王輝，劉冰

（天津大沽化工股份有限公司氯乙烯分廠,天津300450）

二氯乙烷裂解爐的節(jié)能改造探究

王輝，劉冰

（天津大沽化工股份有限公司氯乙烯分廠,天津300450）

本文主要介紹了二氯乙烷裂解爐的節(jié)能改造，將二氯乙烷裂解爐的燒嘴進(jìn)行了改造，把燃?xì)庥稍鹊奶烊粴飧臑闅錃?，并分析討論了燃?xì)飧脑斓木唧w過程和內(nèi)容、改造后的操作方法以及發(fā)生異常狀況時的對策等。經(jīng)計算改造后，每年預(yù)計可節(jié)約2600萬元左右的。

EDC裂解爐；節(jié)能改造；氫氣

1 裂解爐能耗分析

天津大沽化工股份有限公司氯乙烯分廠共有3套裂解爐裝置，原設(shè)計燃料為天然氣，近年來天然氣價格逐年上升。為進(jìn)一步降低成本節(jié)能增效，氯乙烯分廠決定改用電解分廠無下游用戶的副產(chǎn)物氫氣為燃料。由于兩種燃料的熱值和特性偏差較大，原來的燒嘴已經(jīng)不能滿足安全燃燒要求，因此，氯乙烯分廠在2012年對一期氯乙烯裝置的裂解爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了改造。本文闡述了二氯乙烷（EDC）裂解爐在改造后運行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，并提出了解決措施。改造后裝置運行穩(wěn)定，取得了可觀的經(jīng)濟效益。

一期氯乙烯裝置是EVC技術(shù)，主要通過直接氯化法以乙烯、氯氣為原料和氧化法以乙烯、氧氣、氯化氫為原料生產(chǎn)EDC。EDC裂解爐是氯乙烯單體生產(chǎn)過程中的核心設(shè)備，其主要作用是將氣相的EDC在高溫條件下裂解生成氯乙烯單體和氯化氫，然后在后續(xù)的生產(chǎn)工序中進(jìn)行急冷和精制，最后分離出合格的氯乙烯單體和氯化氫，氯乙烯單體送往聚氯乙烯分廠聚合，氯化氫送去氧氯化單元。EDC裂解爐型式多種多樣，我公司采用的是水平分置箱式爐，1996年正式投產(chǎn)使用，裂解爐原設(shè)計使用天然氣加熱，主要由對流段和輻射段兩部分組成。裂解爐有16個燒嘴，平均分布在裂解爐的兩側(cè)。對流段主要是回收煙道氣熱量，利用裂解爐的余熱進(jìn)行液相EDC的預(yù)熱、鍋爐給水的預(yù)熱和廢熱鍋爐產(chǎn)中壓蒸汽。裂解爐輻射段爐管分兩程水平分置在箱式爐內(nèi)，主要進(jìn)行氣相EDC的過熱、裂解。在裂解爐生產(chǎn)運行中，存在燃料成本較高的問題，考慮到氯堿分廠副產(chǎn)大量氫氣且無下游用戶，為了節(jié)能，對一期裂解爐燒嘴進(jìn)行全部改造。

2 裂解爐的技術(shù)改造措施及操作方法

2.1 裂解爐存在的問題

裂解爐設(shè)計出口溫度為490～500℃，氣相EDC進(jìn)入裂解爐裂解生氯乙烯單體和氯化氫，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

通過多年的使用發(fā)現(xiàn)，裂解爐的高溫控制需要燃燒大量的天然氣來提供所需熱量且天然氣價格逐年上漲，每年天然氣消耗800萬m3，是氯乙烯分廠的耗能大戶，考慮到降低成本的要求，在保證原EDC(二氯乙烷)裂解爐生產(chǎn)工藝性能及加熱要求的前提下，對EDC(二氯乙烷)裂解爐燒嘴進(jìn)行改造，燃料由天然氣改為氫氣，改造后可大大降低生產(chǎn)氯乙烯單體的成本，提高裝置運行的經(jīng)濟效益，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.2 裂解爐的改造情況

裂解爐的改造，解決了以上存在的問題，改造的重點是將裂解爐的燒嘴進(jìn)行改造，原料改用氫氣，在氫氣不足的情況下也可采用氫氣與天然氣混燒，長明燈仍使用天然氣，保證安全。

2.2.1 裂解爐的改造內(nèi)容

為了實現(xiàn)裂解爐在滿負(fù)荷條件下全部使用氫氣或氫氣與天然氣混燒，氧氯化分廠與設(shè)計所進(jìn)行了深入的技術(shù)交流，分析了兩種燃料的特性并根據(jù)生產(chǎn)的實際情況及燃燒器的特性做出了以下方案。

