张曦文 周阳 刘梓
抚顺石化公司乙烯化工厂
摘要：某石化公司600 kt/a乙烯装置于2012年9月建成投产，采用美国S&W公司的USC 192U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；节能减排；优化
1 裂解炉COT优化控制
乙烯装置液相裂解炉运行存在靠近两侧端墙部位的炉管出口温度(COT)普遍较低、单根炉管出口温度偏差较大问题，造成各组裂解炉炉管裂解深度不均，结焦速率不一致，炉管易发生堵塞，裂解炉被迫下线烧焦，增加了装置运行能耗。通过运行数据和现场设备设施情况分析，采取以下处理措施:
1.1 风门一致性调整
根据裂解炉的投料量，合理设定各风门开度，保证裂解炉各风门开度一致，使火嘴处于最佳燃烧状态。同时在燃料完全燃烧的基础上，降低过剩空气系数，将过剩空气系数控制在10%左右，进一步提高裂解炉的热效率。
1.2 COT热电偶套管位置调整
通过逐一排查各COT热电偶，保证各热电偶插入角度一致，并调整各热电偶焊接长度，统一各热电偶插入深度，最大限度地减小因安装造成的热电偶测量误差。同时为热电偶更换保温效果更好的粉煤灰保温，尽可能减少热量损失，降低测量误差。
1.3 两侧端墙燃烧器喷枪扩孔改造
对裂解炉燃烧器喷枪进行扩孔改造，通过增加温度较低处燃烧器的燃料气流通面积来减小COT偏差。从2017年10月开始，对裂解炉端头靠近炉壁的燃烧器喷枪进行扩孔改造，将孔径由2.4 mm增大至5 mm 。改造后，各组COT偏差明显缩小，各炉最东、最西2组COT由改造前的810 ℃提高至835 ℃左右，基本接近各炉的COT设定值。
通过以上措施，解决了裂解炉两侧端墙COT偏低及COT偏差较大问题，液相炉各路COT偏差降至5 ℃以内，单根COT的最大偏差由70 ℃以上降至约30 ℃，裂解炉运行稳定，运行平均周期延长至60 d。
2裂解炉烧焦方案优化[2]
2018年乙烯装置检修前，受原料品质差、原料频繁切换等因素影响，裂解炉炉管结焦较开工初期严重，不得不延长裂解炉烧焦时间用以保证烧焦效果，尾油炉平均烧焦时间在60 h以上，轻质原料炉烧焦时间在48 h，对烧焦期间的能耗物耗影响较大。
通过查阅装置设计文件，研究原设计提供的裂解炉操作手册，分析了影响裂解炉烧焦的各种因素，对裂解炉的烧焦操作流程进行深度优化，控制烧焦时间在40 h内，提升装置经济性。
2.1 合理调整裂解炉热场分布，控制合适进风量
裂解炉切出急冷系统后，将裂解炉风门由4.0～4.5格调至2.5格，降低裂解炉进风量，避免裂解烟气携带大量热量至对流段从而导致对流段超温，降低燃料气用量，减少燃料气消耗。
2.2 提高烧焦空气用量[3]
优化前，裂解炉烧焦末期每路烧焦空气用量为5 t/h，无法满足裂解炉烧焦需要。优化后，将烧焦空气量表量程提至7 t/h。烧焦温度稳定后，启动2台空压机，控制空压机出口压力(表)在0.8 MPa左右，烧焦空气量由5 t/h提至6.5 t/h。
2.3 降低稀释蒸汽用量
优化后将烧焦末期的每路稀释蒸汽用量由7 t/h降至4 t/h。
2.4 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2 h，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1 000 ℃(设计温度1 125 ℃)，横跨段温度不超过730 ℃(设计温度760 ℃)。
2.5 烧焦末期稀释蒸汽扰动
液相裂解炉烧焦末期利用8 h时间，加大各路稀释蒸汽用量，对炉管和急冷锅炉进行吹扫扰动，减少焦粉附着。
3 轻质原料炉对流段化学清洗[4]
3.1 清洗前检查
在日常检查维护时，拆检其对流段顶部人孔及各层吹灰门，发现轻质炉EF3120/30/70对流段顶部省煤器预热Ⅰ段及烃预热段盘管结垢较为严重，烟垢呈棕黄色，前期的采样分析结果显示烟垢中含有硫元素，即产生这种现象应该为露点腐蚀。烟垢的产生使得对流段盘管存在垢下腐蚀情况，同样也严重影响其换热效果，造成裂解炉热效率下降。
3.2 清洗准备与实施
3.2.1 清洗前准备
1) 清洗区域搭建硬防护警戒及围挡;2)裂解炉横跨段及地面搭设废液回收设施;3)地面废液回收措施外围铺设沙袋(高30 cm)，作为二级防护，防止后期清洗过程中出现泄漏;4)横跨段搭设防护及废液回收措施;5)悬挂腐蚀挂片(共计12块)。
3.2.2 对流段清洗
裂解炉EF3120对流段化学清洗整体工作持续6 d，药液与脱盐水配比1∶20。
1) 顶层盘管持续进行喷淋清洗;2)对流段各段盘管通过吹灰门处依次清洗(使用90°和45°喷淋喷头);3)通过现场实际清洗效果，配合脱盐水喷淋清洗;4)内窥镜检查，配合处理隐蔽位置的积垢;5)实时监控废液pH值，定期采样并化验分析pH值(6～9)、COD(小于500 mg/L)、油品(小于10 mg/L); 6)废液回收及倒运。
4 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3 t/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。
5 气相炉稀释蒸汽调节阀扩孔改造
以气相炉EF3110为例，该炉设计原料为循环乙丙烷，设计稀释比0.3。由于原设计稀释蒸汽调节阀能力不足流量受限，单路阀门100%全开状态下稀释蒸汽流量仅为0.9～1.0 t/h。受此限制，EF3110炉原料进料量最多仅能达到12.5 t/h，装置过剩的循环乙丙烷只能通过改造流程送至老区裂解炉。
通过对比设计资料与实际运行参数，经核算，对EF3110炉4组稀释蒸汽调节阀进行扩孔改造。改造后调节阀阀后压力降低0.06 MPa，稀释蒸汽操作弹性提升。EF3110炉投料负荷由12.5 t/h提高至13.4 t/h，稀释比由0.3提高至0.33，稀释蒸汽阀门开度由90%～100%降至60%～70%即可满足生产要求，提升了裂解炉加工能力，有效抑制了炉管结焦速度，延长裂解炉运行周期。按气相炉乙烯最低收率40%计算，年设计8 000 h运行周期可增产乙烯(13.4-12.5)×0.4×8 000=2 880 t。
6 结语
通过对乙烯装置裂解炉节能降耗措施的研究与实施，解决了裂解炉运行过程中瓶颈问题，延长了裂解炉运行周期，提高了裂解炉运行效率，降低装置能耗同时提高了乙烯产量，取得了较好的经济效益。
参考文献
[1]潘伟.乙烯装置裂解炉节能降耗措施分析[J].化工设计通讯，2019，45(5):129-130.
[2]孙铁，高培军.乙烯裂解炉的节能降耗措施探讨[J].化工管理，2018(30):186.
[3]刘树青.乙烯装置裂解炉节能降耗措施分析[J].中国化工贸易，2012(3):296.