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乙烯裂解炉节能及效果述评

 论文栏目:石油化工论文     更新时间:2013-6-27 11:21:44   

原因分析

从损坏的炉管外观及金相检查分析,炉管是由于过热超温引起的损坏。过热原因与SL-Ⅱ型裂解炉的燃烧设计有关。从鲁姆斯公司提供的资料来看,TMT最高点出现在距离炉底高度4~6m的区域,而在该高度范围是炉管测温的盲区。为此,在距炉底高度4.35m(标高为7.7m)的炉墙上加装一排观察孔(共6个),通过观察孔对炉管进行测温。在开孔时也发现该部位的含锆纤维模块已完全粉化,在炉墙壁处的纤维也已粉化,证实此处温度确实过高。同时,在对炉管的检查中发现,炉管1年的蠕变伸长量约为180mm,最大为202mm,而炉壁温度控制较好的SRT-Ⅲ型裂解炉的炉管蠕变量需要运行5~6年才会达到这个量,这也证明了SL-Ⅱ型裂解炉的炉膛热负荷太高是导致炉管蠕变率过大的主要原因。因此,辐射段出现这些问题的主要原因是辐射炉管设计热强度过高和底部燃烧器供热问题导致底部过热。

改造方案的选择

对流段改造方案对流段存在的问题主要是排烟温度过高,更换整个对流段的费用太高,而且也不经济,最佳方案是充分利用原对流段的管排空间,根据每个模块的热负荷情况,适当增加管排数。原对流段有以下模块:上部原料预热段(UFPH)、锅炉给水预热段(BWPH)、下部原料预热段(UFPH)、上混合预热段(UMPH)、下混合预热段(LMPH)、上超高压蒸汽过热段(USSH)和下超高压蒸汽过热段(LSSH),详见图1。最终的方案是:上部原料预热段(UFPH)在上部利用原对流段至引风机入口之间的空间增加10排换热管,在原UFPH换热段预留管排处增加2排换热管,换热管排布方式与原设计相同,新增加的12排原料预热换热管与原来的10排换热管串联使用,改造后UFPH原料预热段共有22排换热管;BWPH增加2排换热管,新增加的2排锅炉给水预热换热管与原来的9排换热管串联使用,改造后锅炉给水预热段共有11排换热管;UMPH增加2排换热管,新增加的2排上部混合预热换热管与原来的5排换热管串联使用,改造后UMPH共有7排换热管;LSSH增加2排换热管新增加的2排下超高压蒸汽过热换热管与已有4排换热管串联使用,改造后下超高压蒸汽过热段共有6排换热管。辐射段改造方案针对裂解炉存在问题的原因分析,结合原设计辐射段炉管为两程4-1型炉管,总的炉管面积较小,炉管热强度高,造成裂解炉周期短的情况,对裂解炉改造的目的是适当增大炉管面积,降低炉管热强度,从而延长运行周期。因此该裂解炉改造可以采用中国石化自有技术,即由中国石化工程建设公司、中国石化北京化工研究院和天华化工机械及自动化研究设计院南京工业炉设计研究所合作开发的CBL裂解炉技术对原有SL-Ⅱ型裂解炉进行升级改造。目前,在CBL各型号裂解炉中既可以裂解液相原料,又可以裂解气相原料的辐射段炉管结构主要有2-1型和1-1型两种。为克服运行周期短和炉管弯曲问题,达到运行周期延长的改造目标,对辐射段的改造方案也经过了多方案比选。根据辐射段炉膛的实际尺寸,在比较了多种炉管组合方案后,筛选出采用72组1-1型、60组2-1型和48组2-1型炉管3个方案,并计算主要辐射段参数以做进一步的对比。采用3种改造方案都可以达到延长运行周期的改造要求,满负荷操作时运行周期与原设计相比都得到大幅度延长,3个方案中采用60组2-1型的工艺性能最好,但炉管质量最大。经多方案比较,对辐射段炉管管径进行了优化,最终炉管采用60组2-1型炉管,两程炉管采用大弯管连接方式。改造后的辐射段出口集合方式与原设计一样,每大组采用五合一结构掌形管集合,最后合并后接入原有急冷锅炉。对于原来的4-1型炉管构型,炉管热强度高,运转周期较短。改变炉管构型,由原设计4-1型炉管改变为2-1型炉管后,Ⅰ程管增加24根,Ⅱ程管增加36根,炉管总外表面积比原来增加35%,同时停留时间略有延长,炉管平均热强度下降较大,裂解炉运行周期可以得到明显延长。改造前后的炉管尺寸对比。其他改造内容本次改造还对辐射段的耐火材料进行了更新,选用较高耐热等级的材料来降低炉壁散热损失;将风机改为永磁调速控制,以达到节能目的;为改善供热,更换了裂解炉底部燃烧器。

改造效果分析

2012年10—11月,利用2#乙烯新区大修的机会对裂解炉进行了改造,基本上解决了原来存在的问题。投料量改造以后,裂解炉的投料量能够达到最初的设计值。表3为改造前后裂解炉LPG、NAP、轻石脑油(LNAP)投料量对比。由于裂解炉的投料负荷还需考虑到后续系统的运行情况以及产量的安排,在目前的实际运行情况下,LNAP和NAP略微低于设计运行负荷,LPG处于满负荷运行。辐射段炉管温度表4是BA-2101/2103改造前后炉管壁温度的测试数据,测试采用红外测温枪点测(测试数据都为运行初期)。改造以后,炉管壁温度显著下降,裂解NAP时下降40~50℃。裂解LPG时,炉管壁温度下降90~100℃。炉管壁温度显著下降的主要原因是辐射段炉管结构改变以后,炉管总外表面积由387m2增加到523m2,比原来增加了35%。炉管外表面积大幅增加以后,显著降低了热强度,由此降低了炉管壁温度。

结语

2#乙烯新区裂解炉原设计存在缺陷,主要问题是炉管热强度太高,导致炉管超温损坏、运转周期短。通过采用中国石化自有CBL裂解炉技术,将辐射段炉管改为60组2-1结构以后,炉管表面积增加了34%,降低了炉管热强度。改造完成后,裂解炉的投料量恢复到设计值,排烟温度大幅下降,大幅提高了裂解炉的热效率,降低了燃料气的用量,总体改造效果较好。建议对老区裂解炉也进行相应改造,降低能耗,提高乙烯装置的竞争力。

作者:代淼 单位:中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部


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