贠瑞龍, 熊 杰, 馬永虎

(1 中海油東方石化有限責(zé)任公司, 海南 東方 572600;2 國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司煤制油分公司合成油廠, 寧夏 寧東 750003)

蒸汽過(guò)熱爐作為苯乙烯裝置最關(guān)鍵的設(shè)備之一, 將0.25 MPaG 飽和蒸汽加熱為800℃左右的過(guò)熱蒸汽, 過(guò)熱蒸汽不僅是供給反應(yīng)熱的載熱體還提供了乙苯負(fù)壓脫氫所需的能量, 對(duì)苯乙烯裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要, 隨著苯乙烯裝置逐漸優(yōu)化生產(chǎn)需要調(diào)整負(fù)荷, 在運(yùn)行期間出現(xiàn)了較多工藝、設(shè)備上的瓶頸問(wèn)題, 需要一一解決。

1 蒸汽過(guò)熱爐(H3001)結(jié)構(gòu)

H3001 為自然通風(fēng)、 雙輻射爐膛公用一個(gè)對(duì)流段的立式方箱爐, 通過(guò)煙道擋板調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓控制燃燒。 根據(jù)乙苯絕熱脫氫制苯乙烯工藝的需要, 0.25 MPaG 過(guò)熱蒸汽需要兩次加熱,爐管位于爐膛中央, 爐管兩側(cè)布置燃燒器, 爐管為雙面輻射傳熱, 輻射段爐管采用立管式, 爐膛A 室為U 型管, 進(jìn)、 出口都在爐頂并采用集合管分配, 集合管與支管連接采用π 型柔性連接, 彎頭與支管等直徑、 等壁厚, 避免高溫狀態(tài)下?tīng)t管的熱膨脹應(yīng)力; 爐膛B 室為單程管, 進(jìn)口在爐頂, 出口在爐底, 爐管的吊架位于爐頂上部, 爐管可以向下自由膨脹, 采用平衡錘式的平衡系統(tǒng), 爐管的重量由平衡錘采用杠桿原理平衡, 熱態(tài)下?tīng)t管的熱膨脹由吊桿自由調(diào)節(jié)。 對(duì)流段位于輻射段的頂上, 根據(jù)不同溫度區(qū)域的要求, 排列不同材質(zhì)的換熱管, 換熱管除遮蔽管采用光管外, 其他采用翅片管, 對(duì)流段的寬度, 由回彎頭的尺寸、 及換熱管的程數(shù)確定, 對(duì)流段長(zhǎng)度由煙氣質(zhì)量流速確定。 煙囪位于對(duì)流段的頂上, 為了節(jié)能及減少占地面積, 不采用引風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng), 同時(shí)還避免了引風(fēng)機(jī)位于爐頂引起的震動(dòng), 采用煙囪自然排煙的形式, 由煙囪擋板調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓, 使得爐膛處于負(fù)壓狀態(tài)下操作。

2 蒸汽過(guò)熱爐(H3001)參數(shù)數(shù)據(jù)

H3001 設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 蒸氣過(guò)熱爐(H3001)設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design parameters of steam superheater(H3001)

3 工藝運(yùn)行現(xiàn)狀分析

苯乙烯裝置蒸汽過(guò)熱爐初期、 末期工藝運(yùn)行參數(shù)與實(shí)際工況進(jìn)行對(duì)比存在很大的差異, 在裝置初期、 低負(fù)荷運(yùn)行周期中還可以滿足, 而隨著裝置提升負(fù)荷及工藝優(yōu)化, H3001 出現(xiàn)了很多無(wú)法突破的瓶頸問(wèn)題, H3001 工藝參數(shù)指標(biāo)以及現(xiàn)階段運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2、 表3。

表2 H3001 工藝參數(shù)指標(biāo)Table 2 H3001 Process parameter index

表3 H3001 現(xiàn)階段運(yùn)行參數(shù)Table 3 H3001 Operating parameters at current stage

苯乙烯裝置脫氫反應(yīng)系統(tǒng)現(xiàn)階段負(fù)荷在102%, H3001 已經(jīng)出現(xiàn)了許多瓶頸問(wèn)題需要一一解決, 將面臨的問(wèn)題列舉如下:

(1)脫氫系統(tǒng)進(jìn)料在現(xiàn)有負(fù)荷下, H3001A 室出口溫度偏高。 脫氫系統(tǒng)乙苯進(jìn)料負(fù)荷為25.8 t/h, 脫氫催化劑運(yùn)行初期反應(yīng)器溫度為610/612 ℃, A 室出口聯(lián)鎖溫度測(cè)溫點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到810 ~815 ℃達(dá)之間, 再考慮脫氫系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中燃料氣壓力、蒸汽波動(dòng)帶來(lái)的爐溫波動(dòng), 爐出口溫度偶爾可達(dá)820 ~825 ℃(聯(lián)鎖值850 ℃), 因此后續(xù)催化劑長(zhǎng)周期運(yùn)行過(guò)程中考慮催化劑活性下降需提溫保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化率, 爐出口溫度還需繼續(xù)提高, 短期內(nèi)提高脫氫系統(tǒng)生產(chǎn)負(fù)荷, 蒸汽加熱爐長(zhǎng)周期運(yùn)行壓力明顯增加[1]。

