乙烯裝置蒸汽系統操作優化與節能改造

鄒鋮

(中國石化廣州分公司，廣州 510000）

中國石化廣州分公司乙烯裝置（以下簡稱廣州乙烯）于1997年投產，年產聚合級乙烯20萬t，采用Stone&Webster公司USC型管式蒸汽裂解、四段壓縮、丙烯乙烯復迭制冷、順序深冷分離等專利技術。蒸汽消耗是乙烯裝置的重要能耗指標，通過對蒸汽系統進行優化減少蒸汽用量，以節約能源、降低成本、提高效益。

1 蒸汽系統運行分析

1.1 蒸汽系統基本情況

廣州乙烯蒸汽系統主要分為4個壓力等級：超高壓蒸汽系統（ES，11.5 MPa）、高壓蒸汽系統（HS，3.5 MPa）、中壓蒸汽系統（MS，1.0 MPa）、低壓蒸汽系統（LS，0.3 MPa）。其中ES全部來自裂解爐廢熱鍋爐，HS主要由裂解氣壓縮機抽汽和外引動力蒸汽構成，MS管網蒸汽、LS管網蒸汽由壓縮機透平、減溫減壓器提供，具體管網結構如圖1所示。

1.2 蒸汽平衡分析

乙烯裝置能源構成中，3.5 MPa蒸汽消耗僅次燃料消耗，約占總能耗的40%，有較大的優化空間，減少3.5 MPa蒸汽消耗是乙烯裝置節能優化的重點。3.5 MPa蒸汽平衡見圖2。HS主要用于驅動丙烯機透平、乙烯機透平和其他小型透平。正常生產時，管網壓力偏低由外引動力HS補入，壓力偏高則通過減溫減壓器和丙烯機透平抽氣/凝氣比降低管網壓力。

圖1 乙烯裝置蒸汽管網

圖2 乙烯3.5 MPa蒸汽平衡

1.3 主要問題分析

1.3.1 裂解爐產汽量偏低

由于裂解爐生產的ES基本上全部用于驅動裂解氣壓縮機透平，ES產量越高，則透平抽出的HS量越高，HS管網外引HS量越低，見圖3。

圖3 自產ES量與外引HS量

ES產量偏低主要有以下5個方面原因：

1）裂解爐的超高壓蒸汽放空閥存在不同程度的內漏問題，導致超高壓蒸汽泄漏。

2）投料模式影響，投加氫尾油的裂解爐受COT限制，產汽率偏低，只有1左右，低于投石腦油或輕石腦油1.3的水平。

3）裂解爐對流段積累灰塵，影響換熱效率。

4）原料中雜質導致廢熱鍋爐結焦嚴重，ES產量偏低。

5）連排、間排出現泄漏而引起ES泄漏。

1.3.2 壓縮機透平效率偏低

裂解氣壓縮機透平和丙烯壓縮機透平為抽汽凝汽式，壓縮機負荷及透平的進汽量受裂解負荷、投料模式、原料組成等因素影響。兩臺透平運行情況見表1。

與設計值對比，裂解氣壓縮機透平因負荷及原料成分的影響，轉速高于標定值，但進汽量明顯不足；丙烯壓縮機透平在轉速一定的情況下，進汽量高于設計值，抽汽量少，凝液量超標；兩臺透平真空度遠遠偏離設計值，說明兩臺汽輪機的運行效率較低。

表1 裂解氣壓縮機和丙烯壓縮機透平運行數據

1.3.3 蒸汽管網不平衡頻繁放空

乙烯裝置通過透平抽氣/凝氣比的調整和輔鍋各級減溫減壓閥平衡化工區各級蒸汽管網壓力，但受季節氣溫變化、下游裝置檢修或其他因素影響，中壓和低壓蒸汽經常出現過剩的情況，需要放空，對裝置蒸汽能耗影響較大，目前存在主要問題如下：

1）中壓蒸汽過剩時，一般要減少丙烯機透平抽氣量，但丙烯機復水器原設計凝氣能力僅為30 t/h，目前基本處于滿負荷狀態，調節余量較少。

2）裂解爐受NOx排放限制，裝置目前需要停空氣預熱器，導致低壓蒸汽過剩時無法調整。

2 運行優化措施

2.1 提高裂解爐產汽量

2.1.1 抑制廢熱鍋爐結焦

裂解原料主要有石腦油、輕石腦油和加氫尾油，原料中的烯烴和芳烴是造成廢熱鍋爐結焦的主要成分，為了驗證產汽量與原料中烯烴、芳烴含量的關系，對裂解爐進行標定，結果見表2。一臺裂解爐采用一種原料在同樣負荷和COT控制下，運行至同一運行周期（30～35天），加工石腦油時，烯烴含量由0.40%上升至1.85%，產汽比下降0.03。當加工加氫尾油時，BMCI值由14.5降低至12.2，產汽比上升0.07，說明原料中烯烴、芳烴引起廢熱鍋爐結焦，導致ES產量降低。根據運行經驗，通過密切監控原料分析數據，聯合上游裝置及時調整，將石腦油中烯烴控制在1%（w）以下，將加氫尾油的BMCI值控制在12以下，可以有效減輕廢熱鍋爐結焦，提高ES產汽量[1]。

2.1.2 安排裂解爐對流段吹灰

當裂解爐排煙溫度高于150℃時，對裂解爐對流段進行吹灰，通過外操觀察煙囪排煙情況，保持與吹灰操作人員的聯系。單個孔吹灰結束以煙囪不冒黑煙為標志。完成1次吹灰，汽包出來的飽和蒸汽進入裂解爐對流段“冷”蒸汽過熱盤管，過熱后溫度能夠提高約5℃，經過BFW注入后，能夠在一定程度上提高單爐產汽量[2]。石腦油爐運行至45天后吹灰，吹灰前后工藝參數見表3。

