抑制乙烯装置裂解炉炉管结焦的措施研究

抑制乙烯装置裂解炉炉管结焦的措施研究

宫玉婷

(大庆石化公司化工一厂   黑龙江省大庆市163711)

摘  要：乙烯装置常用于乙烯工程；乙烯装置由裂解、压缩和分离系统组成，是该项目最基本的部分；在日常应用中，乙烯装置使用裂解炉进行高温裂解活动，并生产与淬火和压缩后的产品相关的产品；使用乙烯装置时，乙烯装置的负荷增加，导致烷烃含量增加；它不仅使乙烯装置不断消耗能源，而且使乙烯装置长期处于高负荷运行状态。

关键词：乙烯装置；裂解炉；炉管结焦；测量研究

1乙烯装置裂解炉管防结焦的主要措施

1.1  优化烧焦控制方案

裂解炉烧焦操作是完全耗能工况，在烧焦过程中需要消耗大量稀释 蒸汽、工业风、燃料气等能源，通过合理控制裂解炉，减少裂解炉烧焦次 数;优化裂解炉烧焦方案，缩短裂解炉烧焦时间，到达节省裂解炉烧焦过 程中的能量消耗目的。乙烯装置裂解炉炉管内由于长时间裂解反应会产生 一层焦，阻止热量传递，再加上裂解反应本身是强吸热反应，结焦后，反 应温度达不到要求，而降低乙烯收率，影响裂解炉炉管性能;故要将所结 的焦烧掉;大量烧焦实践证明，烧焦过程是完全耗能的过程;可采取改良 烧焦控制方案措施实现节能降耗;改良烧焦控制方案时，应充分考虑裂解 深度、稀释比、烧焦次数、垢度结售速度、气流量，空气流速及烧焦温度 等对裂解炉烧焦效率的影响，对不同类型裂解炉烧焦工艺特点做深入分析 并进行合理优化，以SRT-IV型裂解炉为例，烧焦前一日烧焦温度过高，会 使大量焦垢从炉管内壁脱落，导致炉管堵塞，温度过高也易使炉管局部累 积大量热量，导致炉管被烧坏，严重时可导致炉管被烧穿;烧焦前期应将 温度控制在相对较低范围内，提高稀释蒸汽流量及裂解系统整体热容量;  烧焦过程中，遵循适量、稳定及循序渐进原则，逐步提高炉管内氧气流量 与烧焦温度参数;观察炉管表面温度变化及炉管状态，使用红外测温仪以 每两刻钟一次频率、以层级炉管最高温度为标准检测炉管表面温度，防止 出现烧坏炉管现象;辐射段炉管表面温度过高时，通过调整炉管内空气 量、稀释蒸汽量及调节火候等手段控制其表面温度，全面清理辐射段炉管 焦垢;烧焦结束后，对炉管内烧焦气采样分析，对分析结果进一步改良烧 焦控制方案。

1.2优质裂解原料的选择和优化

（1）优化乙烯原料。优化裂解原料，应从生产源头入手，优化炼油加工方案，增加正构烷烃含量高的石脑油供应；从提供燃料油到将燃料油与化工原料相结合，原油品种的选择应充分考虑石脑油的产量和质量，尽量实现同质量原油的单独储存、运输和精炼。（2） 选用优质裂解原料。在相同工艺技术水平的前提下，乙烯收率取决于裂解原料的性质，不同裂解原料的综合能耗差异很大；裂解原料的选择在很大程度上决定了乙烯生产的能耗水平；通过适当调整裂解原料配置，优化炼油加工方案，增加优质乙烯原料供应，改善原料结构和整体质量，可以在提高乙烯收率的同时达到节能降耗的目的。（3） 优化工艺操作条件。优化裂解炉操作条件不仅可以大大降低原料消耗，而且可以显著降低乙烯生产的能耗；不同的裂解原料对应不同的炉型有不同的工艺操作条件；对于某些裂解原料和特定炉型，在满足目标操作周期和产品收率的前提下，有合适的裂解温度、进料速度和汽烃比；充分利用工艺模拟、蒸汽裂解模拟评价实验装置等生产优化工具，预测裂解原料的裂解效果，提前预测裂解温度和裂解收率，在裂解温度控制方面实现窄范围稳定控制；烃类裂解的条件是裂解温度高、停留时间短和烃类分压低。这三个变量通过以下四个操作变量进行调整：碳氢化合物进料流量、稀释蒸汽流量、炉管出口压力和cot；在正常生产中，前三个变量变化不大，而cot可以在一定范围内进行调整；此外，由于cot热电偶局部结焦，测量值与实际值（30℃～40℃）之间存在较大偏差，可在分析仪与采样分析相结合时考虑。

