乙烯装置裂解炉系统节能降耗技术应用研究

李俊清

摘要：裂解炉系统是乙烯装置的重要设备也是原料高温转化的关键设备，其本身具有高温、高压、超高压、轻重燃料气系统等特点，同时易发生易燃易爆、泄漏、堵塞、断裂等特点。因此裂解炉系统的平稳长周期运行是乙烯装置安稳长满优的有力保障，也是获得良好经济效益的保障。本文结合某乙烯装置近年来以节能降耗减排为工作重点对乙烯装置裂解炉系统应用节能降耗技术在提高裂解炉原料的处理能力、热效率及节能降耗方面所起的重要作用。通过这些措施的实施，保持了装置的安稳长满优运行，乙烯装置的各项指标明显提高，并取得了较好的经济效益。

关键词：乙烯装置；裂解炉系统；节能降耗技术

前言

乙烯装置是石化企业的龙头，裂解炉是乙烯装置的关键设备，同时也是耗能大户，其能耗占装置能耗的80％以上，因此做好乙烯装置裂解炉的节能降耗工作尤为重要。

1裂解炉系统能耗概况

乙烯装置中的裂解炉一般由对流段、辐射段和急冷系统3部分构成。反应所需的高位热能是在辐射段通过燃烧器燃烧燃料的方式提供。对流段的目的是回收高温烟气余热,以用来气化原料,并将其过热至横跨温度,送入辐射段进行热裂解;多余的热量用来预热锅炉给水和过热由急冷锅炉系统产生的高压蒸汽。急冷锅炉系统的作用是回收离开辐射段的高温裂解气的能量以产生饱和超高压蒸汽。燃烧热中约42%在辐射段提供反应热和升温,约51.5%在对流段被回收,约1.5%为热损失,其余为排烟损失。裂解炉的节能正是围绕上述各部分来进行的。

2裂解炉系统节能降耗技术

2.1空气预热技术

裂解炉是乙烯装置的耗能大户，提高热效率，降低燃料气单耗是装置节能降耗的重要措

施。空气预热器利用装置余热加热燃烧器助燃空气，通过将环境温度下的“冷”空气加热到炉膛温度，达到节约燃料的目的。这样既可以充分利用这些余热，节省燃料消耗，还可以减少冷却这些余热所需的二次能耗。据估算将燃烧空气由常温加热到100℃时，燃料用量由100％降至95.5％，节省燃料4.5％，相应减少3％的烟气排放量，可降低能耗3％左右。图l是空气预热温度与热效率的关系。

图l 空气预热温度与热效率的关系

2.2强化传热技术

改善裂解选择性，乙烯收率提高一个百分点，单位能耗和物耗降低大约3％，因此裂解选择性是决定乙烯装置能耗的最基本因素。按照普兰特边界层流动理论，当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴在壁面的一层极薄的流体，将附着在壁面不滑脱，在流体流动主体和壁面之间存在一个流动边界层，基本上是靠热传导进行传热，虽然很薄，但传热阻力很大，因此减薄边界层可以有效的增加传热。北京化工研究院开发的强化传热构件是一段扭曲片管，它是一种管内带有扭曲片管的精密整铸件。该扭曲片管可以强迫裂解炉管内的流体从原来的柱塞流改变成旋转流，对炉管管壁有一个强烈的横向冲刷作用，从而减薄边界滞留层，减缓管壁的结焦趋势，以达到强化传热、延长裂解炉运转周期的目的。

2.3看火孔加塞保温块

裂解炉在侧壁设置有多个看火孔，用于观察烧嘴与炉管情况，由于侧壁看火孔盖板衬里比较单薄盖板表面温度较高，热损失较大为减少者部分热损失，在看火孔内加塞保温块的办法，不仅看火孔盖板表面温度大幅降低，而且也大大减少了看火孔处的漏风量。

