑油、加氢尾油或丙烷、乙烷等原料，其运行周期均可达120d以上。运行周期延长可以提高装置利用率，促进装置整体产能提高，但在运行的末期，裂解炉辐射段炉管、急冷锅炉内部结焦厚度增加，传热效率下降，相同投料量情况下所需燃料量增加，超高压蒸汽产量减少，能耗增加。下文对重质裂解炉一个完整生产运行周期中的能耗进行分析，结合烧焦过程计算，研究运行周期的长短对装置总能耗的影响。
1蒸汽能耗偏高原因分析
1.1裂解炉产汽率低
从裂解炉出来的高温裂解气，通过急冷锅炉迅速降低温度而终止二次反应，急冷锅炉内冷却表面与裂解气接触，逐渐就会覆盖上一层类似聚合物的沥青质，从而形成一层焦炭。这类沉积物是由于裂解气中少量烃在冷却内表面冷凝而形成的，这种逐渐形成的焦垢带来的影响就是使裂解气与套管内的锅炉给水换热效果变差，从而使得急冷锅炉出口裂解气温度升高，超高压蒸汽发生量降低，重质裂解炉尤其明显。作为裂解原料的柴油中含有较高的芳烃组分，其沸点较高，在急冷锅炉中这些高沸点组分冷凝在传热管内壁，缓慢进行脱氢缩聚反应，逐渐重质化，进而变成焦油状或焦炭状的物质，随着裂解炉运行时间增加，重质炉产汽率下降明显，上线初期，裂解炉产汽率在106%左右，末期下降至87%。
1.2稀释蒸汽发生器换热效率下降
乙烯装置废气主要包含7台裂解炉正常运行及备用情况下烟道气以及裂解炉烧焦时的烧焦气，向大气主要排放NOx、CO、二氧化硫及大颗粒杂物等，影响空气VOCs含量。其次是拱顶罐区呼吸阀向大气泻放油气或密封面泄漏等。废水主要包含稀释蒸汽罐排污、超高压蒸汽罐的连续排污、超高压蒸汽罐和急冷锅炉的间歇排污、裂解炉取样水等，主要去向是通过废水收集池外送。废渣排放主要包括裂解炉烧焦时产生的焦粒、从便携式高压水力清焦水分离器清出的焦粒、废碱、油泥、从急冷油过滤器清出的焦粒以及废旧三剂等，目前主要通过收集固体废物运往工业废物焚烧炉焚烧、预处理等。
1.3抽凝比偏低，蒸汽利用率低
裂解气压缩机透平（进汽S100，抽汽S14）、乙烯制冷压缩机透平（进汽S40，抽汽S3）和丙烯制冷压缩机透平（进汽S100，抽汽S19）均为抽汽凝汽式，透平的进汽量受压缩机负荷、投料量负荷、投料模式、原料组成等因素影响，其抽汽量不但受机组透平效率影响而且受蒸汽管网平衡制约。由于受热电厂S100外送能力限制，导致裂解气压缩机透平及丙烯制冷压缩机透平抽汽量未达设计值，抽汽量偏低，2台汽轮机的运行效率降低，导致蒸汽能耗偏高。
2乙烯装置裂解炉节能降耗措施
2.1重质原料炉急冷锅炉水力清焦
当选择加氢裂化尾油原料裂解时，辐射盘管出口温度较低，原料中含有的一定量芳烃及裂解过程中所生成的芳烃在裂解炉中进一步反应，生成高沸点物质，在急冷锅炉管程表面冷凝缩聚结焦。随着急冷锅炉结焦程度不断加深，换热效果不断变差，裂解炉产汽率下降明显。通过定期对裂解炉急冷锅炉内管进行水力清焦，保障了急冷锅炉的换热效率。清理后同等负荷下裂解炉产汽提高3t/h，急冷锅炉出口温度降低50℃左右，有效延长了裂解炉运行周期，降低了装置蒸汽消耗。
2.2优化裂解炉烧焦曲线
