浅析干气制乙苯装置加热炉运行现状及改进措施

刘杰

（中国石油大庆炼化分公司，黑龙江 大庆 163000）

大庆炼化公司10 万吨/年干气制乙苯装置，以催化干气为原料，采用DICP（中国科学院大连化学物理研究所）催化干气制乙苯第三代技术，为气相稀乙烯法制乙苯工艺，由原中国石油工程设计有限责任公司抚顺分公司设计，装置于2009 年6 月首次开车成功。

1 装置加热炉简介

乙苯装置3 台管式加热炉均为立式圆筒炉，分别是循环苯加热炉F201、苯塔底重沸炉F401、再生气加热炉F501。其中，F201 和F401 连续投运，F501 仅在装置固定床反应器催化剂再生和换剂烧焦期间投用，为间歇运行。F201、F401 均为辐射室-对流室双室炉，设有烟气-空气预热形式的余热回收系统,设计热负荷分别为3.726MW、28.07MW。F501 为纯辐射炉，无余热回收系统，设计热负荷为0.71MW。

2 加热炉F201 容易熄火问题分析及整改措施

2020 年10 月开始，加热炉F201 时常发生炉火突然熄灭事故。由于没有安装火焰监视系统，无法直接观察到炉火熄灭过程，只能在熄火后，炉膛氧含量触发高报警，经副操现场检查确认，才能判断加热炉发生熄火。这也导致了DCS 监盘会有一定的滞后性，当加热炉氧含量或燃料气流量出现异常时，很可能炉火已经熄灭了。加热炉突然熄火成为操作盲区，无法通过正常的操作调整等手段来避免出现的异常状况，导致F201 突然熄火问题得不到有效控制。由于加热炉F201 突然熄火时，F401 并没有发生熄火且燃烧较稳定，因此，排除燃料气管网组分波动、压力变化或严重带液等原因。拆卸F201阻火器后检查，阻火网也没有出现堵塞的情况。然而，在几次紧急处理的过程中，有一个共同的现象，就是燃烧器瓦斯软管内存在或多或少的积液，11 月还在软管内发现过小冰碴。瓦斯气中会含有一定量的饱和水以及烃类蒸气，进入10 月气温降低，这些饱和水和烃类蒸气会在管道中冷凝成小液滴。F201 的负荷比F401 要小很多，冷凝的小液体在F401 的瓦斯软管内能够被大量的瓦斯气携带至燃烧器内而被烧掉，而F201 由于瓦斯量过小，冷凝的小液体会存积在瓦斯软管内，最终导致瓦斯气供应不畅，突然熄火。找到问题原因后，我们将F201 瓦斯管线原热水伴热改为蒸汽伴热，并且全年投用伴热，提高F201 的瓦斯气温度，避免产生凝液。将燃烧器瓦斯软管全部安装保温，避免热量损失。改造后效果明显，自2021 年3 月改造完成并投用，至今一直未出现过加热炉突然熄火事故。

3 加热炉F401 阻火器经常堵塞问题分析及整改措施

由于加热炉F401 负荷较大，瓦斯耗量多，瓦斯气中的炭粉易堵塞主火嘴阻火器过滤网，导致瓦斯气流通量降低，影响加热炉正常运行，必须立即切换阻火器，并清理堵塞的阻火器。进入冬季，阻火器堵塞现象较为明显。与F201 类似，考虑到冬季气温降低后产生凝液，可能堵塞阻火网，将F401 瓦斯管线原热水伴热改为蒸汽伴热，并且全年投用伴热，提高F401 的瓦斯气温度，避免产生凝液。同时，现阻火器前、后手阀为横向安装，瓦斯气携带的杂质经常落到阀道上，造成阀门关不严，在拆装清理阻火器过程，燃料气泄漏，作业风险增大（如图1）。通过改造，将上下两组阻火器前、后手阀改为竖向，在阻火器前手阀下加三通，阻火器后加导淋，实现阻火器在线清理（如图2）。考虑到F401 阻火器自2009 年建装置以来，一直未进行更换，因此同步更换了新的阻火器。

图1 F401 阻火器阀组改造前流程图

图2 F401 阻火器阀组改造后流程图

改造后效果明显，2021 年冬季平均每月清理1 次阻火器，2022 年冬季一直未发生阻火器堵塞现象。

4 更换加热炉烟道挡板执行机构

乙苯装置循环苯加热炉F201、苯塔底重沸炉F401烟道挡板执行机构自2009 年装置首次开工以来，已连续使用11 年，一直未进行更换。目前存在以下几个问题。

（1）定位器老化、易失灵，2020 年F201 出现3 次烟道挡板开度无法自动调节的现象。由于现在该类型定位器已经淘汰，厂家已停止生产，更换定位器及其相关配件难度增大。

（2）汽缸易卡涩、气路存在漏点，因汽缸使用时间长、腐蚀老化，无法彻底解决漏点和卡涩问题。由于烟道挡板为风关阀，当气路漏风严重时，烟道挡板会全开，导致炉膛负压突然增大，抽灭炉火。

（3）手自动切换旋钮锈蚀严重，无法正常进行手自动切换。

以上问题，导致加热炉烟道挡板执行机构工作不稳定，存在烟道挡板无法正常调节和突然误动作导致加热炉炉膛负压增大，炉火被抽灭的风险。2021 年，对F201、F401、F501 烟道挡板执行机构整体换型（F201一套、F401 两套、F501 一套，共4 套）。