1.3  提高裂解炉热效率排烟温度

（ 1 ）降低排烟量和排烟温度可以降低排烟损失。不可无限制下调带 排烟机炉子，烟气露点温度为排烟温度下限;若排烟温度低于烟气中酸性 气体露点温度，将出现对流段炉管腐蚀问题;在降低排烟温度时，必须考虑烟气中酸性气体露点温度，此温度取决于燃料中的硫含量;为防止对流 段发生腐蚀，需提高对流段炉管材质等级或需对燃料含硫量严格限制;降 低排烟温度主要措施有改良对流段设计，包括增大传热面积、增加对流段 管束、缩短对流段炉管与炉墙距离等;定期吹扫对流段炉管外表积灰，降 低过剩空气系数也很重要。（ 2 ）控制过剩空气系数。过剩空气系数大多 是影响热效率的主要因素，顶嘴用于降低空气过剩系数和提高裂解炉热效 率;增大过剩空气能保证燃料完全燃烧，相同排烟温度下，排烟热损失加 大，裂解炉热效率相应降低;在保证燃料完全燃烧前提下，降低过剩空气 系数也是提高裂解炉热效率的措施之一。（ 3 ）加强绝热保温。炉墙散热 受传热温差、环境温度、风速等因素影响;厂区内环境温度与风速是不可 控因素，能改善的是加强保温，减少散热温差;为减少炉体热损失，对保 温材料及保温设计进行改良，如选用优质保温材料，增加保温层厚度。

1.4  实施新型节能技术

（ 1 ）燃烧空气预热技术。空气燃烧预热最常用的方式主要是通过利用 热源和烟道气体燃烧排烟余热法进行燃烧空气的预热，最近开始有研究利 用废弃的低压蒸汽、中压蒸汽凝液或急冷水等介质燃烧空气进行预热燃烧 空气，节能环保效果显著。

（ 2 ）炉管强化传热技术。开发强化裂解改善炉管的技术强化传热后裂 解技术具有重要实际应用意义;直接加强炉管强度和传热稳定性，从而提 高裂解炉传热稳定度和效率，节省了燃料的消耗，强化传热后的裂解技术 炉管内的热流动状态可以得到改善;直接使裂解炉在加热过程产物的质量 和选择性有所提高;由于强化传热后的改善，炉管传热管壁温度有显著降 低，有利于延长传热后裂解炉正常运转周期。

（3 ）风机变频技术。目前国内外很多锅炉裂解处理装置都采用变频电 机技术替代普通电机，完全取消了烟道的风挡板，由于变频电机转速直接 通过电压调节并控制电机炉负压;采用变频电机不仅启动电流低，正常运 转时比普通电机能节电30%-40%，实际完全采用380v的低压变频电机。

（4 ）裂解炉与燃气蒸汽轮机的联合空气裂解技术。采用燃气轮机裂解 炉与高温燃气裂解轮机进行联合的解决方案是，燃料气先直接进入裂解炉 燃气轮机进行发电，  产生450℃-550℃的高温裂解炉燃气，  再直接送入高 温裂解炉轮机作为助燃的空气;由于燃气裂解轮机的燃烧室中裂解炉的燃 料燃烧所用的富氧和过剩裂解炉空气的富氧系数一般为3-4，因此，燃气轮 机裂解炉排出的富氧和高温裂解炉燃气中富氧所含有的能量和体积为富氧 分数13%-15%的高温富，将排出的高温富氧和过剩燃气作为高温裂解炉的 助燃空气，还可以使燃气轮机裂解炉起到很强的功能燃烧于裂解炉空气预 热器的作用， 同时使燃气轮机裂解炉排气的高温燃烧能量也得以充分的综 合利用，还会使裂解炉高温燃料能量的消耗大幅度下降。

2 结语

在石油化工中，乙烯是非常重要的基本原料，通常是通过管式炉烃类 热裂解的方式来生产的，而乙烯裂解炉在乙烯装置中是非常核心的部分，  如果操作不当，则有可能出现严重结焦现象;因此，对乙烯装置裂解炉炉 管结焦情况进行分析，提出抑制乙烯装置裂解炉炉管结焦的措施，对于提 高乙烯的产量和延长裂解炉的运行周期等有着重要影响。

参考文献：

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[2]崔俊华.茂名乙烯裂解炉技术改造进程[J].乙烯工业，2015，（04）：41-48.

[3]黄卫东， 田亚团 . 乙烯装置裂解炉炉管检验策略的制定[J].全面腐蚀控制， 2015，04：65-67.

作者简介：姓名：宫玉婷，性别女，出生日期1985年2月19日，民族汉族，黑龙江省大庆市在大庆石化公司化工一厂裂解车间从事裂解主操工作，联系地址：大庆石化公司化工一厂裂解车间，邮编：163714。