李 宏 冰

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乙烯裝置低火炬排放開車探討

李 宏 冰

（中國(guó)石油撫順石化公司烯烴廠, 遼寧 撫順 113004）

針對(duì)撫順石化新建80萬t/a乙烯裝置首次開車過程，在乙烯產(chǎn)品沒有合格之前，大量的物料排放至火炬系統(tǒng)，不僅造成物料的浪費(fèi)，給企業(yè)造成損失；而且大量排放造成環(huán)境污染。在裝置檢修期間，通過和同行業(yè)的交流和討論，裝置現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了一些技術(shù)改造，在2013年11月的裝置開車期間，基本實(shí)現(xiàn)了低火炬排放的開車，大大降低了物料的排放。

低火炬排放; 撫順乙烯

撫順石化80萬t/a乙烯裝置于2009年4月開工建設(shè)，2012年7月中交，10月28日一次開車成功，穩(wěn)定運(yùn)行7個(gè)月后，因公司煉油裝置檢修，2013年5月乙烯裝置停車進(jìn)行檢修和優(yōu)化消缺工作，在調(diào)研的基礎(chǔ)上增加了低火炬排放的設(shè)施。 2013年11月1日乙烯裝置按照低排放方案重新投料開工運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了在沒有外來天然氣和超高壓蒸汽的情況下，裝置低火炬排放開車成功。

1 裝置簡(jiǎn)介

乙烯裝置采用的是美國(guó)斯通韋伯斯特(S&W)公司的專利技術(shù)，裂解爐為USC型管式裂解爐；急冷油塔、急冷水塔、堿洗塔采用S&W的波紋塔盤；裂解氣壓縮采用五段壓縮，分離系統(tǒng)采用雙塔前脫丙烷、前加氫、低壓乙烯塔與乙烯壓縮機(jī)構(gòu)成開式熱泵、深冷分離采用了S&W公司最新的專利技術(shù)HRS(熱集成精餾系統(tǒng))等先進(jìn)的工藝技術(shù)[1]。

2 方案確定

2.1 低火炬開車的總體思路

乙烯裝置低火炬開車就是降低火炬的排放量，其關(guān)鍵點(diǎn)是將開車過程的物料回收或縮短自投料到產(chǎn)品合格時(shí)間以及減少開工過程的物料投入量[2]。由于受排放火炬物料性質(zhì)和排放量的影響，開車過程的物料很難實(shí)現(xiàn)大量回收；因此縮短開車時(shí)間和盡量減少開車的物料投入是乙烯裝置開車探索較多的過程。

撫順80萬t/a乙烯裝置2012年10月25日進(jìn)行裝置第一次投料開工，由于沒有外供天然氣和超高壓蒸汽，為了滿足裝置蒸汽需要，采用以燃料換蒸汽的方式，裝置投料裂解爐4臺(tái)，兩臺(tái)DS（稀釋蒸汽）開車高備，生產(chǎn)超高壓蒸汽約300 t/h，滿足裂解氣壓縮機(jī)透平的功率要求。原始開工由于操作不熟練，加之首次國(guó)產(chǎn)化的乙烯制冷壓縮機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，乙烯產(chǎn)品合格時(shí)間較長(zhǎng)，物料損失較大，造成環(huán)境污染和浪費(fèi)。

2013年5月，由于上游煉油裝置計(jì)劃?rùn)z修，乙烯裝置沒有原料，借此乙烯裝置進(jìn)行停車小修，小修重點(diǎn)是按照低火炬開車方案實(shí)施改造和過冬降耗消缺。在停車過程中重點(diǎn)試驗(yàn)了，裂解爐逐臺(tái)退料裂解氣壓縮機(jī)和碳二加氫反應(yīng)器能否正常運(yùn)行的情況，驗(yàn)證了一臺(tái)裂解爐運(yùn)行能夠滿足裝置一定時(shí)間內(nèi)全流程正常運(yùn)行。乙烯裝置采用前脫丙烷前加氫的工藝、乙烯精餾塔與乙烯制冷壓縮機(jī)采用開式熱泵流程[3]，碳二加氫物料在不合格前要大量排放到火炬系統(tǒng)，而且，乙烯系統(tǒng)污染后置換物料量大、時(shí)間長(zhǎng)、損失多，在裝置檢修期間按照低火炬開工方案進(jìn)行了一些改造。

