裂解炉节能降耗措施及效果

胡海东

(大庆石化公司化工一厂，黑龙江 大庆 163714)

裂解炉为美国S&W公司的USC-16W型裂解炉(生产能力为乙烯45KTA)，裂解炉从1986年运行到今天已经二十余年，设备老化，出现排烟温度高、炉壁散热量大、热效率底、COT偏差大、运行周期缩短、设备重复检修频繁等诸多问题。裂解炉是乙烯装置的主要能耗单元，所以裂解炉的运行状态直接影响乙烯装置的能耗。通过认真研究分析，采取了一些行之有效的方法，近两年来乙烯装置的能耗大幅降低，节能减排效果明显。

1 流程简述

USC-16W型裂解炉(见图1)设计以循环乙、丙烷、油田轻烃(LTHC)、零散轻烃、石脑油(NAP)和尾油作为裂解原料。裂解原料在裂解炉对流段的原料预热段(FPH 段)进行预热，预热后的原料与经稀释蒸汽过热段(DSSH段)过热的稀释蒸汽混合后进混合过热段(MSH段)进一步过热至初裂解温度，再进入混合罐平均分配到16组进入辐射段的W型炉管中进行热裂解，辐射段炉管出口裂解气先后进入第一(USX)、二(TLX)急冷器用超高压水蒸汽快速冷却后进入急冷区。锅炉给水经过锅炉给水预热段(ECO段)预热后直接进汽包，并通过与急冷锅炉相联的下降管进入急冷锅炉壳程，与管程的高温裂解气进行换热，产生的高压蒸汽经上升管返回汽包，在汽包中进行汽水分离后送到裂解炉对流段的超高压蒸汽过热段(HPSSH段)进行过热，过热后的蒸汽去蒸汽过热炉进一步过热。

图1 USC-16W型裂解炉示意图

2 存在的问题

2.1 排烟温度高

USC-16W型裂解炉原始设计对流段均设有吹灰装置，但是由于其自动控制系统和设备本身存在问题，已有多年未投用，致使裂解炉在长期运行过程中对流段积灰、结垢严重，排烟温度不断升高，已由最初的165℃升至现在的200℃以上。炉壁温度高同时炉壁衬里保温层在长期使用后保温效果变差，炉壁散热量大。这些都大大地影响了裂解炉的热效率，增加了装置的能耗。

2.2 运行周期短

裂解炉在长期运行过程中，炉管弯曲、变形严重；炉管受热不均匀，局部过热；结焦、渗碳；严重时炉管堵塞，这些都大大的缩短了裂解炉的运行时间，大多裂解炉运行时间都在30天左右(见表1)同时炉管使用寿命也大大降低。

表1 不同原料平均运行周期统计表 单位：天

2.3 裂解炉烧焦方案和冷热备用管理不合理

裂解炉烧焦和冷热备用管理不够细致，导致能源大大浪费。在长期运行过程中，裂解炉烧焦时间控制不够严谨，烧焦时间较长，大多都在50h以上(见表2)。且烧焦方式不够合理，烧焦温度、工业风和稀释蒸汽用量搭配不当。同时裂解炉冷热备用管理也不够细致，有时出现了裂解炉一台或多台热备用状态，以上都造成了能源的白白浪费，大大增加了装置的能耗。

表2 不同原料平均烧焦时间统计表 单位：小时

2.4 汽包排污量大

裂解炉汽包间、连排阀门前后压差较大，冲刷严重。在长期运行过程造成阀门泄露量增大，汽包排污量增大。这样就造成两方面的负面影响：一方面产生过剩S3；二导致S3带液，给S3用户带来了很大的危害。

