朱景剛 張遠(yuǎn) 吳騰亮 等

摘 要：撫順乙烯采用S&W的USC-176U型裂解爐，在燒焦操作中經(jīng)常出現(xiàn)爐管堵塞現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化裂解爐燒焦過(guò)程中空氣用量、燒焦溫度和蒸汽用量，縮短燒焦時(shí)間，降低裝置能耗物耗。

關(guān) 鍵 詞：裂解爐；燒焦；節(jié)能

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 221 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）10-2422-04

Investigation and Optimization of Decoking Process for USC-176U

Cracking Furnace With a Steam/Air Mixture

ZHU Jing-gang，ZHANG Yuan，WU Teng-liang，WANG Yan-ping

（PetroChina Fushun Petrochemical Company， Liaoning Fushun 113008，China）

Abstract： USC-176U cracking furnace of S&W incorporation was applied to Fushun ethylene unit. The phenomenon of tube blocking frequently occurred during decoking process. According to the practical experience， the operation of decoking process was improved on temperature and steam/air consumption， and the energy consumption of ethylene unit was reduced.

Key words： Furnace； Decoking； Energy conservation

撫順石化公司800 kt/a乙烯裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)撫順乙烯）使用S&W專(zhuān)有的超選擇性裂解（USC）技術(shù)，該技術(shù)具有停留時(shí)間短，高轉(zhuǎn)化率，運(yùn)行周期長(zhǎng)，原料分配靈活等特點(diǎn)。裂解爐采用“雙輻射段”即通過(guò)采用兩個(gè)輻射室（雙爐膛）共用一個(gè)對(duì)流段，使用文丘里分配器，使所有的輻射段盤(pán)管流速一致，保證每根爐管有相同的停留時(shí)間。USC型裂解爐具有獨(dú)立爐膛清焦操作的功能，當(dāng)裂解爐需要清焦時(shí)，每個(gè)爐膛可單獨(dú)清焦，提高裂解爐的整體使用率。

1 裂解爐結(jié)構(gòu)

撫順乙烯裝置共有7臺(tái)USC-176U型新鮮進(jìn)料裂解爐（F-1110～F1170）和1臺(tái)USC-12M型循環(huán)氣體爐（F-1180），其中F-1110～F1140為重質(zhì)原料裂解爐，可以裂解加氫裂化尾油（HTO）、常壓柴油（AGO）和混合石腦油（NAP）；F-1150～F-1170為輕質(zhì)原料裂解爐，可以裂解混合石腦油，F(xiàn)-1160和F-1170的A爐膛可以裂解循環(huán)C2/C3；F-1180為循環(huán)氣體爐，裂解裝置自產(chǎn)C2/C3。USC-176U型重質(zhì)進(jìn)料裂解爐基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 對(duì)流段

烴進(jìn)料通過(guò)4個(gè)單獨(dú)流量控制閥進(jìn)入裂解爐，在對(duì)流段的兩側(cè)各有2個(gè)通道，原料在HC PH 1和HC PH 2模塊中預(yù)熱。稀釋蒸汽同樣在4個(gè)流量調(diào)節(jié)閥控制之下進(jìn)入裂解爐，在對(duì)流段的兩側(cè)各有2個(gè)通道，以便維持每個(gè)通道的稀釋蒸汽注入量，稀釋蒸汽進(jìn)入DS PH模塊中過(guò)熱后與烴進(jìn)料混合。在輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐中，過(guò)熱后的稀釋蒸汽與預(yù)熱后的烴進(jìn)料混合，混合物將進(jìn)一步在HC+DS 1和HC+DS 2模塊中相繼預(yù)熱。在重質(zhì)進(jìn)料裂解爐內(nèi)，稀釋蒸汽采用二次注氣。

當(dāng)裂解重質(zhì)進(jìn)料時(shí)，一部分稀釋蒸汽注入到預(yù)熱后的重質(zhì)進(jìn)料中，混合物在HC+DS 1模塊中進(jìn)一步加熱。剩余的稀釋蒸汽在DS PH模塊中過(guò)熱，然后通過(guò)混合器注入到來(lái)自HC+DS l的重質(zhì)進(jìn)料和部分稀釋蒸汽混合物中。