对流段翅片管更换裂解炉对流段翅片管积灰和结垢，以及腐蚀使翅片管的传热效率降低，对流段管组从烟气中吸取的总热量下降，最终导致排烟温度升高，燃料气用量增加，热效率降低。该问题已经成为制约裂解炉安全，高效，节能及长周期运行的因素。

以往对翅片管采用化学清洗，虽然排烟温度得到了降低，热效率得到了提高，但已经腐蚀的翅片管存在较大的安全隐患。为此对流段盘管进行了更换。更换后，排烟温度下降幅度很大。

2.4裂解炉引风机电机更换为变频电机

裂解炉在实际运行中，因热负荷、燃料组份的变化，使得加热炉烟气中最佳过剩氧量很难控制，使用传统的“三门一板”很难准确地控制烟气中的氧含量。在裂解炉引风机的电机上分别安装变频调速器，通过改变电动机定子电源频率来改变电动机转速，使空气量和烟气量靠调节引风机的电机频率来实现，风量和烟气量能够做到准确控制，从而保证燃料燃烧充分，裂解炉高效运行和平稳，同时达到节电目的。通过将风机使用了变频风机以后分析发现。节电效果明显。由于风机挡板的取消，解决了风门挡板卡涩问题，减少了安全隐患。

2.5炉膛衬里更换

裂解炉的散热损失并不大，一般仅占炉子总能量的l％-2％。因此靠减少散热损失来提

高热效率的余地并不大。但对于已经使用多年，炉墙已有损坏的炉子，及时修补炉墙对减少

散热损失，提高热效率却是很有必要的。

2.6优化操作

裂解炉的节能降耗另一重要因素就是优化工艺操作，通过优化操作最大限度减少系统波

动，使装置平稳运行来提高裂解收率，提高裂解热效率。

（1）原料优化：原料的裂解性能在很大程度上决定了乙烯生产的能耗水平。原料中芳烃类物质的含量，还会大大加速高温裂解过程中炉管的结焦速度，影响传热效果，极大地降低了能源利用率。由此可见，有效地提高原料的质量，对裂解炉的节能降耗有着重要的作用。某乙烯装置所用原料主要为NAP，原料来源不稳定，且经常含高氯，高硫等成分，对裂解炉和后系统造成很大影响。后经多方努力使原料来源趋于稳定。大大减少了对系统的调整，使装置在平稳状态下运行。

(2)COT投先进控制：对裂解炉先进控制系统DCS组态，采用APC控制技术，将COT偏差稳定控制在±2℃以内。减轻劳动强度，提高运行稳定性，经济效益显著。

(3)改进裂解炉的投油方法：投油前将DS提到设计量的130％～150％，摘除FG单炉低压联锁，放开全部底部烧嘴和部分侧壁烧嘴，保持较好的燃烧状态，投料和FG供给由主控室内操同步完成，避免了COT大范围波动，自该投油方式实行后。在投油过程中没有出现大幅度飞温的情况。

(4)合理控制过剩空气系数：过剩空气系数过大或过小都会使裂解炉燃料用量增加，从而使裂解炉热效率下降。因此首先要使燃烧器性能良好，保证在较低的过剩空气系数下完全燃烧；其次是在操作过程中管好看火门、人孔门、弯头箱等关闭不严或炉墙有泄漏之处，防止这些地方漏入空气白白带走热量，降低热效率。

3结束语

裂解炉在运行过程中，受原料组分、燃料气压力、热值、系统调整、负荷变化、设备老化等因素影响，裂解炉会出现运行周期缩短，烧焦频繁，辐射段炉管出现断裂、堵塞等情况，影响正常生产。近几年来，通过对裂解炉进行技术改造和革新，优化和规范操作与精心维护，节能降耗成绩显著，经济指标持续得到了提高。

参考文献：

[1] 王国清，张利军，杜志国．裂解炉装置节能降耗技术的推广应用[J]．乙烯工业，2010,13（08）:26-28.