(2)現(xiàn)階段H3001 主蒸汽流量為26.8 t/h, 超出初期設(shè)計(jì)值22.9 t/h 以及H3001 爐管設(shè)計(jì)運(yùn)行末期蒸汽流量26.4 t/h,若繼續(xù)提量, 在目前的運(yùn)行負(fù)荷下, 過(guò)量的0.25 MPaG 蒸汽對(duì)H3001 爐管產(chǎn)生的沖刷腐蝕也是威脅, H3001A、 B 室因過(guò)量蒸汽沖刷腐蝕而導(dǎo)致的非計(jì)劃性停工也同類裝置已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)。

(3)為保證現(xiàn)階段運(yùn)行負(fù)荷下蒸汽過(guò)熱爐H3001 出口溫度安全可控, 脫氫反應(yīng)系統(tǒng)主蒸汽與一次蒸汽的配比已充分優(yōu)化, 但乙苯過(guò)熱器(E3001)管程出口溫度已高于設(shè)計(jì)值, 若此溫度繼續(xù)升高, 長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)行會(huì)造成E3001 泄漏, 這樣裝置會(huì)被迫出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間非計(jì)劃停工, E3001 泄漏導(dǎo)致裝置非計(jì)劃性停工在同類裝置已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)多次。

(4)由于乙苯裝置中循環(huán)苯塔塔頂蒸汽發(fā)生器管程泄漏導(dǎo)致苯泄漏進(jìn)0.25 MPaG 蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng), 0.25 MPaG 蒸汽帶苯進(jìn)入H3001 爐管, 苯在高溫爐管中結(jié)焦、 裂解降低爐管的原有特性, 還導(dǎo)致乙苯脫氫反應(yīng)的副產(chǎn)物增多、 苯乙烯選擇性降低,最終影響精餾系統(tǒng)的穩(wěn)定操作。

(5)0.25 MPaG 主蒸汽調(diào)節(jié)閥FIC30001 卡澀滯后, 當(dāng)乙苯進(jìn)料調(diào)整負(fù)荷時(shí)相應(yīng)就要對(duì)主蒸汽與一次蒸汽進(jìn)行匹配調(diào)整,而FIC30001 卡澀滯后導(dǎo)致主蒸汽流量無(wú)法量化調(diào)節(jié), 給脫氫系統(tǒng)調(diào)節(jié)負(fù)荷帶來(lái)了一定操作波動(dòng)。

(6)脫氫系統(tǒng)進(jìn)料現(xiàn)有負(fù)荷下, H3001B 室爐膛溫度偏高。現(xiàn)階段B 室爐膛溫度在1018 ~1025 ℃階運(yùn)行, 而爐膛的設(shè)計(jì)溫度為1100 ℃, 因此考慮脫氫系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中提升乙苯進(jìn)料負(fù)荷、 燃料氣壓力波動(dòng)、 蒸汽正常波動(dòng)帶來(lái)的爐溫波動(dòng)有可能達(dá)到B 室爐膛設(shè)計(jì)值, 給蒸汽加熱爐長(zhǎng)周期運(yùn)行造成明顯壓力, 嚴(yán)重影響了工藝優(yōu)化的條件。

4 設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀分析

(1)H3001 煙道擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)與DCS 輸出值不匹配的問(wèn)題, DCS 畫面調(diào)整輸出值, 現(xiàn)場(chǎng)閥門不動(dòng)作, 當(dāng)輸出值到一定程度的閾值時(shí), 繼續(xù)調(diào)整輸出值, 滯后嚴(yán)重的現(xiàn)場(chǎng)閥門才開(kāi)始動(dòng)作。

(2)H3001 煙道擋板手操閥HC30001 存在運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題, 當(dāng)DCS 輸出值變化時(shí), 現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在突然關(guān)閉的情況, 這種突發(fā)事件已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)3 次, 不僅影響H3001 的穩(wěn)定運(yùn)行, 還有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的爐膛火嘴熄滅閃爆的安全事故。

(3)H3001A、 B 室中 A3、 B2、 B3、 B4、 B6 各火盆中部分耐火磚傾倒, 各火嘴火焰存在嚴(yán)重偏燒現(xiàn)象, 給H3001 的穩(wěn)定燃燒造成很大影響。

(4)H3001A、 B 進(jìn)出口爐管位移變化現(xiàn)狀, H3001A、 B 爐管熱膨脹余量達(dá)到了一定的上限值, A、 B 室集合管的位移量已經(jīng)達(dá)到最高限值, 這也是裝置運(yùn)行末期的隱患之一, 如表4所示[2]。

表4 H3001 高溫集合管位移測(cè)量Table 4 H3001 high temperature collllecting pipe displacement measurement

