乙烯裝置裂解爐熱效率影響因素分析及對策實施

王 瑤，王 宇，劉永斌，周玉新

（中國石油撫順石化公司乙烯化工廠， 遼寧 撫順 113004）

乙烯裝置是石油化工裝置的龍頭，能耗占石化工業總能耗的三分之一以上。裂解爐是乙烯裝置的關鍵設備，能耗又占裝置總能耗的70%~80%。在裂解爐各項主要參數中，熱效率與節能降耗有極為密切的關系，提高裂解爐熱效率，降低裂解爐耗能損失是乙烯裝置節能降耗的關鍵。因此，分析影響裂解爐熱效率的因素，采取有效措施提高裂解爐熱效率，對乙烯裝置實際運行及節能降耗都有著重要的意義。

1 裂解爐運行情況

1.1 裂解爐概況

撫順乙烯裝置始建于1991年，裂解爐是引進美國Lummus公司技術，采用五臺SRT-IV型裂解爐，進料負荷范圍在9~13 t/h，設計熱效率93%。1996年經過擴能改造，增加一臺CBL-II型裂解爐，進料負荷控制在13.5~18 t/h，設計熱效率92.5%，目前年產乙烯 14萬 t。1#~3#裂解爐可以裂解氣相進料及液相進料，4#~6#裂解爐只能裂解液相進料。在裂解爐實際運行中，發現SRT-IV型裂解爐熱效率達到93.1%左右，CBL-II型裂解爐熱效率達到92.5%左右為瓶頸值，較難有所提高，與國內同等裂解爐熱效率94%的運行指標相比有些差距。

1.2 裂解爐運行數據監測

為了全面分析氧含量及排煙溫度與熱效率的關系，截至到2012年9月，整理了最近4年的撫順乙烯裂解爐實際運行數據（取各年平均值）如表1。

2 裂解爐熱效率數據分析

2.1 熱效率計算方法

裂解爐熱效率是衡量裂解爐體系熱量利用有效程度的一個重要標志，依照中國石油天然氣股份有限公司企業標準Q/SY 50-2002《石油化工工藝加熱爐節能監測測定法》中的綜合效率簡化計算法，熱效率η的定義用下式來表示[1]：

其中：η—熱效率，%；

q1′—排煙損失熱量占供給能量的百分數，%；

q2′—不完全燃燒損失熱量占供給熱量的百分數，%；

q3′—表面散熱損失熱量占供給能力的百分數，%；

tg—排煙溫度，℃；

ta—外供熱源預熱空氣時，熱空氣的溫度，℃；

W—霧化蒸汽的用量，kg/kg燃料；

cO2—煙氣中氧含量百分數，%；

cCO—煙氣中一氧化碳含量×10-6；

α—過?？諝庀禂?。

表1 裂解爐實際運行參數Table 1 Cracking furnace operation parameters

2.2 確定影響熱效率的主要因素

通過對熱效率計算公式的分析，可以發現在設備方面，對熱效率影響較大的是爐體保溫、燃料氣火嘴情況、空氣預熱器運行情況等；在工藝方面對熱效率影響較大的因素有過?？諝庀禂?、排煙溫度以及一氧化碳含量等。在1#~3#裂解爐中選擇3#爐，4#~6#裂解爐選擇4#爐做趨勢圖可得到圖1。由圖1勢圖結合氧含量計算公式可得到排煙溫度和氧含量對熱效率影響較大，而CO的含量可控制在10-6級，對熱效率影響不大。

2.2.1 氧含量與過剩空氣系數

過?？諝庀禂凳菍嶋H所需要的空氣量與理論所需空氣量的比值，在應用時是利用爐內氧含量值計算所得。氧含量越小，過剩空氣系數越小，但不能保證燃料完全燃燒；氧含量越大，過剩空氣系數越大，雖然能保證燃料的完全燃燒，但過剩的空氣在煙氣排放時卻帶走了部分熱量，使熱效率降低。撫順石化裂解爐氧含量控制指標在2%~5%。

2.2.2 排煙溫度

裂解爐的排煙溫度越高，帶走的熱量越多，即熱效率越低。從裂解爐實際運行考慮，煙氣溫度的降低雖然有利于熱效率的升高，但是如果低于煙氣酸露點（與燃料中的硫含量有關）就會產生酸性氣體露點腐蝕，對設備造成損傷，所以在實際操作中不能一味的追求較低的煙氣溫度。撫順石化裂解爐煙氣控制指標為97~110 ℃。