1）燒嘴的安裝尺寸未變，便于安裝，并保留原有的長明燈系統(tǒng)；

2）加裝了阻火器防止回火，保證使用安全；

3）從電解分廠到裂解爐鋪設(shè)氫氣管道并配有疏水小罐，防止氫氣帶水影響燃燒效果，并裝有兩個過濾器防止氫氣夾帶堿沫堵塞燒嘴；

4）安裝了用于混燒的天然氣、氫氣混合器，以便氯堿分廠生產(chǎn)負(fù)荷變化氫氣不足時進(jìn)行混燒；

5）設(shè)計了氫氣連鎖系統(tǒng)，保證安全。

2.2.2 裂解爐改造后的操作流程

圖1 改造后氫氣、天然氣管線示意圖

2.2.2.1 開車操作

打開10″燃?xì)夤芫€盲端的兩道2″排放手閥，同時檢查每個燒嘴兩道3″手閥處于關(guān)閉狀態(tài)，壓力表手閥及倒淋打開。將氮氣吹掃管線在線，通知內(nèi)操打開HV-F201-9進(jìn)行氮氣吹掃。吹掃5min后，從S-217測含氧小于0.5%時為合格，關(guān)閉排放閥HVF201-9，并投自動。檢查所有燒嘴的長明燈手閥及燒嘴兩道3″手閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

裂解爐系統(tǒng)重調(diào)，按下控制柜上“F201RESET”黃色按鈕約0.5min后“F201 SHUTDOWN”燈滅，HV-F201-5關(guān)閉,UV-F201-1、HV-F201-3、HV-F201-4全開。緩慢打開PV-F201-1給燃?xì)夤艹鋲褐链笥?0 kPa時打開10″燃?xì)夤芫€盲端的兩道2″排放手閥，通過阻火器排放。約15min后，再從S-217取樣分析含氫氣大于90%為合格，關(guān)閉排放手閥。

爐膛測爆合格后，聯(lián)系內(nèi)操點長明燈，所有長明燈點燃后手動調(diào)節(jié)氫氣調(diào)節(jié)閥PV-F201-1將混合器后壓力控制在25～60 kPa左右。對所要點燃的燒嘴進(jìn)行氮氣吹掃，打開第二道3″手閥，關(guān)閉壓力表倒淋，打開1/2″吹掃手閥。吹掃1min后關(guān)閉氮氣吹掃手閥，打開第一道3″手閥，確認(rèn)燒嘴已點燃后，根據(jù)燒嘴火焰燃燒狀態(tài)及時調(diào)節(jié)燒嘴壓力（燒嘴前壓力約為25～30 kPa）和燒嘴風(fēng)門，保證火焰在滿足裂解爐生產(chǎn)負(fù)荷的前提下，不舔爐管，一層燒嘴火焰高度確保不達(dá)到二層燒嘴的平臺，二層燒嘴火焰高度不超過裂解爐變徑處為宜。正常情況下煙道氣風(fēng)門應(yīng)在70%以上，各燒嘴的風(fēng)門應(yīng)在70%以上。每當(dāng)點燃2～3個燒嘴后，根據(jù)混合器后壓力適時調(diào)節(jié)PV-F201-1的開度。根據(jù)負(fù)荷情況點燃其他燒嘴，待16個燒嘴全部點燃后將氫氣壓力控制器PICA-F201-1投串級操作，其設(shè)定值由TICA-F201-14給定。

2.2.2.2 停車操作

當(dāng)停車減少氫氣量時，應(yīng)通知生產(chǎn)指揮中心及氫氣站。滅燒嘴步驟：①打開該燒嘴的氮氣吹掃手閥。②關(guān)閉所要滅的燒嘴第一道氫氣3″手閥。③吹掃1min后結(jié)束，關(guān)閉吹掃氮氣手閥。④關(guān)閉燒嘴第二道氫氣3″手閥，打開該燒嘴壓力表倒淋。

當(dāng)所有的燒嘴都滅后，關(guān)死氫氣調(diào)節(jié)閥PVF201-1，并通知現(xiàn)場關(guān)死燒嘴長明燈手閥。打開10″燃?xì)夤芫€盲端的兩道2″排放手閥，內(nèi)操按下“F201燃?xì)庀到y(tǒng)SHUTDOWN”按鈕。UV-F201-3、HV-F201-3、HV-F201-4關(guān)閉，HV-F201-5打開，HV-F201-9自動打開進(jìn)行氮氣吹掃，5分鐘后自動關(guān)死，同時通知現(xiàn)場關(guān)閉10″燃?xì)夤芫€盲端的兩道2″排放手閥。若裂解爐短時間停車，燃?xì)庀到y(tǒng)可不進(jìn)行停車處理，即不進(jìn)行內(nèi)操按下“F201 SHUT?DOWN”操作。

