乙烯装置裂解炉节能降耗

1、ENERGY CONSERVATION AND CONSUMPTION REDUCTION TECHNOLOGY IN ETHYLENE CRACKING FURNACEXIE Xu-Dong CHENG Guang-Hui SONG Jian-Jun中国石化齐鲁烯烃厂Abstract: This article introduces the operation of energy conservation and consumption reduction  in recent years of Ethylene cracking furnace at QILU petr

2、ochemical Co.Ltd.key words: cracking furnace energy conservation and consumption reduction乙烯装置裂解炉节能降耗谢旭东 程广慧 宋建军中国石化齐鲁烯烃厂，淄博，255411摘要：本文综述了齐鲁乙烯装置近年来在裂解炉节能方面所作的工作及取得的进展。关键词：裂解炉；节能乙烯装置的能耗占石油化学工业总能耗的三分之一以上，是化学工业之中能耗最大的装置。裂解炉为乙烯装置的核心,裂解炉的能耗占整个装置的大部分(大于50%)1。乙烯装置中的裂解炉一般由对流段、辐射段和急冷系统3部分构成。反应所需的高位热能是在辐射段通过

3、燃烧器燃烧燃料的方式提供。对流段的目的是回收高温烟气余热,以用来气化原料,并将其过热至横跨温度,送入辐射段进行热裂解;多余的热量用来预热锅炉给水和过热由急冷锅炉系统产生的高压蒸汽。急冷锅炉系统的作用是回收离开辐射段的高温裂解气的能量以产生饱和超高压蒸汽。燃烧热中约42%在辐射段提供反应热和升温,约51.5%在对流段被回收,约1.5%为热损失,其余为排烟损失2。裂解炉的节能正是围绕上述各部分来进行的。本文主要针对齐鲁乙烯装置近年来通过技术改造、新技术应用和精细化管理等措施，降低裂解炉能耗的工作进行简要介绍。1. 裂解炉技术改造，节能降耗对裂解炉进行技术改造，往往是出于扩能、节能及提高原料灵活性等

4、目的。2010年对GK-6（BA-107）进行了整炉裂解气体原料的技术改造，在增提高原料灵活性的同时又降低了能耗。BA-107于2004年采用KTI的专有技术改造为GK-VI型裂解炉，开车一段时间后裂解炉存在排烟温度过高，热效率偏低的问题。为提高裂解炉的热效率，降低装置的能耗，需要对裂解炉进行改造。另外，GK-VI辐射段炉管采用双排排布，管径又小，换热面积较小，热强度比较大；同时，由于炉管采用双排，炉管受热不均，在高热强度下也会导致炉管弯曲；另外，原有炉管的底部导向结构，对施工的要求较为严格，容易使炉管的自由位移受到影响，导致炉管弯曲。经过多年运行，辐射段炉管弯曲变形严重，已经陆续达到使用寿命

5、。改造前齐鲁乙烯只有两台气体原料裂解炉，当气体原料增加时不能满足需要。此外当气体炉BA-110或BA-111其中一台烧焦时，另一台炉不能处理全部气体原料，剩余部分需要由新区液体炉分组裂解和老区液体炉共裂解来处理，一方面给操作带来很大麻烦，另一方面裂解深度不够，造成裂解原料消耗和压缩机能耗的增加。鉴于以上原因，为了改善裂解炉的运行工况，从而提高裂解炉的收率，减少原料消耗，并降低燃料使用量，降低乙烯分离的能耗，最终实现提高经济效益，经过研究，决定对齐鲁老区的BA-107炉进行改造以实现全炉裂解轻烃，以提高齐鲁乙烯的原料灵活性，不仅可以全炉裂解轻烃等气体原料，还可以裂解循环乙丙烷及石脑油原料。此外，

6、还同时解决其存在的排烟温度高、热效率低的问题。BA107炉改造5月完成设计审查，6月开始施工，7月完成，7月30日一次投油成功。目前，齐鲁乙烯裂解炉基本情况见表1.表1 ：齐鲁乙烯装置裂解炉基本情况表炉型位号能力建成或最后一次改造投用时间实际适用原料可选操作方式辐射段炉管急冷锅炉万吨/年构型组数排列型式/台数GK-BA-10162007年8月SSOT/NAP1-1型6(8个/组)双排线性双排/3BA-10262002年7月SSOT/NAP6(8个/组)双排线性双排/3BA-10362003年3月NAP/NAP+乙烷共裂解6(8个/组)双排线性双排/3BA-10462004年10月NAP/NAP

7、+乙烷共裂解6(8个/组)双排线性双排/3BA-10562004年10月NAP/NAP+乙烷共裂解6(8个/组)双排线性双排/3BA-10662004年10月NAP/NAP+乙烷共裂解6(8个/组)双排线性双排/3BA-1075.82/5.052010年7月NAP/乙烷或轻烃6(8个/组)双排线性双排/3CBL-BA-11092004年10月乙烷/乙烷+轻烃2-1-1-14(4个/组)单排线性单排/4SL-BA-2114102004年10月NAP16-4型6(1个/组)单排OLMI/6BA-2115102004年10月NAP6(1个/组)单排OLMI/6SRT-BA-11162009年6月NA

