抑制乙烯裝置裂解爐爐管結焦的措施研究

張桐陽

摘? 要： 乙烯工程中經常會使用乙烯裝置;乙烯裝置由裂解、壓縮、分離等3個系統組成，是工程中最基礎的一部分;在日常應用中，乙烯裝置是 運用裂解爐進行高溫裂解活動，在經過急冷還有壓縮的程序生產產品有關產物;使用乙烯裝置時，乙烯裝置負荷不斷加重，導致其中烷烴含量升高;不 僅讓乙烯裝置不斷消耗能源還使乙烯裝置長期處于高負荷運行中。

關鍵詞： 乙烯裝置;裂解爐;爐管結焦;措施研究

1 抑制乙烯裝置裂解爐爐管結焦的主要措施

1.1? 選擇優質裂解原料和原料優化

（ 1 ）優化乙烯原料。優化裂解原料要從生產源頭抓起，優化煉油加 工方案，增加正構烷烴含量高的石腦油的供給;從提供燃料用油為主轉變 為提供燃料用油和化工原料相結合，選擇原油品種要充分考慮石腦油收率 和品質，盡量做到相同品質原油分儲、分輸、分煉。（ 2 ）選擇優質的裂 解原料。在相同工藝技術水平前提下，乙烯收率取決于裂解原料性質，不 同裂解原料，綜合能耗相差較大;裂解原料選擇在很大程度上決定乙烯生 產的能耗水平;通過適當調整裂解原料配置結構，優化煉油加工方案，增 加優質乙烯原料供給，改善原料結構和整體品質，在提高乙烯收率的同時 達到節能降耗的目標。（ 3 ）優化工藝操作條件。優化裂解爐工藝操作條 件，不僅能使原料消耗大幅度降低，還能使乙烯生產能耗明顯下降;不同 裂解原料對應不同爐型有不同工藝操作條件;對一定性質裂解原料與特定 爐型，在滿足目標運轉周期和產品收率前提下，都有適宜的裂解溫度、進 料量與汽烴比;充分利用流程模擬和蒸汽裂解模擬評價實驗裝置等生產優 化工具預知裂解原料的裂解效果，對裂解溫度、裂解收率做到提前預知，? 在裂解溫度控制上做到窄范圍穩定控制;烴類裂解條件是高裂解溫度、短 停留時間和低烴分壓，這三個變量通過以下四個操作變量調節：烴進料流 量、稀釋蒸汽流量、爐管出口壓力和COT;在正常生產中，前三個變量變 化很少，而COT可在一定范圍內調節;另外COT熱電偶由于局部結焦，導致 測量值與實際值存在較大偏差（ 30℃～40℃）可以考慮在分析儀和采樣分 析相結合。

1.2? 優化燒焦控制方案

裂解爐燒焦操作是完全耗能工況，在燒焦過程中需要消耗大量稀釋 蒸汽、工業風、燃料氣等能源，通過合理控制裂解爐，減少裂解爐燒焦次 數;優化裂解爐燒焦方案，縮短裂解爐燒焦時間，到達節省裂解爐燒焦過 程中的能量消耗目的。乙烯裝置裂解爐爐管內由于長時間裂解反應會產生 一層焦，阻止熱量傳遞，再加上裂解反應本身是強吸熱反應，結焦后，反 應溫度達不到要求，而降低乙烯收率，影響裂解爐爐管性能;故要將所結 的焦燒掉;大量燒焦實踐證明，燒焦過程是完全耗能的過程;可采取改良 燒焦控制方案措施實現節能降耗;改良燒焦控制方案時，應充分考慮裂解 深度、稀釋比、燒焦次數、垢度結售速度、氣流量，空氣流速及燒焦溫度 等對裂解爐燒焦效率的影響，對不同類型裂解爐燒焦工藝特點做深入分析 并進行合理優化，以SRT-IV型裂解爐為例，燒焦前一日燒焦溫度過高，會 使大量焦垢從爐管內壁脫落，導致爐管堵塞，溫度過高也易使爐管局部累 積大量熱量，導致爐管被燒壞，嚴重時可導致爐管被燒穿;燒焦前期應將 溫度控制在相對較低范圍內，提高稀釋蒸汽流量及裂解系統整體熱容量;? 燒焦過程中，遵循適量、穩定及循序漸進原則，逐步提高爐管內氧氣流量 與燒焦溫度參數;觀察爐管表面溫度變化及爐管狀態，使用紅外測溫儀以 每兩刻鐘一次頻率、以層級爐管最高溫度為標準檢測爐管表面溫度，防止 出現燒壞爐管現象;輻射段爐管表面溫度過高時，通過調整爐管內空氣 量、稀釋蒸汽量及調節火候等手段控制其表面溫度，全面清理輻射段爐管 焦垢;燒焦結束后，對爐管內燒焦氣采樣分析，對分析結果進一步改良燒 焦控制方案。