1.2 輻射段

裂解爐均采用雙爐膛配置，即每臺(tái)裂解爐具有2個(gè)相同的輻射爐膛。USC型裂解爐共有176根U型輻射管，每個(gè)爐膛內(nèi)單排懸掛88根爐管。在對(duì)流段預(yù)熱過(guò)的原料和稀釋蒸汽混合物由4根橫跨管分別引入到16個(gè)輻射段入口集合管中，每根橫跨管連接4個(gè)集合管，每個(gè)集合管再通過(guò)11根輻射管將裂解原料輸送進(jìn)爐膛中。每根輻射爐管的入口處布置文丘里噴嘴，保證到所有輻射爐管的進(jìn)料的均勻分布。輻射爐管大約在爐管的中部變徑，輻射爐管入口內(nèi)徑45 mm，出口內(nèi)徑51 mm，每根輻射爐管的有效長(zhǎng)度23 m。

1.3 急冷換熱器

裂解爐采用封閉耦合式SLE急冷換熱器，是一種套管式線性換熱器。輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐中，每1根輻射爐管對(duì)應(yīng)1根SLE管束；在重質(zhì)進(jìn)料裂解爐中，每2根輻射爐管對(duì)應(yīng)1個(gè)SLE管束。對(duì)于輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐，SLE內(nèi)管的內(nèi)徑為57.4 mm，有效傳熱長(zhǎng)度為17.9 m；對(duì)于重質(zhì)進(jìn)料裂解爐，SLE內(nèi)管的內(nèi)徑為84 mm，有效傳熱長(zhǎng)度為19.8 m。裂解氣自下而上穿過(guò)急冷換熱器內(nèi)管，套管外走鍋爐給水，急冷裂解氣后產(chǎn)生超高壓蒸汽。

2 運(yùn)行情況

撫順乙烯目前有6臺(tái)新鮮進(jìn)料裂解爐和1臺(tái)循環(huán)氣體爐生產(chǎn)，新鮮進(jìn)料裂解爐工藝參數(shù)見(jiàn)表1。裝置負(fù)荷304 t/h，其中重質(zhì)進(jìn)料裂解爐原料包括HTO和AGO，COT控制830 ℃，稀釋比為0.8，運(yùn)行周期約60天； 輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐原料為NAP，COT控制840 ℃，稀釋比0.5，運(yùn)行周期約70 d。1臺(tái)重質(zhì)進(jìn)料裂解爐作為備用，可以裂解HTO、AGO和NAP。

3 蒸汽-空氣燒焦

裂解爐長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后在爐管和急冷鍋爐管內(nèi)壁會(huì)生成焦垢，焦垢會(huì)使?fàn)t管內(nèi)徑變小，物料流動(dòng)過(guò)程的壓降增大，生產(chǎn)效率下降。常用的在線清焦方式有：蒸汽-空氣燒焦、空氣燒焦、蒸汽燒焦，撫順乙烯USC-176U型裂解爐采用在線蒸汽-空氣燒焦工藝，裂解爐燒焦曲線如圖2所示。

裂解爐在退料后COT降至810 ℃，用掃線蒸汽和稀釋蒸汽對(duì)裂解爐進(jìn)行掃線，流量分別控制在2.5 t/h和7.5 t/h，掃線時(shí)間大約2 h。在通入空氣前將掃線蒸汽和稀釋蒸汽流量分別提至3 t/h和9 t/h，然后逐步提高空氣流量，在燒焦初期要控制爐管表面溫度溫升小于20 ℃。燒焦時(shí)間約20 h后，將COT提高至850 ℃，同時(shí)繼續(xù)提高空氣流量。當(dāng)裂解爐出口CO2含量小于0.2%時(shí)燒焦操作結(jié)束，燒焦氣與燒焦時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)表2。

撫順乙烯裂解爐在燒焦初期經(jīng)常發(fā)生爐管表面焦塊脫落，造成部分爐管堵塞。在燒焦過(guò)程中如果爐管發(fā)生堵塞，采取增加單組空氣用量、提高COT和延長(zhǎng)燒焦時(shí)間等措施可以達(dá)到清焦目的，嚴(yán)重時(shí)需要停爐檢修。裂解爐燒焦過(guò)程不僅會(huì)增加裝置的能耗物耗，同時(shí)是影響整個(gè)乙烯裝置長(zhǎng)周期滿負(fù)荷運(yùn)行的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)同行關(guān)于裂解爐燒焦工藝進(jìn)行了一系列的模擬和優(yōu)化[1]，鑒于撫順乙烯兩年多燒焦操作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)USC型裂解爐蒸汽-空氣燒焦工藝進(jìn)行部分優(yōu)化。

