乙烯裝置裂解爐化學清洗對超高壓蒸汽品質的影響

王強，丁少輝，李懷強，黃超，楊軍

（中國石油獨山子石化分公司乙烯廠，新疆獨山子 833699）

裂解爐是乙烯裝置的主要能耗設備，具有物流量大、停留時間短、加熱溫度高、設備表面積大等特點。隨著節能工作的不斷深入和發展，采取適當措施提高裂解爐的熱效率顯得尤為重要，對流段管束的表面清潔度直接影響換熱效率[1]。

中國石油獨山子石化分公司（以下簡稱獨山子石化）100萬噸/年乙烯裝置裂解爐長周期運行過程中，對流段爐管表面積灰嚴重，翅片管產生腐蝕，裂解爐排煙溫度升高，超高壓蒸汽（SS）溫度偏低，降低了裂解爐熱效率，使乙烯裝置能耗增加。SS溫度偏低亦是制約裂解氣壓縮機長周期穩定運行因素之一。為進一步提高SS溫度和裂解爐熱效率，采用化學清洗的方式對裂解爐對流段進行積垢清除，以提高對流段管束的導熱性能，提高換熱效率。

1 裂解爐鍋爐給水系統流程

獨山子石化100萬噸/年乙烯裝置裂解爐采用德國LINDE公司專利技術，裂解爐配置為8臺“雙輻射室”PyroCrack 1-1型裂解爐，正常工況7開1備，裂解原料為石腦油、加氫尾油、液化石油氣、輕烴和該裝置循環乙烷、循環丙烷、循環碳五[2]。

圖1 NAP/GAS裂解爐給水流程

圖1為獨山子石化百萬噸乙烯裂解爐流程，鍋爐給水（BFW）在鍋爐水預熱段（ECO）管束中被加熱后進入汽包，再通過8根下降管進入線性急冷換熱器（LQE）進行換熱，產生含汽率10%的濕飽和蒸汽，水混合物由8根上升管進入汽包的氣室。來自汽包10-V-0X31（X表示1#~8#爐位號）的飽和超高壓蒸汽在裂解爐的對流段通過與向上煙道氣進行3段過熱后變為過熱超高壓蒸汽進入超高壓蒸汽管網，用于驅動裂解氣壓縮機。

2 化學清洗原理及過程

化學清洗原理即利用清洗液的濕潤、滲透、乳化、分散和剝離性能，將污垢從爐管表面清除干凈。清洗過程即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爐管表面，在對流段下部安裝一個接液槽，將清洗液導出爐體。

將裂解爐對流段分五層進行化學清洗，過程分別為預清洗、清洗和沖洗。預清洗是利用清洗液的滲透和潤濕性能，使預清洗藥劑逐步潤濕污垢的表面，再滲透到污垢內部，使污垢疏松和易于分散。清洗時，清洗液的主要組分是表面活性劑，可降低溶液的表面張力，并具有優良的乳化和分散性能，與助劑復配后，能迅速將污垢從設備表面脫落、分散后隨清洗液一起帶走，從而達到清除污垢的目的。經預清洗、清洗后爐管表面仍有極少量的污垢，為進一步提高清洗效果，增加沖洗過程。沖洗是利用剝離劑的剝離作用將設備表面殘留的污垢剝離、沖洗干凈。

3 化學清洗后效果

裂解爐對流段爐管在長期運行過程中，表面有大量沉積物積聚，其結構較為緊密，難以通過聲波震動將其破壞除去，通過清洗后爐管翅片上基本無污垢存在，設備基本見本色。裂解爐對流段清洗前后外觀見圖2。

圖2 裂解爐對流段化學清洗前、后對比

4 裂解爐化學清洗后SS發汽量變化

4.1 化學清洗后超高壓蒸汽管網溫度與壓力變化

將2017年2—8月這一時間段裂解爐相同負荷下的超高壓蒸汽管網流量和溫度進行對比（見表1）發現，SS溫度由清洗前的488.7℃逐漸提高至493℃，但SS產量明顯下降，前期裂解爐無備用模式運行時SS產量大約在520 t/h以上，最高時甚至需要開減溫減壓站平衡蒸汽，而目前SS產量長期維持在493 t/h，SS產量相差30 t/h左右。

表1 裂解爐清洗前后所產SS溫度及流量

4.2 化學清洗后單臺裂解爐工藝參數變化

對比各臺裂解爐在相同進料負荷、相同裂解深度條件下，化學清洗前后數據發現，裂解爐對流段各個模塊的換熱效率均有所提升，排煙溫度以及燃料氣用量均有所下降，SS溫度有了明顯提高，鍋爐給水量明顯下降，SS產量明顯下降。具體見表2。