2.2 低火炬開工方案

（1）裂解氣壓縮機(jī)N2預(yù)冷直接采用裂解爐自產(chǎn)的SS（超高壓蒸汽）驅(qū)動(dòng)，改變以往的先用界區(qū)外的HS（高壓蒸汽）驅(qū)動(dòng)，待冷區(qū)系統(tǒng)氮?dú)忸A(yù)冷結(jié)束后，裂解氣壓縮機(jī)停車，蒸汽流程切換。SS（超高壓蒸汽）直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)主要是避免壓縮機(jī)的再次啟停，等后區(qū)系統(tǒng)預(yù)冷結(jié)束后，就可以投料，節(jié)省開工時(shí)間；缺點(diǎn)為：裂解爐需要至少4臺(tái)甚至更多的裂解爐處于熱備狀態(tài)，若分離系統(tǒng)預(yù)冷時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)造成燃料的浪費(fèi)，開工時(shí)間的延長(zhǎng)。

（2）急冷油系統(tǒng)、急冷水系統(tǒng)、盤油系統(tǒng)需要提前建立循環(huán)。做好急冷油反加熱的時(shí)間安排，確保急冷油、盤油溫度在進(jìn)裂解氣時(shí)，達(dá)到預(yù)熱溫度，同時(shí)避免急冷油長(zhǎng)時(shí)間在高溫下循環(huán)，急冷油品質(zhì)下降。

（3）丙烯系統(tǒng)建立循環(huán)，丙烯機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，各級(jí)丙烯冷劑溫度、壓力控制正常，丙烯精餾塔、低壓脫丙烷塔建立全回流。

（4）脫丁烷塔在投料前，引裂解碳四至脫丁烷塔并建立全回流。

（5）乙烯系統(tǒng)建立循環(huán)，乙烯壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，各級(jí)冷劑溫度、壓力指標(biāo)控制正常，乙烯壓縮機(jī)系統(tǒng)和乙烯精餾塔循環(huán)正常。

（6）在冷區(qū)系統(tǒng)N2預(yù)冷時(shí)，裂解爐處于高備狀態(tài)，不進(jìn)行投料；裂解氣壓縮機(jī)系統(tǒng)與急冷系統(tǒng)處于隔離狀態(tài)，N2需要通過補(bǔ)給閥門進(jìn)行補(bǔ)入。

（7）冷區(qū)系統(tǒng)N2預(yù)冷溫度達(dá)到-100 ℃后，裂解氣壓縮機(jī)系統(tǒng)與后區(qū)的分離系統(tǒng)通過閥門手動(dòng)進(jìn)行隔離；裂解氣壓縮機(jī)處于自身循環(huán)狀態(tài)，后區(qū)系統(tǒng)的氮?dú)馔ㄟ^放空閥門進(jìn)行泄壓至0.1 MPa。

（8）碳二加氫反應(yīng)器在N2預(yù)冷期間，就可以通過乙烯壓縮機(jī)五段出口的氣相乙烯充壓至3.2 MPa，待裝置投料后，再用反應(yīng)器進(jìn)料閥的旁路進(jìn)行實(shí)物料充壓至3.5 MPa。

（9）分離系統(tǒng)N2泄壓時(shí)，裂解爐投一臺(tái)石腦油爐子，負(fù)荷控制在70%左右，通過現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)閥，緩慢將裂解氣從急冷系統(tǒng)引至裂解氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，碳二加氫反應(yīng)器走旁路；通過關(guān)小返回閥，緩慢提高裂解氣五段出口壓力。

（10）高壓脫丙烷塔回流罐壓力達(dá)到2.45 MPa后，通過壓縮和冷區(qū)隔離閥的旁路閥對(duì)后區(qū)系統(tǒng)充壓，壓力正常后，壓縮和分離的流程打通，利用氮?dú)忸A(yù)冷流程用實(shí)物料對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的氮?dú)膺M(jìn)行置換，冷分離實(shí)物料循環(huán)，氮?dú)庾罱K由再生氣分離罐排至火炬系統(tǒng)。

（11）在單臺(tái)爐投料期間，預(yù)脫甲烷塔、脫甲烷塔建立液位，冷分離系統(tǒng)流程打通，高壓脫丙烷塔塔底的物料在塔底及靈敏板溫度正常后外送至低壓脫脫丙烷塔，熱區(qū)各系統(tǒng)流程全部打通；

（12）分離流程打通后，將甲烷/氫引入再生氣分離罐，然后，將燃料氣從再生氣罐旁路引至燃料氣分離罐，燃料氣流程全部貫通。

（13）為了滿足碳二加氫反應(yīng)器的空速要求，需要裂解爐再投一臺(tái)爐，保持2臺(tái)爐運(yùn)行，待高壓脫丙烷塔塔頂?shù)奶妓暮啃∮? 000×10-6后，反應(yīng)器開始進(jìn)料并緩慢提高碳二加氫反應(yīng)器入口溫度。

