实现裂解炉长周期高效运行的途径

刘运龙(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

0 引言

众所周知，乙烯的生产在整个石油化工产业中占有重要地位，而乙烯最为常见的生产方法就是热裂法，而热裂法制乙烯的核心装备就是裂解炉，因此如何延长乙烯裂解炉的使用周期直接关系到经济效益。现阶段，乙烯裂解炉容易失效的原因主要有以下几点：首先是炉管服役温度，其次是炉管的材质影响，最后是物料冲刷的影响，我们应该综合考虑，合理分析，保证裂解炉的长周期高效运行。

1 热裂法制乙烯简介

乙烯裂解生产在现代化工生产中具有重要的意义与价值，采取乙烯裂解技术生产乙烯，能够有效降低温度的控制要求，提升能源的综合利用效率。在这个过程中，随着裂解问题的改善，裂解操作温度也会发生明显的变化，所以在应用乙烯裂解生产时可能会出现不同类型的设备失效与安全风险。为了解决类似的问题，提升热裂解生产乙烯的效果，就必须要做好产能扩增与技术革新，提升乙烯裂解的工艺稳定性。

2 乙烯裂解炉长周期运行存在的问题

2.1 乙烯裂解炉的操作工状

乙烯裂解生产过程中需要借助于乙烯裂解炉，而该设备长期处于复杂的工况条件当中，很容易受到裂解反应的影响，从而影响到操作的稳定性。根据实际经验来看，乙烯裂解炉工作过程中需要接触的环境主要包括温度、压力以及介质，这三个影响因素决定了内壁接触后的稳定性。介质可以归纳三个主要方面，分别是烃类混合物、氢以及水蒸气等等，炉管的外部主要接触大量的烟气，这些烟气物质中包含着大量的能量。根据工作温度的特征来看，其主要的工艺来源于使用温度的改变，现阶段的炉管在使用过程中温度会持续增加到1100℃左右，但是由于工艺的问题，可能会存在炉管温度不均匀的情况，差距较大时可能达到100℃以上。在这样的条件下，炉管的操作压力不均匀，导致的压力应力变化较大，从而出现内壁结焦等问题，需要对其进行维护，此时可能会影响整体的生产效益。

2.2 乙烯裂解炉长周期运行存在的问题

乙烯裂解需要面对复杂的生产条件，特别是炉管作为操作温度最高的结构部分，其长期处于高温当中。复杂的工作环境会带来长期运转的结构疲劳，甚至导致结构的失效，所以要想真正意义上解决裂解炉运行瓶颈问题，就必须要做好炉型的构造设计与优化。经过相关案例分析结果显示，乙烯裂解生产中，裂解炉的失效类型众多，其中发生率最高的失效类型为渗碳，该类型的发生率达到了19%，受到渗碳的影响出现开裂的数量为18%，也较多。除此之外，在长期的高温影响下，乙烯裂解炉内部结构出现氧化、机械损伤、弯曲变形以及热疲劳的可能性都会增加，所以要想真正意义上改善生产环境，提升设备的综合运转效率，就必须针对上述问题进行预防控制，延长设备的使用寿命，取得良好的经济效益。

3 乙烯裂解炉长周期运行出现问题的原因

3.1 炉管的表面温度

乙烯裂解炉长期使用后会出现各种问题，其主要的失效形式与温度相关联。在上述提到的乙烯裂解炉失效形式当中，主要包括蠕变、渗碳、热疲劳，同时还包括内部氧化等问题，都会受到温度的正向影响。换句话说，温度越高，上述疲劳与损害出现的概率也会相应的增加。在高温条件下运行，温度越高，出现故障的可能性也越高。另外，开停车的次数也会受到温度的影响，从而出现严重的内部损伤。根据乙烯裂解炉的基本构造与工作特征来看，其很难实现在生产过程中各个区域的温度均匀，很多情况下炉管的内部温度差异都可以达到50℃甚至100℃，在这样的差异下，势必会出现炉管寿命遭受影响，大多数炉管的使用寿命都会缩减30%以上，个别的情况下仅有正常寿命的一半。除此之外，受到温度梯度的不良影响，温差应力也会相应的增加，从而导致炉管内部较早出现了热疲劳裂纹，影响整体的使用寿命。

3.2 炉管材质的影响

乙烯裂解炉的材质也是影响使用稳定的重要因素之一。根据基本使用环境来看，随着温度的提升，材质的稳定性会发生显著的变化，所以只有更耐高温的材料才能够减轻温度带来的不良影响。截止到目前，应用比较广泛的炉管材料包括有HP40，HK40 以及哈氏合金等等，这些材料的添加可以显著提升炉管的耐高温能力，从而满足实际的寿命设计需求。

3.3 物料的冲刷

乙烯裂解炉生产过程中存在内部流速较高的情况，长期使用物料会不断对管壁进行冲击，从而会因此导致管壁变薄、穿孔等情况。除此之外，管壁的内部会出现渗碳，该问题往往也与长期的冲刷密切相关，所以需要做好物料的管理，同时根据实际需要设计管壁，降低物料冲刷带来的腐蚀性影响。

4 保障裂解炉长期运行的措施

4.1 炉管材质和结构

为了提升乙烯裂解炉的运行可靠性，升级炉管的材质并优化设计结构是最为可靠的途径。通过工艺流程分析，可以准确的计算出炉管使用过程中的金属温度，从而选择更匹配使用环境的金属，提升炉管的材质稳定性。在结构方面，则应该尽可能通过优化设计来降低物料冲刷带来的压力与影响，并且在检修期间做好炉管部件的调整、结构升级，为保障裂解炉的可靠运行提供必要的条件与技术支持。

4.2 裂解炉操作

裂解炉操作速率需要根据设备的操作流程来进行调整，无论是冷却速度过快还是裂解速度过快都会导致设备疲劳加剧，所以需要尽可能提升温度的均匀度，特别是炉壁的均匀度。通过控制炉温，也可以有效延长炉管的使用寿命，提升投资回报的效率，这也是现阶段乙烯裂解炉操作过程中需要着重关注的部分。在操作之前，需要对操作人员进行技术培训，既要掌握一定的技术原理，也需要具有一定的实际操作技能与经验，从而确保乙烯裂解炉操作过程中不出现误操作问题，具体结构图如图1 所示。

图1 裂解炉操作结构图

4.3 运行状况监测与检修

乙烯裂解炉运行过程中需要做好状态的监控与跟踪管理，并根据实际情况做好详细的记录。一般来说，炉壁的真实温度数据与炉管的实际状态密切相关，如果不跟踪显示可能会错过一些关键信息。相对的，通过跟踪监测，可以及时对炉膛内部的温度进行调整，避免炉管损伤加剧。在一些客观条件下，还可以借助于红外热相设备来开展这些工作，针对停工期间的炉管进行综合排查时，也可以借助于无损检测的设备进行重点区域的检测，根据失效的实际情况来进行整体分析，整理出完善的档案资料，并做好检测反馈工作，更为精准的判断出乙烯裂解炉的炉管运行条件与损伤状态，指导下一步的维修与更换零部件工作。

5 结语

综上所述，乙烯裂解炉长期运转失效的影响因素主要应从以下三种情形分析：首先我们要考虑炉管的服役温度，其次是裂解炉材质的选取，最后要分析物料对裂解炉的重冲刷作用，在实际生产中，应从选材、裂解法制乙烯的操作流程上实时监控裂解炉的运行状况，及时检查等，从而够最大限度的延长乙烯裂解炉的使用寿命，使我们的经济效益最大化。