4 方案優(yōu)化

如何降低裂解爐燒焦時(shí)間是裂解爐燒焦工藝的研究重點(diǎn)，國(guó)內(nèi)先進(jìn)的燒焦工藝可以將裂解爐燒焦時(shí)間縮短至24 h以?xún)?nèi)[2]?？諝庥昧亢蜔箿囟仁怯绊懥呀鉅t燒焦過(guò)程的主要因素，蒸汽用量也是裂解爐燒焦過(guò)程中能耗較大的一部分，因此撫順乙烯在空氣用量、燒焦溫度和蒸汽用量方面優(yōu)化裂解爐燒焦工藝，優(yōu)化后的燒焦曲線如圖3所示。

4.1 方案一

如圖3所示，在裂解爐退料后將COT控制在830 ℃，用3 t/h的掃線蒸汽和9 t/h的稀釋蒸汽對(duì)爐管進(jìn)行掃線，掃線時(shí)間1 h。在裂解爐燒焦過(guò)程中逐步提高空氣用量，最終提高至6 t/h。同時(shí)掃線蒸汽和主稀釋蒸汽用量隨著空氣用量的提高逐漸降低，分別降至0 t/h和6 t/h。燒焦初期將COT分別提高至850 ℃、870 ℃，最終COT控制在880 ℃。整個(gè)燒焦過(guò)程要時(shí)刻關(guān)注爐管表面溫度，控制溫升小于15 ℃。爐管表面溫度穩(wěn)定后將掃線蒸汽和主稀釋蒸汽流量分別提高至2 t/h和7.5 t/h。

由圖4可以看出，在燒焦過(guò)程中當(dāng)COT在810 ℃和830 ℃時(shí)，因燒焦物料中的氧含量較低，燒焦過(guò)程中放出的熱量較小，COT在小范圍波動(dòng)。當(dāng)COT提高至850 ℃，空氣量提高至2 t/h后，COT開(kāi)始出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，說(shuō)明爐管內(nèi)的大量焦碳與氧發(fā)生反應(yīng)，此時(shí)應(yīng)控制COT波動(dòng)范圍在±15 ℃之間，避免爐管因大量放熱造成局部過(guò)熱而損壞。但燒焦過(guò)程進(jìn)行一段時(shí)間后，COT波動(dòng)減弱趨于平緩，說(shuō)明爐管內(nèi)的大部分焦碳已完全反應(yīng)。再分別將COT提高至870 ℃和880 ℃后，隨著空氣量地增加將爐管內(nèi)剩余的焦碳清除。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)對(duì)燒焦質(zhì)量和燒焦過(guò)程中物料消耗情況的分析，優(yōu)化燒焦方案中的COT控制指標(biāo)、空氣用量和蒸汽用量之間的關(guān)系，以達(dá)到減少燒焦時(shí)間，降低燒焦能耗的目的。

4.2 方案二

如圖5所示，在裂解爐退料后將COT降至810 ℃，用2 t/h的掃線蒸汽和7 t/h的稀釋蒸汽對(duì)爐管進(jìn)行掃線，掃線時(shí)間2 h。在通入0.3 t/h燒焦空氣后保持掃線蒸汽和稀釋蒸汽流量不變，整個(gè)燒焦過(guò)程掃線蒸汽流量保持恒定。逐步提高空氣流量至0.6 t/h，觀察爐管便面溫度溫升小于15 ℃后，將稀釋蒸汽降至6 t/h，同時(shí)將COT逐漸提高至850 ℃。爐管表面溫度穩(wěn)定后將稀釋蒸汽流量降至4 t/h，空氣流量分別提高至1 t/h和2 t/h。燒焦后期將COT提高至870 ℃，空氣流量提高至4 t/h，稀釋蒸汽流量提高至7 t/h。

優(yōu)化后的燒焦工藝，在裂解爐燒焦初期沒(méi)有再次發(fā)生爐管焦炭脫落，導(dǎo)致?tīng)t管堵塞現(xiàn)象。主要是因?yàn)樵跔t管通入空氣后爐管表面炭層松動(dòng)，燒焦初期沒(méi)有提高蒸汽用量，降低爐管內(nèi)介質(zhì)流速，避免炭層脫落堵塞爐管。