（14）利用不合格乙烯外送線將脫乙烷塔頂物料送至不合格乙烯儲(chǔ)罐，待碳二反應(yīng)器出口指標(biāo)合格，系統(tǒng)進(jìn)行置換，合格后乙烯產(chǎn)品送合格乙烯儲(chǔ)罐。

（15）高低壓脫丙烷塔開車時(shí)的再沸器以盤油再沸器為主，低壓蒸汽為副，待熱量溫定后，將低壓蒸汽加熱的換熱器進(jìn)行隔離。

（16）反應(yīng)器出口乙炔指標(biāo)合格后，再陸續(xù)投用一臺(tái)重油爐；待乙烯塔丙烯塔操作穩(wěn)定后，將循環(huán)氣體裂解爐投用，裝置保持4臺(tái)爐穩(wěn)定生產(chǎn)。

3 改造內(nèi)容

3.1 增加了一條不合格乙烯外送線

在脫乙烷塔回流罐底部碳二外送閥調(diào)節(jié)閥前增加了一條至液相乙烯外送泵出口的8〞管線，當(dāng)碳二加氫反應(yīng)器出口乙炔超標(biāo)后，將不合格乙烯通過增加的這條線外送至不合格乙烯儲(chǔ)罐，第一時(shí)間將不合格乙烯進(jìn)行隔離，防止乙烯壓縮機(jī)及乙烯塔的乙烯受污染，同時(shí)，避免不合格乙烯放火炬；在開車期間，還能降低物料的排放量，減少環(huán)境的污染（圖1）。

3.2 乙烯壓縮機(jī)五段出口增加壓控閥

乙烯壓縮機(jī)在首次投運(yùn)期間，經(jīng)常出現(xiàn)壓縮機(jī)四段、五段超壓的現(xiàn)象，當(dāng)外送氣相乙烯量降低后只能通過返回閥返回至四段，系統(tǒng)壓力波動(dòng)較大，檢修期間在乙烯壓縮機(jī)五段出口增加了壓控閥，便于乙烯壓縮機(jī)各段壓力的調(diào)節(jié)，有利于制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3.3 高低壓脫丙烷塔底部再沸器增加熱源

高低壓脫丙烷塔底部再沸器的熱源為盤油，裝置開車初期，往往因?yàn)榧崩溆?、盤油系統(tǒng)溫度波動(dòng)較大，導(dǎo)致高低壓脫丙烷塔操作不穩(wěn)定[4,5]，特別是高壓脫丙烷的操作波動(dòng)較大，對(duì)塔頂?shù)奶妓慕M分影響較大，制約了裂解氣進(jìn)入碳二加氫反應(yīng)器的時(shí)間，不僅延長(zhǎng)了開車時(shí)間，而且導(dǎo)致大量的物料排放[6]。

圖1 不合格乙烯外送流程圖

檢修期間，在高低壓脫丙烷塔底部再沸器的管程增加了低壓蒸汽的加熱流程，從低壓蒸汽總管引出低壓蒸汽，換熱后的凝液返回至凝液總管，塔的靈敏板溫度通過凝液外送閥的開度進(jìn)行控制[7]。

3.4 乙烯壓縮機(jī)三段吸入罐增加開工線

脫甲烷塔冷凝器在開車初期一直不積液，造成乙烯壓縮機(jī)一段吸入罐罐頂溫度一直偏高，檢修期間增加了從乙烯壓縮機(jī)三段吸入罐罐頂U(kuò)C閥至脫甲烷塔冷凝器液位調(diào)節(jié)閥閥前的2〞管線，便于冷凝器的積液，一段吸入罐溫度的降低。

4 低火炬排放開車過程

4.1 開車過程時(shí)間節(jié)點(diǎn)

本次開車過程中，由于檢修期間改造和檢查內(nèi)容較多，因此還是采用先氮?dú)鈱?duì)深冷系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)冷，在深冷溫度降低到達(dá)到-100 ℃后，深冷系統(tǒng)進(jìn)行冷把緊處理后[8]，深冷系統(tǒng)與裂解氣壓縮機(jī)隔離，深冷系統(tǒng)泄壓，裝置開始投第一臺(tái)裂解爐，用單臺(tái)裂解氣進(jìn)行高壓脫丙烷塔的穩(wěn)定操作、冷區(qū)系統(tǒng)的實(shí)氣置換、甲烷和氫切入燃料系統(tǒng)，整個(gè)裝置流程打通 。具體時(shí)間點(diǎn)如表1。

表1 低火炬開車具體時(shí)間點(diǎn)

4.2 裂解氣壓縮機(jī)開車期間的數(shù)據(jù)

表2為乙烯裝置自裂解氣壓縮機(jī)N2預(yù)冷開始，裝置在投料期間，裂解氣壓縮機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。

