芳烴裝置二甲苯加熱爐的優化改造

吳鵬杰(中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

芳烴是有機化學最基本的原料之一，其中苯、甲苯、二甲苯更是石油化工的基礎原料，被廣泛應用在醫藥、建材、軍事以及農藥制造等領域。二甲苯與人們日常生活息息相關，需求量較大。二甲苯加熱爐作為芳烴裝置的重要熱源，對二甲苯加熱爐進行優化改造是芳烴裝置節能降耗的重要方式之一，同時也是當前我國石油化工企業的重要研究內容。

1 二甲苯加熱爐

1.1 加熱爐簡介

加熱爐一般由輻射室、對流室、燃燒器、余熱回收系統及通風系統五部分組成。

某廠600kt/a 芳烴裝置二甲苯加熱爐采用單輻射室單對流式的立式爐爐型，正常工藝介質熱負荷162.231MW，過熱蒸汽熱負荷為4.56MW。工藝介質分20 管程先經對流室，再進入輻射室加熱至所需溫度，過熱蒸汽共分8 管程，僅在對流室過熱，輻射爐管和對流爐管均為20#碳鋼，對流管除遮蔽段采用光管外，其余為翅片管。輻射室底部設置60 臺NOx 氣體燃燒器。

1.2 余熱回收系統流程簡介

如圖1 所示，二甲苯加熱爐的熱煙氣經熱煙道進入高溫段板式空氣預熱器和低溫段鑄鐵雙向翅片預熱器，與空氣換熱后經冷煙道由煙氣引風機引入獨立水泥煙囪后排放。冷空氣由空氣鼓風機送入空氣預熱器與煙氣換熱，熱空氣由熱風道送入加熱爐爐底風道供燃燒器燃燒使用。冷風道上設有旁通風道用以調節排煙溫度，熱風道上設有旁通煙道用以事故狀態下使用。

2 二甲苯加熱爐的問題

2.1 關鍵儀表布局不均衡

二甲苯加熱爐關鍵儀表如表1 所示，由于現場爐膛內部是由60 臺NOx氣體燃燒器構成10 個輻射傳熱單元，儀表數量與爐膛實際情況不匹配，造成上述儀表無法準確反映爐膛內火焰燃燒情況。有可能造成爐膛氧含量、CO 含量、溫度、負壓等關鍵參數不具有參考價值，存在嚴重隱患。

圖1 空氣預熱系統簡圖

表1 二甲苯加熱爐現有關鍵儀表數量

例如氧化鋯分析儀作為爐膛氧含量、CO 含量監測表，僅一臺無法反映爐膛內部實際情況，若氧含量過高則鼓風機負荷增加裝置能耗增大，加熱爐設備材質氧腐蝕加劇；若氧含量過低則燃料氣燃燒不完全、加熱爐熱效率降低，嚴重時對流段積灰、易發生尾部二次燃燒事故損壞設備。因此，從節能降耗和保護設備的角度考慮，都有必要對關鍵儀表進行改造。

2.2 鼓風機吸風口存在缺陷

從圖1 可知：兩臺空氣鼓風機共用吸風口，而裝置正常生產時經常需要兩臺鼓風機同時運行，導致風量太少，且存在搶量現象，嚴重制約加熱爐上限。經過多方測算認為迫切需要對其進行優化改造。

2.3 燃氣管線布置不合理

如圖2 所示現有燃料氣管線在加熱爐周圍呈U 型布置，但是二甲苯加熱爐規模大、燃料氣調節閥后壓力低(約0.12MPa)，而燃料氣管線長導致管線經過阻火器后壓降大，因此造成管線末端壓力較低，燃料氣供應不足，在實際生產中調整火焰燃燒存在很大難度。為降低操作難度、提高工作效率，決定對燃料氣管線進行改造。