5 加热炉安全设施完善改造

加热炉燃烧的基本要求是建立和保持稳定的燃烧火焰。燃烧不稳定不仅会降低加热炉的热效率， 而且会引起加热炉炉膛灭火，如处理不当引起加热炉爆燃，造成事故。燃烧器在使用过程中有时会发生熄火现象，这种现象存在安全隐患，很多时候，这种安全隐患是由于火焰熄灭、着火滞后或是点火失败导致的。为了保障炼油装置管式加热炉安全运行，必须设置管式加热炉联锁保护系统。根据应急管理部制定的《淘汰落后危险化学品安全生产工艺技术设备目录（第一批）》及应急厅[2020]38 号文通知，“燃气加热炉、导热油炉缺乏火焰监测和熄火保护系统的，淘汰类型为限制；应由带有火焰监测和熄火保护的燃气加热炉、导热油炉替代。根据中国石化炼油事业部编制的《炼油装置管式加热炉联锁保护系统设置指导意见》（修订版）2019 年，“2.15长明灯燃料气、主燃料气、燃料油管线上应分别设置紧急联锁切断阀”“2.9 长明灯燃料气管道上应加并联过滤器，以保证长明灯所用的燃料气中的颗粒小于长明灯喷嘴口径的25%”“3.1.1.1 主燃料气压力低低联锁。当主燃料气压力低低时，联锁切断主燃料气，长明灯燃料气保持”“3.1.1.2 长明灯燃料气压力低低联锁。当长明灯燃料气压力低低，联锁切断长明灯燃料气，原则上应同时切断主燃料气。如果企业长明灯燃料气压力波动大，经常容易熄灭，企业应开展安全风险评估，根据评估结果再决定是否切断主燃料气，同时企业应采取措施稳定长明灯燃料气压力”“3.1.5 长明灯燃料气、主燃料气联锁压力信号宜按三取二的原则确定”“3.3.1应根据加热炉炉管内冷流介质的特性及工艺需求，设置炉管内冷流介质流量持续低低联锁，当炉管冷流介质流量持续低低时，联锁切断加热炉主燃料系统，长明灯保持”“3.3.2 应根据加热炉炉管内冷流介质的特性及工艺需求，设置炉管内冷流介质温度高高联锁，当炉管冷流介质温度高高时，联锁切断加热炉燃料系统，长明灯保持”。根据上述规范要求，公司设立“全厂加热炉安全设施完善改造”项目，计划于2023 年全厂停工大检修时施工。其中乙苯装置加热炉F201、F401 改造内容如表1。

表1

6 加热炉提效改造

苯塔底重沸炉F401 根据现有空气预热器出口的温度189℃，加热炉热效率计算约89.6%，燃料用量2189Nm3/h，反推算加热炉实际负荷占设计负荷的65.5%左右。而设计空预器出口温度为165℃，说明空气预热器已经有部分换热管束不参与换热，经核算热管废热率大约为35%，且空气预热器由始建投用至现在，并无大修和维护，空气预热器主体设备的散热损失、换热管腐蚀、管束内液体换热效率衰减等，都制约着余热回收系统的换热能力，直接影响排烟温度，降低了加热炉效率。为提高加热炉热效率，进而节约燃料并减少烟气的排放，公司设立“全厂加热炉提效改造”项目，计划于2023 年全厂停工大检修时施工。其中乙苯装置加热炉F401 改造内容如下。供给F401 的燃料气从分液罐出来进入燃料气预热系统，被外部高温热源预热至约250℃，再进入复合阻蚀剂反应器，经深度脱硫处理，将燃料气硫含量降至5ppm（体积比）以下，进入加热炉燃烧器燃烧，配套更新8 台低氮燃烧器。由于燃料中硫含量降低，烟气低温腐蚀最大限度减低，在满足烟气露点温度的前提下，排烟温度可降至不大于80℃，加热炉的热效率达到不小于95%。

F401 的高温烟气从对流顶端流出后，经过高温段空气预热器HAP，换热后烟气温度降至160℃左右，换热之后经过引风机，出引风机后烟气进入低温段空气预热器LAP，预热燃烧用低温空气，与空气换热后烟气温度降低至≯80℃，通过烟囱排入大气。燃烧空气依次经过鼓风机、低温段空气预热器LAP，高温段空气预热器HAP，与烟气换热后进入加热炉燃烧器参与燃烧。通过复合阻蚀技术对燃料气进行精制预处理，去除燃料气中的硫化物及含氮化合物，可实现SO2近零排放，并降低燃料型NOx 的排放。采用燃料气和空气双预热系统，使燃烧温度场更加均匀，可以实现较低过剩空气系数燃烧，降低热力型NOx 的产生。燃料气和空气双预热系统，保证了燃烧的充分性，降低不完全燃烧的程度。

7 结语

由于干气制乙苯装置建设时间较早，在加热炉设计方面，存在一些不足之处，已不能满足现阶段的安全环保要求。加之随着设备服役时间的增长，烟道挡板执行机构、阻火器等设备附件老化、失效问题较为突出。对于这些问题，必须采取有效措施，及时进行整改。由于新技术的层出不穷，让加热炉的热效率得以进一步提高，燃料用量和烟气排放量降低；低氮燃烧器的改进使得烟气中NOx 含量持续降低。作为装置核心设备的加热炉，通过提高其运行效率和管理水平，对装置的安全平稳运行和提质增效具有重要的经济效益和社会意义。