2.2.2.3 裂解爐改造后的技術(shù)指標(biāo)

a.新型燃燒器在生產(chǎn)滿負(fù)荷的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣、天然氣的混燒，全燒氫氣以及全燒天然氣。

b.燃燒器外形尺寸不變，便于和原來的接口連接，防止墻體破壞和重新澆鑄。

c.燃燒器改造后，能保持爐膛內(nèi)溫度分布梯度。燒嘴壓力控制在25～30kPa，防止回火。

2.3 改造后裂解爐運行中出現(xiàn)的問題分析及對策

裂解爐燃料由天然氣改成氫氣后，各項工藝指標(biāo)正常，未出現(xiàn)大的偏差，但操作難度增大，運行過程中存在不確定因素。

2.3.1 氯堿分廠異常停車

電解分廠生產(chǎn)出現(xiàn)異常，造成氫氣壓力下降或中斷氫氣供給。如：電解槽掉槽子，設(shè)備泄漏等原因。內(nèi)操通知外操立即打開天然氣至混合器的手閥并及時打開天然氣調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)天然氣與氫氣的配比，同時降低裂解爐負(fù)荷。逐漸開大天然氣調(diào)節(jié)閥FV-NG-1，同時關(guān)小氫氣調(diào)節(jié)閥PV-F201-1，直至混合器后壓力穩(wěn)定，操作時防止壓力低造成裂解爐聯(lián)鎖。同時關(guān)注個燒嘴燃燒狀況，調(diào)節(jié)火焰至正常，必要時降低燒嘴壓力。待電解分廠氫氣系統(tǒng)恢復(fù)正常后，逐漸提升氫氣量，降低天然氣用量，系統(tǒng)穩(wěn)定后逐漸恢復(fù)生產(chǎn)負(fù)荷。

2.3.2 裂解爐聯(lián)鎖停車

裂解爐聯(lián)鎖停車，內(nèi)操及時通知生產(chǎn)指揮中心和氯堿分廠，注意氫氣管網(wǎng)壓力。通知外操關(guān)閉長明燈手閥，此時UV-F201-3、HV-F201-3、HVF201-4、FV-NG-1、PV-F201-1自動關(guān)閉，HVF201-5、HV-F201-9自動打開。HV-F201-9自動關(guān)閉后，氮氣吹掃結(jié)束通知外操關(guān)閉每個燒嘴兩道3″手閥。若停車原因不影響重新開車，進(jìn)行爐子測爆，燃?xì)夤芫€置換，待合格后點嘴子升溫。若不具備開車條件，200單元（氯乙烯生產(chǎn)單元）進(jìn)行停車處理工作。

2.3.3 生產(chǎn)系統(tǒng)異常停車

生產(chǎn)出現(xiàn)異常情況后需要緊急停車，立即聯(lián)系生產(chǎn)指揮中心，得到允許后逐漸降低氫氣用量，待氫氣用量降至氯堿分廠可接受量時，直接按下裂解爐燃?xì)庀到y(tǒng)停車按鈕，按聯(lián)鎖停車進(jìn)行操作。

2.3.4 氫氣系統(tǒng)壓力波動

當(dāng)混合器后壓力逐漸降低時，及時聯(lián)系生產(chǎn)指揮中心和氯堿分廠，明確是否輸送來的氫氣壓力偏低并應(yīng)及時提高氫氣壓力，若氯堿分廠壓力正常則立即切換氫氣過濾器進(jìn)行清理。當(dāng)混合器后壓力逐漸上漲而氫氣流量逐漸降低時，說明阻火器堵需及時清理。

2.4 改造后裂解爐效益的計算

表1 一期裂解爐燃?xì)庀到y(tǒng)改造前后天然氣用量比較

由表1可以看出，改造前天然氣的用量為1050m3/h左右，設(shè)計改造后為氫氣與天然氣混燒，天然氣用量在400m3/h，其余熱負(fù)荷全用氫氣代替。后經(jīng)過對燒嘴及風(fēng)門進(jìn)行調(diào)整，現(xiàn)改為全部使用氫氣，燃燒狀況良好，裂解爐內(nèi)溫度分布與改造前狀況基本一致。裂解爐純燒氫氣后，裂解爐的長明燈為天然氣的唯一用戶，用量大概是50m3/h。

裂解爐燒嘴改造完成后，每小時節(jié)約天然氣約為1000m3/h，年操作時間按8000h計算，每年節(jié)約天然氣800萬m3。天然氣價格為3.25元/m3，年收益在3.25×800=2600萬元。

3 結(jié)束語

由以上計算可以看出，裂解爐經(jīng)過改造后經(jīng)濟效益是非?？捎^的，說明EDC(二氯乙烷)裂解爐節(jié)能改造在實際操作中基本達(dá)到了設(shè)計要求，雖然操作難度增加了但降低了生產(chǎn)氯乙烯單體的成本，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益。降低成本，節(jié)能降耗也符合國家的能源政策。同時也為其他裝置的改造提供了借鑒，為環(huán)保事業(yè)也做出了貢獻(xiàn)。

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.04.010

TQ222.2+

2015-03-15

王輝（1986～），男，大本，助理工程師，主要從事生產(chǎn)技術(shù)工作。