8、P/SSOT/乙烷或轻烃8-4-1-16(1个/组)单排Schmidt/3BA-110261998年NAP/SSOT/乙烷分组裂解6(1个/组)单排Schmidt/3BA-110361998年NAP/SSOT/乙烷分组裂解6(1个/组)单排Schmidt/3CBLBA-11662006年1月NAP/SSOT2-1型4(8个/组)单排线性双排/4CBLBA11782006年NAP/NAP+乙烷分组裂解2-1型6(8个/组)单排线性双排/32. 应用新技术，降低裂解炉能耗2.1先进控制（APC）技术在裂解炉的应用 齐鲁乙烯早在二期改造之前就与华东理工大学合作，在部分裂解炉应用了先进控制系统；二期改

9、造后在总部的统一规划下，2008年6月，完成了改造后所有裂解炉先进控制的应用，效果良好。2010年又对APC系统进行了全面升级。投用APC后，裂解炉总进料烃流量波动范围由原来的5%下降到0.25 %之内，总通量达到了恒定控制的要求。裂解炉COT温度波动的幅度均能保持在±1.5以内，平稳工况下波动幅度保持在±1以内，且裂解炉各组炉管间的出口温度偏差下降到±1.5范围之内。这不仅能延长裂解炉的运行周期，另外，稳定的COT和较低的各组炉管出口温度偏差还有利于提高双烯收率。详见图1、图2，APC投用前后，以BA-110炉为例的COT变化趋势。图1. 先进控制系统投用前，B

10、A110温度偏差控制曲线（显示范围：±4）图2. 先进控制系统投用时，BA110温度均衡控制曲线（显示范围：±3） 2.2新气体原料结焦抑制剂技术在裂解炉的应用齐鲁新区BA-111炉自09年6月完成改造后投用轻烃，虽然注入了一定量的DMDS，但平均周期只有51天。造成轻烃炉运行周期短的主要原因是于辐射段炉管表面温度高。BA-111炉试验前后运行周期情况见表2。试验前2009年6月26日2009年12月5日BA-111炉共运行3个运行周期，平均运行时间为50.7天。试验周期从2009年12月12日至2010年3月30运行110天，运行周期显著延长。正式使用后，BA-111的运

11、行周期达到平均80天以上。表2 BA-111炉结焦抑制剂试验前后运行周期对比周 期运行时间运行天数平均值,d空白周期周期1周期2周期309.06.2609.08.23 . 09.08.3109.10.2809.10.3009.12.0558583650.7试验周期09.12.1210.03.30110110 3. 加强管理，降低裂解炉能耗3.1加强设备管理，降低裂解炉能耗3.1.1日常处理漏风点，控制空气过剩系数，减少烟气损失和燃料消耗裂解炉的燃烧空气的过剩量直接影响热效率,降低燃烧过剩的空气量可减少燃料气的消耗和烟气量,从而减少了排烟热损失（见图3）3。因此，我们在这方面做了如下部分细致的工

12、作。图3：过剩空气系数与热效率的关系 底部导向器、点火孔改造，减少炉底漏风量辐射段炉管导向器以及点火孔都是裂解炉漏风较大的地方，额外的冷空气进入到裂解炉，不仅使得过剩空气系数不易控制，而且还会额外消耗燃料。根据此情况，我们现场增加帆布罩以及利用磁性盖板，最大可能减少了辐射段的冷空气泄漏量。如图4所示： 图4：导向器、点火孔的防漏风改造 窥视孔改造，减少热损失裂解炉窥视孔是裂解炉炉强热损失被忽略的地方，此处保温层薄，散热点多，造成热量极大损失。因此，通过科学创新，使用新型保温材料封堵技术，从而降低裂解炉侧壁漏风，并且减少了窥视孔热量损失。此技术得到行业内的认可，并将在中石化推广。如图5： 图5：

13、窥视孔的防漏风改造 设计卡具，减少对流段炉管过剩漏风量精心设计的卡具，彻底解决了对流段炉管漏风的问题。如图6 图6：对流段应用卡具前后对比3.1.2定期进行对流段清理，降低排烟温度，提高热效率对于裂解炉，燃料释放的大部分能量(89 %90 %) 均被物料反应和升温用去,约10 %11 %的能量散失到大气中去。1 台炉子1 年散失的热量为7. 24 kJ ,相当于乙烯总能耗的5 %6 %。因此,提高炉子热效率是节能的关键。在炉子能耗的项目中,烟气带走的热损失是主要的。因此,降低烟气热损失对提高炉子的热效率是一个有效的途径（见图7）。图7：排烟温度与热效率的关系裂解炉在运行过程中，烟气中的油焦、硫