1.3? 提高裂解爐熱效率排煙溫度

（ 1 ）降低排煙量和排煙溫度可以降低排煙損失。不可無限制下調帶 排煙機爐子，煙氣露點溫度為排煙溫度下限;若排煙溫度低于煙氣中酸性 氣體露點溫度，將出現對流段爐管腐蝕問題;在降低排煙溫度時，必須考慮煙氣中酸性氣體露點溫度，此溫度取決于燃料中的硫含量;為防止對流 段發生腐蝕，需提高對流段爐管材質等級或需對燃料含硫量嚴格限制;降 低排煙溫度主要措施有改良對流段設計，包括增大傳熱面積、增加對流段 管束、縮短對流段爐管與爐墻距離等;定期吹掃對流段爐管外表積灰，降 低過剩空氣系數也很重要。（ 2 ）控制過剩空氣系數。過剩空氣系數大多 是影響熱效率的主要因素，頂嘴用于降低空氣過剩系數和提高裂解爐熱效 率;增大過剩空氣能保證燃料完全燃燒，相同排煙溫度下，排煙熱損失加 大，裂解爐熱效率相應降低;在保證燃料完全燃燒前提下，降低過剩空氣 系數也是提高裂解爐熱效率的措施之一。（ 3 ）加強絕熱保溫。爐墻散熱 受傳熱溫差、環境溫度、風速等因素影響;廠區內環境溫度與風速是不可 控因素，能改善的是加強保溫，減少散熱溫差;為減少爐體熱損失，對保 溫材料及保溫設計進行改良，如選用優質保溫材料，增加保溫層厚度。

1.4? 實施新型節能技術

（ 1 ）燃燒空氣預熱技術。空氣燃燒預熱最常用的方式主要是通過利用 熱源和煙道氣體燃燒排煙余熱法進行燃燒空氣的預熱，最近開始有研究利 用廢棄的低壓蒸汽、中壓蒸汽凝液或急冷水等介質燃燒空氣進行預熱燃燒 空氣，節能環保效果顯著。

（ 2 ）爐管強化傳熱技術。開發強化裂解改善爐管的技術強化傳熱后裂 解技術具有重要實際應用意義;直接加強爐管強度和傳熱穩定性，從而提 高裂解爐傳熱穩定度和效率，節省了燃料的消耗，強化傳熱后的裂解技術 爐管內的熱流動狀態可以得到改善;直接使裂解爐在加熱過程產物的質量 和選擇性有所提高;由于強化傳熱后的改善，爐管傳熱管壁溫度有顯著降 低，有利于延長傳熱后裂解爐正常運轉周期。

（3 ）風機變頻技術。目前國內外很多鍋爐裂解處理裝置都采用變頻電 機技術替代普通電機，完全取消了煙道的風擋板，由于變頻電機轉速直接 通過電壓調節并控制電機爐負壓;采用變頻電機不僅啟動電流低，正常運 轉時比普通電機能節電30%-40%，實際完全采用380v的低壓變頻電機。

（4 ）裂解爐與燃氣蒸汽輪機的聯合空氣裂解技術。采用燃氣輪機裂解 爐與高溫燃氣裂解輪機進行聯合的解決方案是，燃料氣先直接進入裂解爐 燃氣輪機進行發電，? 產生450℃-550℃的高溫裂解爐燃氣，? 再直接送入高 溫裂解爐輪機作為助燃的空氣;由于燃氣裂解輪機的燃燒室中裂解爐的燃 料燃燒所用的富氧和過剩裂解爐空氣的富氧系數一般為3-4，因此，燃氣輪 機裂解爐排出的富氧和高溫裂解爐燃氣中富氧所含有的能量和體積為富氧 分數13%-15%的高溫富，將排出的高溫富氧和過剩燃氣作為高溫裂解爐的 助燃空氣，還可以使燃氣輪機裂解爐起到很強的功能燃燒于裂解爐空氣預 熱器的作用，?同時使燃氣輪機裂解爐排氣的高溫燃燒能量也得以充分的綜 合利用，還會使裂解爐高溫燃料能量的消耗大幅度下降。

2 結語

在石油化工中，乙烯是非常重要的基本原料，通常是通過管式爐烴類 熱裂解的方式來生產的，而乙烯裂解爐在乙烯裝置中是非常核心的部分，? 如果操作不當，則有可能出現嚴重結焦現象;因此，對乙烯裝置裂解爐爐 管結焦情況進行分析，提出抑制乙烯裝置裂解爐爐管結焦的措施，對于提 高乙烯的產量和延長裂解爐的運行周期等有著重要影響。

參考文獻：

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