圖2 燃料氣管線示意圖

2.4 預熱器底部排水設施實用性低

因燃料氣主要成分為甲烷等，燃燒會產生水，煙氣與空氣換熱后冷凝在低溫段預熱器底部排入地漏，而現有排水設施是在預熱器底部排水切斷閥后法蘭加一個蓋板，排水切斷閥為常開狀態，利用預熱器內部壓力與外界壓力不等進行排水。因蓋板長時間來回動作造成蓋板不易固定，時間久了蓋板易脫落導致排水不暢，從而設備腐蝕加劇，且預留地漏口過小，經常造成水無法排入漏斗，在地面四處流動，既要經常固定蓋板又污染環境，實用性能降低。

2.5 聯鎖系統存在隱患

煙氣入引風機溫度表是聯鎖表，聯鎖結果為停引風機、關閉引風機出口切斷擋板、打開煙氣進預熱器旁路閥。但由于該溫度測點僅有一個，且受不可抗拒因素(如臺風等)過多，易失靈觸發聯鎖造成聯鎖誤動作，對裝置影響較大，造成裝置安全生產隱患，因此該聯鎖自投產以來經常處于摘除狀態，對裝置自動化率產生一定影響。

3 二甲苯加熱爐優化改造措施

3.1 增加關鍵儀表數量

對于氧化鋯分析儀、爐膛溫度表、爐膛壓力表增加數量，全部增至10 臺，與輻射傳熱單元一一對應，準確反映加熱爐爐膛內部燃燒情況，以指導調整每個輻射傳熱單元內的燃燒器。由于原有熱風道各支管壓力表使用率不高，決定將其拆除，在原基礎上安裝遠傳壓力表，以減少風道重新開孔適當降低裝置內動火量，用來指導中控室調節風道蝶閥開度。

3.2 增加鼓風機吸風口

原有鼓風機吸風口繼續使用，新增相同規格吸風口一個，改為一對一分別設置。同時拆除原入口風道和支架，重新設計該部分風道及支架。

3.3 重新布置燃氣管線

如圖3 所示，將燃料氣主管線分成兩個支管，延加熱爐環狀分布，分別接入各個燃燒器，且在每條支管末端設置遠傳壓力檢測點，用以指導調整火焰燃燒情況、降低操作難度。

3.4 改造預熱器底部排水管線

如圖4 所示，利用連通器原理，在排水切斷閥后增加U 型管，在U 型管后路接入漏斗。正常情況下仍保持排水切斷閥常開狀態，在U 型管處形成液封，當預熱器底部水高度超過液封高度時自動排入漏斗進入地下管網，在下游裝置進行進一步處理回收，減少環境污染。

圖3 改造后燃料氣管線示意圖

圖4 改造后排水管線示意圖

3.5 聯鎖系統優化改造

結合實際，煙氣入引風機溫度高高聯鎖經常性摘除的解決方案有兩種：永久性取消該聯鎖或增加溫度測點。經過主要側重于安全方面的綜合考量，決定將溫度測點增至三個，改為三取二聯鎖。

4 二甲苯加熱爐優化改造效果

本次改造后，加熱爐監測儀表數量大大增加，通過對監測數據綜合分析后能夠準確判斷爐膛內部火焰燃燒情況，對重要參數加強監控，爐膛溫度按不超過800℃、負壓按-60kPa、氧含量按2%～4%、CO 含量按0ppm 控制，使加熱爐熱效率保持在94.3%以上。

同時根據熱風道各支管壓力，減小風道擋板開度，鼓風機負荷也有一定下降。燃料氣管線改造后壓降大、末端壓力低的情況有所緩解，加熱爐調整難度降低，工作效率提升。預熱器底部排水設施改造后一直能夠正常運行，水流能夠準確排入地漏進入地下管網到達下游裝置處理回收，從而既避免造成水資源浪費又避免了環境污染。煙氣入引風機溫度高高聯鎖增加溫度測點改為三取二聯鎖后該聯鎖能夠一直處于投用狀態。

5 結語

總之，本次優化改造達到了提高芳烴裝置經濟技術指標、消除瓶頸的目的，對裝置節能降耗產生了重要作用。企業只有不斷對二甲苯加熱爐的缺陷環節加以研究，同時不斷增加資金和設備的投入，攻克二甲苯加熱爐中的重點和難點，才能提升我國的生產設備和制作工藝，最大限度的提高芳烴裝置的效益，提升石油化工企業的競爭力。