圖1 排煙溫度和氧含量對熱效率的影響Fig.1 Exhaust gas temperature and oxygen content on thermal efficiency

2.2.3 一氧化碳含量

裂解爐燃料氣燃燒過程中雖然保持過剩的空氣，但還會有少量不完全燃燒的現象。在實際測定中是以煙氣中碳元素的不完全氧化態即CO的含量來計算的。CO的含量可控制在10-6級，相比過?？諝庀禂导芭艧煖囟?，當CO處于（1~100）×10-6時對熱效率影響不大[2]。當其他參數不變，經過計算可得煙氣中CO含量每增加50×10-6時，熱效率僅下降0.02%，即CO處于（1~100）×10-6時僅能影響熱效率的 0.04%。由此可得，對熱效率影響較大的因素是氧含量和排煙溫度。

3 問題分析與對策實施

3.1 問題分析

3.1.1 氣相進料裂解爐

（1）由于 1#~3#裂解爐可以裂解氣相進料及液相進料，在實際運行中承擔著裂解分離區產出的乙烷、丙烷即裂解輕烴的任務，也承擔著裂解外購輕烴（即部分的LPG、C3、C4餾份進料）的任務。輕烴裂解由于要求COT（裂解爐出口）控制溫度比液相原料高大約 20 ℃左右，因此裂解過程中需要的燃料氣量增大，氧含量增加，爐膛輻射段溫度升高，加上原料在對流段預熱時沒有相變過程，其吸收熱量較少，會造成煙氣溫度較其他爐偏高，影響熱效率。

（2）在輕烴爐實際運行過程中，氣相原料多為烷烴，以催化和自由基結焦為主，焦的密度較大，比較致密[3]。撫順乙烯裂解爐氣相原料主要是循環乙烷、丙烷和少量的液化氣，這部分原料在高溫裂解過程中，脫氫生成乙烯、丙烯，乙烯、丙烯化學性質活潑，易生成炔類物質。炔類物質在結焦機理中，是造成高溫結焦的主要原因，因此氣相原料在裂解過程中較易產生結焦現象，影響燃料氣燃燒換熱，從而影響排煙溫度和氧含量。

3.1.2 液相進料裂解爐

（1）4#~5#裂解爐爐承擔著裂解液相進料的任務，因不涉及裂解輕烴，原料組分相對前3臺爐變化較小，在實際運行中以精細調節為主，2臺裂解爐熱效率高于其他裂解爐。

（2）6#裂解爐進料負荷設計值較前 5臺爐多50%，設計排煙溫度為120 ℃。由于其負荷大，燃料氣用量多，導致其排煙溫度高，熱效率較其他小負荷裂解爐有些差距。

3.1.3 其他影響熱效率的原因

撫順乙烯裂解爐連續運行20年，沒有進行較大的技術改造，長期連續運行積累了一些問題，主要問題總結如下：

（1）實際工況與原設計發生變化。隨著撫順石化“百萬噸乙烯”項目建成并投產，優質原料出現供不應求的局面。近幾年撫順乙烯裂解原料由原設計的以液相為主調整為氣液兼顧，對流段傳熱介質發生改變，同時進料負荷相應減少，低負荷生產對熱效率也有較大的影響。

（2）對流段積灰。撫順乙烯裂解爐原設計均配有蒸汽自動吹灰裝置，但由于效果不好，一直采用人工吹灰，吹灰介質為工廠風，在裂解爐停爐期間進行吹掃。由于不能較好的清除對流段積灰，導致煙氣與原料間無法充分換熱，造成熱量的浪費。

（3）爐體保溫影響。由于運行時間長，爐墻及襯里有粉化脫落現象，爐外墻表面熱點多，熱損失大，裝置投產以來一直沒對爐墻及襯里進行改造翻新，由于檢修期間只能進行一些局部的處理，無法實現施工部位和原保溫緊密結合，熱量損失嚴重。