4.3 本次低火炬開車和首次開車對(duì)比

從裝置開車時(shí)間、產(chǎn)品合格時(shí)間、物料排放情況，將本次低火炬開車與首次開車做以下簡(jiǎn)單對(duì)比，具體對(duì)比如表3。

4.4 開車過程的體會(huì)

（1）利用單臺(tái)裂解爐的裂解氣循環(huán)，使部分無法倒開車的系統(tǒng)，盡早建立循環(huán)，縮短了開工時(shí)間。

（2）裂解氣壓縮機(jī)氮?dú)庾陨硌h(huán)時(shí)，調(diào)整一定要緩慢。

（3）在N2預(yù)冷達(dá)到-100 ℃，經(jīng)深冷系統(tǒng)冷緊處理，檢查無漏點(diǎn)后，投第一臺(tái)裂解爐，進(jìn)行實(shí)氣置換，打通全流程，將甲烷、氫切入燃料系統(tǒng)。

（4）投第二臺(tái)裂解爐，增加裂解氣產(chǎn)量，在保證最小流量要求的前提下，C2加氫反應(yīng)器升溫，氫氣、混合碳四合格外送。

（5）在C2加氫反應(yīng)器調(diào)整合格后，產(chǎn)品進(jìn)入乙烯精餾塔后，提高總的進(jìn)料負(fù)荷，加快置換乙烯產(chǎn)品合格的速度。

（6）碳二加氫反應(yīng)器在檢修期間一直處于氮?dú)獗籂顟B(tài)，催化劑處于鈍化狀態(tài)，在反應(yīng)器進(jìn)料后，需比平常稍微提高點(diǎn)入口溫度，有利用節(jié)省反應(yīng)器合格時(shí)間。

（7）高低壓脫丙烷塔再沸器開車期間通過低壓蒸汽進(jìn)行補(bǔ)給，不需要等急冷系統(tǒng)調(diào)整好后再進(jìn)行塔的調(diào)整，節(jié)約了開工時(shí)間，減少系統(tǒng)的波動(dòng)。

（8）過程中產(chǎn)生的不合格乙烯、丙烯、混合碳四送罐區(qū)儲(chǔ)存，生產(chǎn)正常后進(jìn)行回?zé)挘a(chǎn)品合格后切入合格儲(chǔ)罐，杜絕放空，減少損失。

（9）氮?dú)忸A(yù)冷剛開始時(shí)，全廠需要對(duì)氮?dú)庾龊闷胶?，最大用量能達(dá)到30 000 m3/h。。

（10）氮?dú)忸A(yù)冷后，分離系統(tǒng)的泄壓盡可能降低至最低值，最大化降低系統(tǒng)內(nèi)的氮?dú)猓瑴p少物料的排放。

表2 裂解氣運(yùn)行參數(shù)

表3 與首次開車對(duì)比

5 結(jié)論

（1）時(shí)間方面，本次裝置開車打通全流程比首次開車節(jié)省29 h；產(chǎn)品合格時(shí)間比上次節(jié)省50 h；氫氣甲烷回收時(shí)間節(jié)省43 h。

（2）物料方面，本次裝置開車期間和首次開車相比，原料投用量降低9 000 t；減少物料排放量約6 000 t；燃料氣消耗降低約827 t；外補(bǔ)高壓蒸汽降低11 500 t。

（3）經(jīng)濟(jì)效益，本次開車期間在原料、燃料、蒸汽等各方面的消耗量都大大降低，共節(jié)約成本約965.7萬元，給企業(yè)降低了損失。

（4）環(huán)境方面，降低了放火炬的排放量，實(shí)現(xiàn)了低火炬開車的目標(biāo)，減少了對(duì)環(huán)境的污染。

［1］于建寧，章龍江，李吉春.中國(guó)乙烯發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].石化科技與應(yīng)用,2010,3(28)： 258-263.

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Discussion on Low Emission of the Torch System During Start-up Process of Ethylene Plant

（PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113004，China）

During the first start-up process of 800kt/a ethylene plant in Fushun petrochemical company, before producing qualified ethylene products, a lot of materials were discharged to the flare system, which not only wasted materials and result ineconomic loss of the enterprise, but also polluted the environment. During plant maintenance, technological transformation of the plant was carried out. During start-up of the plant in November 2013, low torch emission was basically achieved.

Low torch emissions；Fushun ethylene

TQ 221.21

A

1671-0460（2014）06-1004-04

2014-04-20

李宏冰（1963-），男，遼寧開原人，高級(jí)工程師，1986年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院石油加工專業(yè)，長(zhǎng)期從事石油化工生產(chǎn)技術(shù)管理工作。