(5)H3001 爐外壁的設(shè)計(jì)溫度為80 ℃, 看火孔周圍有漆膜脫落明顯, 有的看火孔周圍溫度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫接近80 ℃, 火盆中耐火磚傾倒火嘴偏燒導(dǎo)致A、 B 室燃燒效果不好, 如圖1 所示。

圖1 H3001 爐壁看火孔漆膜脫落Fig.1 H3001 Furnace wall firehole paint peeling off

(6)平衡錘在整個(gè)爐管伸縮范圍內(nèi)提供真實(shí)可靠的恒定載荷支承。 A 室為U 型爐管, 進(jìn)出口都在爐頂, 采用平衡錘吊架, 在較高負(fù)荷下, 爐管的熱膨脹應(yīng)力受到平衡錘吊架的限制, 得不到有效的釋放, 對(duì)平衡錘構(gòu)成較大的考驗(yàn), 對(duì)H3001整體設(shè)備結(jié)構(gòu)、 現(xiàn)階段工藝運(yùn)行狀況是一個(gè)很大的考驗(yàn), 如圖2所示。

圖2 H3001A 室平衡錘吊架Fig.2 H3001A Balance hammer hanger

(7)彈簧吊架、 平衡錘吊架都對(duì)爐管有一定的應(yīng)力, 爐管的自由膨脹受到一定的限制; 進(jìn)、 出蒸汽過(guò)熱爐工藝管線的彈簧吊架, 彈簧形變達(dá)到最大限度, 如圖3 所示。

圖3 H3001 工藝管線彈簧吊架Fig.3 H3001 Process line spring hanger

(8)H3001 相關(guān)儀表的引壓管線出現(xiàn)了應(yīng)力腐蝕, 由于脫氫反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)階段都在高溫區(qū)域, 導(dǎo)致各儀表管線的應(yīng)力釋放不徹底或無(wú)法釋放, 最終導(dǎo)致泄漏的安全隱患, 這也是H3001 在運(yùn)行中的瓶頸因素之一[3]。

(9)H3001A、 B 室爐出口管線存在保溫效果不佳而出現(xiàn)裸露在外的現(xiàn)象, 導(dǎo)致了脫氫系統(tǒng)大量的熱量損失, 造成苯乙烯裝置能耗增加。

5 保持H3001 在高負(fù)荷運(yùn)行工況下穩(wěn)定運(yùn)行的應(yīng)對(duì)措施

(1)在苯乙烯裝置穩(wěn)定運(yùn)行情況下, 保持脫氫系統(tǒng)進(jìn)料負(fù)荷較低運(yùn)行, 微調(diào)H3001 燃料氣壓力、 保持水比在1.41, 若由于環(huán)境溫度、 循環(huán)水溫度高導(dǎo)致脫氫進(jìn)料負(fù)荷維持不了需及時(shí)降負(fù)荷生產(chǎn);

(2)H3001 操作過(guò)程中對(duì)爐膛溫度、 氧含量、 爐出口溫度、負(fù)壓、 熱效率等參數(shù)嚴(yán)密監(jiān)控, 對(duì)主蒸汽閥、 煙道擋板閥的現(xiàn)狀進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)交底、 應(yīng)急演練, 提高操作人員應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的處理能力;

(3)H3001A3、 B2、 B3、 B4、 B6 各火盆周圍有耐火磚傾倒, 現(xiàn)階段只能維持裝置運(yùn)行, 每班巡檢對(duì)各火盆底部測(cè)溫記錄, 待停工檢修時(shí)對(duì)傾倒嚴(yán)重的耐火磚進(jìn)行更換處理;

(4)現(xiàn)場(chǎng)巡檢時(shí), 對(duì)H3001 的平衡錘、 彈簧吊架、 平衡錘吊架做好巡檢記錄, 發(fā)現(xiàn)有異常及時(shí)上報(bào)并處理;

(5)對(duì)加熱爐進(jìn)出口管線保溫效果不佳及破損的部位, 采取及時(shí)修復(fù)或重新保溫并增加厚度的處理措施, 減少熱量損失。

(6)針對(duì)H3001 煙道擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)及HC30001 運(yùn)行不穩(wěn)定或卡澀的問(wèn)題, 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)維修和后續(xù)維護(hù), 保持傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的靈活性, 并增設(shè)限位部件, 避免擋板完全閉合導(dǎo)致?tīng)t膛火嘴熄滅而發(fā)生閃爆的安全事故。

6 結(jié) 論

現(xiàn)階段苯乙烯裝置的穩(wěn)定運(yùn)行離不開(kāi)工藝、 設(shè)備等各環(huán)節(jié)的精細(xì)處理與協(xié)同配合, 通過(guò)分析蒸汽過(guò)熱爐在高負(fù)荷運(yùn)行中的瓶頸因素并做出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施, 在實(shí)際生產(chǎn)中確保裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行, 也為公司的經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)了保證。