14、化物、矿物质容易粘附在炉管表面和翅片之间，同时烟气对炉管有一定的腐蚀，腐蚀产物也容易粘附在炉管的表面，长时间的运行后，炉管表面和翅片之间积累的污垢越来越多，严重影响对流传热的效果。因结垢导致烟气出口温度逐步升高，最高时可达180以上，热效率降低，负压操作难以保证。为了解决这一问题，齐鲁乙烯装置一方面与岳阳宇翔科技有限公司合作，对部分裂解炉对流段炉管进行化学清洗；另一方面，在炉子运行几个周期之后，将对流段炉管抽出，直接利用水枪进行水力清焦，取得了较好的效果，排烟温度明显降低，热效率大幅提高。下面，是BA-101炉为例，对比对流段清洗前后裂解炉对流段炉管的状况。（见图8，图9）图8：BA-101炉

15、清洗前对流段炉管结垢状况图9：BA-101炉清洗后对流段炉管状况3.1.3定期清理TLE，提高SS产量，增加高位热能的回收2011年2月，对BA-2115进行了TLE清理，从清洗前后的数据来看，效果明显，在同等进料量的情况下，BA-2115的SS产量提高了8t/h左右。同时，SS产量的提高也会增加锅炉给水用量，从而降低排烟温度10左右。3.1.4细化检修方案，日常精心维护建立裂解炉病历档案，标注发现人、填写人，以备裂解炉检修时使用，对裂解炉病历台帐以完成封闭管理，做到每台裂解炉检修一次隐患全部消除，从而杜绝重复检修，提高检修质量。检修前召开裂解炉检修会议，制定裂解炉检修计划、内容，做好检修前的

16、检查和检修后的验收工作，提高裂解炉检修深度，杜绝因检修深度不够造成刚投炉就停炉，避免裂解炉重复检修，以此延长裂解炉运行周期。加强裂解炉的日常维护，及时处理各种蒸汽泄漏点，减少蒸汽损耗。3.2 加强生产、工艺管理，降低裂解炉能耗3.2.1优化操作参数，降低能耗为了更好地优化操作参数，提高双烯收率，于2009年7月开始对符合条件不同炉型的裂解炉开始进行标定，根据标定结果调整裂解炉COT。以14号炉（SL-2型）为例，标定结果如表4。由表4可以看出，BA2114裂解炉在裂解石脑油时，裂解炉出口温度从832提高到844，乙烯收率增加而丙烯收率下降；P/E由0.54降低至0.49，即裂解深度逐渐升高，同

17、时，双烯收率逐渐降低。通过与实验室模拟炉评价结果的对比，同时为了维持合适的裂解深度和能保证最佳的操作周期，在石脑油为原料，停留时间为0.240.25S，稀释比为0.550.6的条件下，BA2114裂解炉COT控制在832834较为合适。表3：标定期间裂解气分析结果日期COT，2009-8-9827.42009-8-5832.12009-8-6835.52009-8-7839.62009-8-8843.81 气相产品收率，m/m%乙烯丙烯2 双烯收率3 裂解深度（P/E）28.8315.5844.410.540229.4415.8845.320.539629.6915.5345.220.5232

18、29.9515.1145.060.504329.9714.6844.650.49003.2.2严格控制操作参数，降低能耗降低目前裂解炉汽油比，使其向设计值靠拢，降低蒸汽消耗；条件允许的情况下，及时投用APC控制，减小各组间COT偏差；严格控制各组间进料偏差，防止因进料低造成炉管严重结焦堵塞炉管，延长裂解炉运行周期；降低进料温度和DS过热温度，来降低排烟温度，提高裂解炉热效率；控制好裂解炉氧含量，降低燃料消耗；提高SS控制温度，增加高位能热量的回收。3.2.3加强生产、操作管理，降低能耗尽可能多投用炉况好的裂解炉，提高乙烯收率和降低能耗；合理安排裂解炉点火时间，争取控制从点火到投油时间在10小时

19、以内，节约燃料和锅炉给水排污量；保证裂解炉空气预热器投用，定期对空气预热器进行吹灰，冬季用空气预热器对备用炉进行防冻防凝，节省燃料；加强燃料气管理，尽量少补碳四，多烧天然气，减少燃料成本，提高效益；强裂解炉吹灰管理，工艺、设备、仪表定期对吹灰器进行检查确认，保证吹灰效果，以此降低排烟温度；对裂解炉能耗进行小指标竞赛，在运行班组之间开展“加强裂解炉管理，优化调整操作控制”竞赛，提高班组的节能意识；定期对裂解炉进行烟道气检测，并根据检测结果进行调整，提高裂解炉热效率。4. 下一步的打算4.1 BA-106对流段节能改造，降低排烟温度从BA-107的改造效果来看，NAP工况下，排烟温度降低明显，由改造前的180降到现在的130。BA-106对流段布局与BA-107改造前一样，可以通过改造降低其排烟温度。4.2 BA-110急冷器改造，提高裂解炉运行周期目前BA-110的运行周期受其急冷器制约，远没有达到最佳周期。BA-110的急冷器为卧式，运行一段时间后在急冷器喷嘴处结焦严重，堵塞管线，不得不停炉进行清理。改造后的急冷器为立式，可解