3.2 實施對策

3.2.1 加強裂解爐的保溫密閉

在日常巡檢工作中注意對爐體各部位漏風情況的檢查：調節側壁燒嘴風門，防止進氣量較高造成浪費，注意側壁視火孔的檢查等。在停爐檢修期間，將修復保溫襯里作為常規工作之一，加強襯里薄弱部位的檢查，特別是爐底燒嘴上部、視火孔、防爆門、人孔門、側壁燒嘴周圍等，并對局部脫落的保溫進行修補，使用優質的保溫材料對損壞的爐墻的裂縫進行填塞，改善爐體的密閉保溫性能[4]。

3.2.2 做好燒嘴的日常維護

燒嘴燃燒正常與否對熱效率的影響十分直接。實際運行中燒嘴可能出現噴孔結焦、積灰堵塞,脫火、回火等問題，燃燒出現異常就會損失熱量。巡檢中應注意檢查燒嘴燃燒情況，及時調整風門，對需要停爐清理和更換受損的燒嘴做好記錄，確保下次運行時所有燒嘴處于良好燃燒狀態。裝置運行期間定期對燃料氣罐排液，防止分離再生氣系統夾帶液相重組分到燃料氣系統，避免燃料氣受到污染。裂解爐停爐檢修期間，用蒸汽或氮氣吹掃燃料氣管線，防止燃料氣中的雜質堵塞燒嘴，冬季生產應檢查燃料氣管線伴熱情況，避免燃料氣產生凝液對燒嘴有不良影響。

3.2.3 嚴格控制氧含量和排煙溫度

調節氧含量的辦法是調節爐膛負壓和燒嘴風門，爐膛負壓要根據氧含量情況，結合燒嘴風門開度來調整。在氧含量表維護方面，應利用便攜式測氧儀對在線氧表進行校驗，對氧化鋯探頭過濾器上的積灰定期清除，并對更換清理、故障原因、投用結果等作記錄，確保在線氧表示數準確。熱效率與排煙溫度直接相關，為盡可能降低裂解爐排煙溫度，進一步細化裂解爐吹灰操作，應按周期對運行的裂解爐進行吹灰，對吹灰前后裂解爐的運行情況進行對比, 為實時了解對流段爐管積灰情況，應對排煙溫度、燃料氣消耗量等進行記錄整理。

3.2.4 加強平穩率考核

裂解爐實際運行中，與崗位人員的日常操作有著密切關系，崗位人員的責任心，對主要參數的重視程度以及操作經驗對裂解爐的運行都有很大影響，應將裂解爐氧含量、排煙溫度、COT出口溫度、燃料氣量、液化氣補給量作為平穩率考核指標[5]，實行日檢查、月考核，同時加強人員培訓。根據裝置實際運行情況，不斷調整指標控制范圍，持續改進平穩率考核指標范圍，力求裂解爐的平穩運行及優化運行。

3.3 運行效果

通過近半年的時間對裂解爐整體運行情況的優化及日常工作的細化，截至到2013年3月整理部分運行數據如表2。

表2 2013年裂解爐運行數據Table 2 Cracking furnace operation parameters in 2013

由實際運行數據可得到裂解爐熱效率有了提升，由 93.1%左右提升到 93.4%左右，其中煙氣溫度、氧含量不僅符合工藝生產指標控制要求，也取得較佳的配比關系。

4 結束語

在乙烯裝置生產技術日趨成熟的今天，延長運行周期，節能降耗，提高裝置競爭能力已經成為各個乙烯生產企業的努力方向。乙烯裝置中裂解爐作為龍頭裝置和重要設備，挖潛增效、降本降耗的潛力還有很大，而裂解爐運行過程中，熱效率又是裂解爐運行最主要的參數。要加強裝置工藝、設備的技術研究，深挖裝置潛力，不斷探索提高熱效率的辦法，逐步完善裝置運行水平，為提高撫順乙烯裝置的綜合競爭能力提供必要的保證。

［1］設備運行狀態監測技術報告.中油撫順石化設備檢測監理研究中心[R].2012-10.

［2］張磊, 何細藕.裂解爐熱效率的影響因素分析[J].石油化工設計, 2009,26 (2):25-28.

［3］王松汗.乙烯裝置技術與運行[M].北京:中國石化出版社,2009:204-205.

［4］趙錕, 任耀杰. 影響裂解爐熱效率的原因分析與對策[J].乙烯工業,2010, 22 (2):46-51.

［5］白瑋. 通過強化管理提高裂解爐熱效率的研究[J].當代化工,2011,23(1):46-49.