裂解炉能耗约占装置总能耗的80%。随着裂解炉在线运行延长，其炉管内壁结焦加重，裂解炉需进行在线烧焦。烧焦时既产生了大量的能耗、物耗，又直接增加了裂解炉炉管等设备的损耗。为降低裂解炉烧焦时能耗，采用缩短裂解炉的烧焦时间、降低烧焦期间稀释蒸汽消耗量及提高工业风用量等措施来提高裂解炉的烧焦质量。降低烧焦末期稀释蒸汽消耗量E3装置通过优化烧焦过程减小烧焦期间稀释蒸汽的消耗来降低蒸汽能耗。以往烧焦末期各路稀释蒸汽量为5t/h，经优化后降至4t/h，1次烧焦，可减少外补中压蒸汽25.5t，可降低能耗24.26MJ/t。
2.3缩短裂解炉低温烧焦时间，提高烧焦温度
裂解炉切出系统后，蒸汽清焦2h，防止烧焦初期燃烧反应较为剧烈造成炉管超温。在反应可控的前提下，将烧焦反应起始温度控制在830℃，将烧焦末期温度由900℃提至910℃。在烧焦过程中，监控裂解炉炉管表面温度不超过1000℃(设计温度1125℃)，横跨段温度不超过730℃(设计温度760℃)。
2.4裂解炉产汽率优化
裂解炉产汽率受原料品质、投料负荷、裂解炉热效率等因素影响，其中SLE的换热效果对裂解炉产汽率起到关键作用。提高SLE换热效果可提高裂解炉产汽率，降低蒸汽外补量，降低装置能耗。裂解炉辐射段只吸收燃料总放热量的40%~45%，剩余热量由对流段吸收，其换热效果由排烟温度表征。排烟温度越低，换热效果越好。对流段回收热量主要用于2方面：（1）将裂解原料预热；（2）预热锅炉给水和过热超高压蒸汽。锅炉给水预热段的引入是为了配合裂解气急冷锅炉急冷，不但可以回收较低品位烟气的热量，而且可以提高急冷锅炉发生超高压蒸汽的产量。
2.5减少火炬排放
碳二、碳三反应器(Ｒ－401/402)切换过程中会大量放火炬从而造成能耗、污染增大。以往乙炔反应器切换时放火炬时间在1．5～2．0h，2018年优化措施实施后，放火炬时间缩短0．57h，减少碳二损失20t。具体优化措施:1)乙炔反应器切换前，安全生产组组织工艺组、设备组讨论方案，模拟操作，杜绝不可控情况发生。2)提前组织员工对操作模拟熟悉，同时安排各装置有经验岗位休息人员现场加强，缩短装置火炬排放时间。
2.6优化蒸汽平衡
蒸汽系统是乙烯装置能源消耗的重要组成，蒸汽平衡系统的优化调整和高效运行，对乙烯装置降低能耗、提高能效、增加收益具有重要作用。乙烯装置蒸汽来源有裂解炉和其它蒸汽发生设备，不足部分由乙烯装置配套的热力站补足。蒸汽通过管网送至乙烯装置各用汽设备，用以加热工艺介质，驱动透平机泵以及用来伴热、吹扫和采暖等。在使用过程中，工艺凝结水和透平凝结水经检测和处理后与补充脱盐水回到除氧器［2，3］。装置有5个压力等级的蒸汽管网，分别是超高压蒸汽SS，高压蒸汽HS，次高压蒸汽LHS，中压蒸汽MS，和低压蒸汽LS。通过在裂解气压缩机EC3301、丙烯压缩机EC-3351和乙烯压缩机EC-3341上使用抽汽/凝液式透平，若干台重要机泵采用透平与电机驱动的组合，蒸汽总管压力由减温减压器参与控制，使乙烯装置蒸汽的供需平衡。
结束语
乙烯装置蒸汽系统能耗高的问题主要是重质裂解炉产汽量低、蒸汽管网利用率低、裂解炉烧焦及裂解气再生时蒸汽消耗量过大等因素导致。通过急冷锅炉水力清焦和操作优化提高了裂解炉产汽量，通过增加机组抽凝比提高蒸汽利用率，通过裂解炉烧焦及裂解气干燥器再生优化等措施，降低装置蒸汽能耗，节能效果明显。
参考文献
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