表2 裂解爐產汽比標定結果

表3 裂解爐吹灰前后工藝參數對比

2.1.3 裂解爐化學清洗

化學清洗的機理是通過清洗液的浸潤、滲透、乳化、分散和剝離性能，將污垢從對流段爐管表面清除干凈[3]。清洗過程是由清洗設備將清洗液輸送到對流段頂部，由上而下噴淋到對流段管束表面，在對流段下部安裝1個接液槽，將清洗液導出爐體。裂解爐對流段化學清洗后，在進料量相當的情況下，排煙溫度下降了18℃左右，裂解爐熱效率相應上升了1%，鍋爐給水上水量和減溫水量同時上升，有效提升了超高壓蒸汽的產量。

2.1.4 合理安排裂解爐燒焦周期

裂解爐一般燒焦周期為55～60天，運行末期急冷鍋爐結焦嚴重，產汽比下滑，及時根據產量情況合理安排裂解爐燒焦可以有效將總產汽比保持在合理水平。一臺加工石腦油的裂解爐運行周期產汽比變化見圖4。隨著運行時間的增加，產汽比由1.40逐漸降低至1.28。

圖4 裂解爐運行周期內產汽比變化

2.1.5 減少超高壓蒸汽泄漏

對汽包連排和間排進行檢查，減少泄漏量。在裂解爐點火升溫、燒焦、降溫和停爐期間，溫度變化快，不規范的操作和排污閥內漏會造成排污量增加。加強汽包連排和間排檢查，及時更換內漏閥門，提高操作精度，可以有效減少泄漏量。利用停爐機會處理ES放空閥內漏，減少超高壓蒸汽放空。

2.2 透平增效節能改造

2.2.1 改造內容

將裂解氣壓縮機透平和丙烯壓縮機透平原有轉子組件中的部分葉片替換為高效翼型葉片，并更新部分高效隔板，更換新型進汽噴嘴環和第6級抽汽噴嘴及導向環，采用刷式密封。

2.2.2 改造后運行情況

裂解氣壓縮機透平改造投用后機組運行正常，改造后機組功率增加了5%，總進汽量保持不變，凝汽量相應減少，從而多抽出HS，裝置外引動力HS相應減少約6.5 t/h，復水器真空度提高了29 kPa，提升約46%；丙烯機透平經過改造后運行正常，機組功率比改造前增加了5%，進汽流量反而減少4.8 t/h，即外引HS減少了4.8 t/h，抽汽量減少2.8 t/h，凝汽量減少2 t/h，復水器真空度提高了7 kPa，提升約12.5%。

通過噸乙烯HS耗量可以直觀反映HS節省情況。對比乙烯裝置生產負荷、原料以及乙烯產量工藝參數相差不大的情況，將生產月報中記錄的乙烯裝置大修前2015年8—10月和大修后2016年2—3月的噸乙烯產品高壓蒸汽消耗量平均值數據進行對比，詳見表4。

由表4數據可見，改造后裝置的噸乙烯HS耗量明顯下降，由3.4 t/t左右下降到2.8 t/t左右，下降了17.6%。根據項目投資概算，改造項目投資為1 894.59萬元。按蒸汽的年平均價格184元/噸計算，改造后每年節能效益約1 821.38萬元，投資回收期約12個月。

表4 兩臺透平改造前后蒸汽消耗量對比

2.3 蒸汽平衡優化

2.3.1 裂解氣壓縮機、丙烯機透平抽凝比調整

正常生產情況時，根據壓縮機運行工況特點，合理調整蒸汽管網工況，使壓縮機透平多抽氣，增加蒸汽梯級利用效率。壓縮機抽氣量明顯增加，外引動力高壓蒸汽量大幅降低，蒸汽使用得到進一步優化，能耗明顯降低。特殊情況時，例如下游裝置停工，中壓蒸汽過剩，就需要降低丙烯機抽凝比，減少中壓蒸汽產出，避免中壓蒸汽過剩放空。

2.3.2 蒸汽管網平衡內部調整

1）稀釋蒸汽系統調整。當中壓蒸汽過剩，裂解爐負荷較低時，可以適當提高稀釋蒸汽操作壓力，增加中壓蒸汽消耗，減少中壓蒸汽過剩放空。

2）空氣預熱器調整。裂解爐空氣預熱器以低壓蒸汽為熱源，一般不全部投用，可以進行調整。在低壓蒸汽過剩時可以適當投用空氣預熱器。

3）透平電機切換。裝置內的一些機泵為透平驅動，均使用高壓蒸汽作為動力，例如鍋爐給水泵、急冷油泵、急冷水泵、機組潤滑油泵等，高壓蒸汽不足時，可以適當將透平切換至電機，降低高壓蒸汽的外引量。

3 優化效果

通過實施技術改造、優化裝置運行管理，乙烯裝置蒸汽運行水平得到很大提高。透平經過大修改造后，乙烯裝置蒸汽能耗大幅降低，對比兩個大修周期運行第二年全年蒸汽能耗值，由優化前的128.85 kgEO/t乙烯降至106.85 kgEO/t乙烯，降幅達到17%。

4 結論

乙烯裝置蒸汽管網運行問題與瓶頸主要是裂解爐產汽量偏低、透平效率偏低、蒸汽管網不平衡。通過原料品質監控和操作優化提高了裂解爐產汽量，通過壓縮機透平改造降低了3.5 MPa蒸汽消耗，通過管網平衡優化減少了蒸汽放空損失，節能效果明顯。