表2 單臺裂解爐化學清洗前、后數據對比

5 化學清洗經濟效益分析

化學清洗后由于傳熱效率的提高，裂解爐相同工況下燃料氣耗量減少，以3#裂解爐為例，節省燃料氣效益如下：

3#裂解爐節約燃料氣總量為（48 t/h輕烴為例）316 m3/h，目前天然氣價格為2 330元/噸，1 m3/h燃料氣折算為天然氣是0.713 kg/h，則3#裂解爐一年（8 000 h）節約燃料氣費用419.97萬元。1 m3燃料氣折算為標油是0.66 kg，則3#裂解爐平均能耗降低了1.67 kgEO/t，裝置產能按125 t/h計算。裂解爐化學清洗效果評價見表3。

通過表3可以看出，采用對流段化學清洗能夠有效清除裂解爐對流段積垢，從而提高對流段爐管管束的導熱性能，提高了換熱效率，經濟效益可觀。

表3 裂解爐化學清洗效果評價

6 超高壓蒸汽產量減少的原因

對裂解爐對流段進行化學清洗后發現，裂解爐的SS產量明顯下降，造成裝置在高負荷運行時裂解氣壓縮機低壓閥全開。

鍋爐給水由水加熱到過熱蒸汽的過程經歷三個階段，即未飽和段、汽化段、過熱段。裂解爐正常運行情況下汽包壓力為12.783 MPa，在該壓力下鍋爐給水飽和溫度為329℃。

化學清洗前，由于裂解爐積灰嚴重，對流段熱效率明顯下降，為保證SS溫度，提高進入裂解爐的空氣量，在裂解爐負荷及裂解爐出口溫度不變的條件下，裂解爐燃料氣耗量增加，使進入對流段的高溫煙氣流量增加，從而提高了超高壓蒸汽的過熱溫度。但SS過熱段上下溫差小，充分說明對流段存在積灰，污垢熱阻增大，造成熱效率差，當提高SS過熱溫度的同時整個對流段溫度都在上升，鍋爐給水預熱段煙氣溫度上升，使得鍋爐給水預熱后的溫度升高，最高溫度達280℃，但此溫度仍未達到汽包壓力下的汽化溫度，所以化學清洗前鍋爐給水在對流段未產生蒸汽。

鍋爐給水預熱后的溫度升高，使鍋爐給水進入LQE的溫度升高。根據熱量衡算方程可知熱流體放出的熱量等于冷物體吸收的熱量，所以化學清洗前，裂解爐鍋爐給水預熱溫度升高，LQE處汽化量增加，進入汽包的濕蒸汽量增加，導致發汽量增加。

化學清洗后，爐管翅片表面清洗干凈，對流段堆積粉塵消除，超高壓蒸汽過熱段吸收熱量增加，SS溫度明顯提高，裂解爐排煙溫度明顯下降。鍋爐給水預熱后溫度明顯下降，LQE處發汽量相比化學清洗前有所下降。

7 結論

通過化學清洗后，對流段爐管翅片表面積灰基本清洗干凈，提高了對流段爐管管束的導熱性能，裂解爐所產超高壓蒸汽品質得到改善，裂解爐熱效率得到提高，有利于裂解氣壓縮機長周期運行和裝置節能降耗。

八面來風

二甲苯異構化新催化劑

埃克森美孚開發的二甲苯異構化新催化劑稱為雙床層催化劑，使乙苯脫烷基和二甲苯異構化的汽相異構化反應分開進行。

第一種催化劑（裝在下行式反應器的上部床層或徑向反應器的外側床層）主要用于乙苯催化轉化為苯，不發生芳烴裂化反應。擇型反應的機理是，鄰二甲苯和間二甲苯不發生變化，乙苯轉化為苯、鄰二甲苯和間二甲苯。在生產這種催化劑的工藝過程中，使用一種提高選擇性的無定形助劑。這種助劑的作用一是減小沸石的孔口，限制較大的分子進入沸石孔中。因為乙苯的動力學直徑較小，乙苯擴散通過沸石孔道不會受阻。反之，較大的C8分子（鄰二甲苯和間二甲苯）在提高選擇性的催化劑中幾乎全部不能進入沸石孔中，因此在沸石孔中的活性中心就不會有烷基轉移反應。在沸石孔道中的催化活性可以調節到只有希望出現的乙苯單程脫烷基反應，不增加不希望出現的副反應（包括二甲苯分子）。二是鈍化沸石催化劑的外表面酸性，不影響內孔系統，鄰二甲苯和間二甲苯不暴露到活性中心，同時旁路沸石孔道。

第二種催化劑（裝在下行式反應器的下部催化劑床層或徑向反應器的內側床層）主要催化二甲苯異構化。反應是鄰二甲苯和間二甲苯異構化生成對二甲苯、鄰二甲苯和間二甲苯。鄰二甲苯和間二甲苯在第二種催化劑床層中進行異構化達到二甲苯平衡。第二種催化劑活性很低，因為二甲苯異構化反應需要的活性比乙苯脫烷基反應低很多。而且，因為催化劑活性低，在第一種催化劑床層中得到的苯產品在第二種催化劑床層中不反應。