孫新民

(中國石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶163714)

裂解爐的能耗約占乙烯裝置總能耗的60%[1]，是乙烯裝置能耗的主要組成部分。裂解爐的熱效率與乙烯裝置的節(jié)能降耗密切相關(guān)。因此，在保證裂解爐產(chǎn)能的前提下，降低裂解爐燃料氣耗用量，提高裂解爐熱效率，是實(shí)現(xiàn)乙烯裝置節(jié)能降耗的重要途徑。而對流段盤管的表面清潔度直接影響該段的換熱效果。若盤管表面結(jié)垢嚴(yán)重，會導(dǎo)致對流段換熱效果下降，排煙溫度上升，裂解爐熱效率下降，裝置能耗相對增加，嚴(yán)重時甚至影響裂解爐的安全運(yùn)行[2]。大慶石化年產(chǎn)27萬噸乙烯裝置的EF-111J爐，自1999年投用已連續(xù)運(yùn)行20年，對流段盤管表面積灰和結(jié)垢較為嚴(yán)重，翅片腐蝕，增加了對流傳熱的阻力，影響傳熱效果。2019年10月，對EF-111J爐對流段進(jìn)行了化學(xué)清洗，效果較好。

1 設(shè)備概況

大慶石化年產(chǎn)27萬噸乙烯裝置的EF-111J爐采用美國SW公司專利技術(shù)，爐型為80U型裂解爐，輻射段為A/B兩室，對流段由上至下分別為烴預(yù)熱段、鍋爐給水省煤器段、烴+蒸汽一次預(yù)熱段、高壓蒸汽一段、高壓蒸汽二段、稀釋蒸汽過熱段、烴+蒸汽過熱二段，共計(jì)7段，總計(jì)40層。其中，烴+蒸汽過熱二段最下面3層盤管為光管，其余37層盤管均為翅片管。翅片管的外表面由結(jié)實(shí)的邊緣呈鋸齒狀的翅片組成，翅片呈螺旋形纏繞，并連續(xù)地焊接在爐管上。圖紙顯示，對流段盤管總換熱面積為9 034.66 m2。由于對流段各段溫度不同，各段盤管所使用材質(zhì)也不相同，具體見表1。

表1 EF-111J爐對流段數(shù)據(jù)

2 對流段盤管需要化學(xué)清洗的原因

在裂解爐日常檢查維護(hù)中，設(shè)備人員在拆檢對流段頂部人孔及各層吹灰門時，發(fā)現(xiàn)EF-111J爐對流段頂部烴預(yù)熱段盤管結(jié)垢較為嚴(yán)重，污垢呈青綠色。污垢是由于煙氣露點(diǎn)腐蝕造成的，并且隨著污垢積累產(chǎn)生了電化學(xué)垢下腐蝕。由于對流段盤管翅片之間的積灰和煙垢以及翅片的腐蝕，使得翅片管傳熱性能下降，導(dǎo)致煙氣中的殘余熱量回收不充分，造成裂解爐排煙溫度升高，燃料氣消耗量相對增加，裂解爐熱效率降低。同時裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)裂解原料為石腦油時，排煙溫度平均為187.92℃，較設(shè)計(jì)值高出31.92℃，裂解爐熱效率平均僅為89.61%，此時裂解爐關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)已無法滿足公司節(jié)能考核指標(biāo)的相關(guān)要求，并且無可調(diào)整手段。顯然，EF-111J爐對流段盤管的積灰和結(jié)垢問題，已成為制約裝置節(jié)能降耗和長周期平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵因素，因此需要對EF-111J爐對流段盤管進(jìn)行化學(xué)清洗。

3 化學(xué)清洗原理及過程

化學(xué)清洗原理即利用清洗液的濕潤、滲透、乳化、分散和剝離性能，將污垢從爐管表面清除干凈?；瘜W(xué)清洗過程分為預(yù)清洗、清洗和沖洗三個階段[3]。預(yù)清洗是利用清洗液的滲透和潤濕性能，使預(yù)清洗藥劑逐步潤濕污垢的表面，再滲透到污垢內(nèi)部，使污垢疏松和易于溶解。清洗是在裂解爐預(yù)清洗后，利用清洗藥劑的乳化和分散性能，使污垢從盤管表面脫落、分散，之后溶解在清洗液中并隨其一起流出，從而達(dá)到去除污垢的目的。經(jīng)過預(yù)清洗、清洗后的對流段盤管表面仍有極少量的污垢，再利用沖洗過程進(jìn)一步提高化學(xué)清洗效果。沖洗是利用剝離劑的剝離作用將設(shè)備表面殘留的污垢剝離、沖洗干凈[4]。

4 化學(xué)清洗效果評價

4.1 化學(xué)清洗前后管束外觀對比

根據(jù)GBT 25146-2010標(biāo)準(zhǔn)5.3.2條款要求，對于化工設(shè)備清洗后的金屬表面，用視覺清潔法進(jìn)行檢查驗(yàn)收。裂解爐對流段盤管化學(xué)清洗前后外觀情況如圖1所示，從圖1可看出，清洗后的盤管表面目視范圍內(nèi)基本無殘留灰垢，可見金屬本色；另外對流段、輻射段爐襯檢查無損傷。

圖1 裂解爐對流段管束化學(xué)清洗效果前后對比

另外，對回收后的掛片進(jìn)行腐蝕速率和腐蝕量檢測（參照GB/T 25147及《大慶石化公司工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗管理規(guī)定》），其中規(guī)定腐蝕率：碳鋼類≤6 g/(m2·h)，不銹鋼≤2 g/(m2·h)；腐蝕量：碳鋼類≤72 g/m2，不銹鋼≤24 g/m2。掛片檢測數(shù)據(jù)如表2所示，腐蝕率和腐蝕量均低于檢測標(biāo)準(zhǔn)，符合要求。基于以上分析，說明本次化學(xué)清洗達(dá)到了預(yù)期效果。

4.2 化學(xué)清洗前后裂解爐運(yùn)行參數(shù)對比

經(jīng)過化學(xué)清洗、烘爐、燒焦后重新上線。在與化學(xué)清洗之前同樣工況下原料類型、負(fù)荷、爐管出口溫度基本一致的條件下，通過對比燃料氣用量、排煙溫度及熱效率來驗(yàn)證化學(xué)清洗效果，具體參數(shù)見表3。

表2 EF-111J爐對流段化學(xué)清洗腐蝕掛片檢測結(jié)果

表3 裂解爐對流段化學(xué)清洗前后參數(shù)對比

5 結(jié)論

裂解爐對流段盤管經(jīng)過化學(xué)清洗后，在保持原料類型、負(fù)荷及爐管出口溫度基本一致的條件下，排煙溫度平均降低37.52℃，熱效率平均提升2.06%，燃料氣用量平均降低172 kg/h，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀?？梢娏呀鉅t對流段化學(xué)清洗能有效提高裂解爐對流段管束的傳熱性能，降低裂解爐的排煙溫度，從而提高裂解爐熱效率，是保證乙烯裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行和降低裝置能耗的重要手段。