3 节能降耗改进措施

3.1 对流段化学清洗

在对对流段污垢取样分析，针对分析结果，采取三步清洗技术，即预清洗和清洗、冲洗相结合的清洗方式。预清洗是将渗透剂和润湿剂喷洒到设备的表面，使预清洗药剂逐步润湿污垢的表面，渗透到污垢内部，从而使污垢疏松和易于溶解。清洗是在对设备进行预清洗后，使用清洗药剂对设备进行喷淋，利用清洗药剂的分散、乳化性能，使污垢分散、溶解在清洗液中并随之流出，从而达到清除污垢的目的。冲洗是将剥离剂喷洒到设备的表面，利用剥离剂的剥离作用将设备表面残留的污垢剥离、冲洗干净，进一步提高清洗效果。

3.2 烧焦方案的优化

通过对比国内外同类装置裂解炉烧焦方案，总结出在蒸汽-空气烧焦法的基础上，提高烧焦空气量和烧焦温度，并逐步降低烧焦蒸汽量和烧焦时间，优化烧焦方案。再通过一段时间的实际运行，最终形成了裂解炉“24小时烧焦方案”，详细方案见图2，由表1可以看出裂解炉烧焦没有改变前烧焦时间大多50h左右。采用新的“24h烧焦方案”后，烧焦时间缩短了一半。同时稀释蒸汽用量也大幅降低。

图2 USC-16W型裂解炉烧焦曲线

通过加强了裂解炉冷热备用管理，缩短了裂解炉热备用时间，降低了燃料气、稀释蒸汽、工业风等能源的消耗，大大的降低了没有必要的能耗浪费。

3.3 裂解炉管整体更换

USC-16W型裂解炉在长期运行过程中炉管弯曲、变形等现象是经常发生的，并且随着运行时间的延长，弯曲、变形的程度会越来越大。弯曲、变形的程度过大容易导致炉管受热不均匀，局部渗碳严重。以前一般只采用对泄露的炉管进行更换的办法来保证生产，但是这种局部更换炉管不能根除炉管受热不均匀的弊端，运行一段时候后又会有另一部分炉管出现泄露、弯曲、变形的问题，炉管使用寿命较短，维修频繁。

通过分析，我们选择了炉管弯曲变形较为严重，使用时间较长的炉管经行整体更换，同时也对炉壁衬里保温层进行整体更换。这样再次投用后，炉管受热就会均匀、COT偏差降低、热量损失也降低，裂解炉运行时间大大的延长。由表1可以看出裂解炉运行时间由最初的33天提高到50天以上。

3.4 汽包排污增加限流孔板

由于汽包间、连排阀门泄露量大，所以经过研究决定在各炉汽包排污线上增加限流孔板，这样就可以限制排污量。这样就可以保证闪蒸罐不会出现超负荷运行，相应的S3就不会出现带液问题。该项目投用后，S3排放量减少了10t/h。

4 效果

对流段进行化学清洗后，排烟温度平均下降了20℃；同时也对炉壁衬里进行更换，热量损失大大减少，裂解炉热效率因此提高了2个百分点。

采用 “24小时烧焦方案”后，每台裂解炉烧焦时间缩短30h(表2)，稀释蒸汽用量减少7t/h。同时也加强了裂解炉的冷热备用的管理，全年裂解炉热备率降低了17%，大大的减少了蒸汽、燃料的消耗。据统计通过对裂解炉烧焦的优化，装置能耗降低10%。

对裂解炉炉管进行总体更换，裂解炉的乙烯收率提高0.5～1个百分点；裂解炉(轻烃)运行时间延长了13天，减少了非计划停车和维修费用。

裂解炉汽包排污增加限流孔板减少了S3排放量10t/h。

通过采取以上措施，乙烯能耗大幅度降低。乙烯综合能耗由2005年的7.85Gcal/t下降到2013年的6.2Gcal/t，总能耗降低20%。

5 结论

裂解炉是乙烯装置的能耗大户，它的运行状态直接影响乙烯装置能耗。降低裂解炉能耗必须从提高热效率、减少热量损失、延长裂解炉在线时间、提高乙烯(双烯)收率这几方面着手。

从这一根本原则出发，通过精细化管理，采取了一些行之有效的方法。通过三年的努力，乙烯综合能耗下降了20%，大大提高了企业的市场竞争力。

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