編 輯 | 化工活動家

來 源 | 乙烯工業 四川石化

作 者 | 彭志榮等

關鍵詞 | 乙烯裝置  能耗分析  優化措施

共 3325 字 | 建議閱讀時間 10 分鐘

導 讀

Introduction

四川石化乙烯裝置采用美國S&W公司專利技術。裂解單元由7臺USC-176U型液體原料裂解爐(6開1備)和1臺USC-12M型循環氣裂解爐組成。分離采用前脫丙烷、前加氫、雙塔脫丙烷、乙烯精餾塔和乙烯制冷壓縮機形成開式熱泵的乙烯分離工藝。生產過程中由于裝置原料從乙烷到加氫裂化尾油等種類較多且工況復雜，造成裂解氣組成和流量變化較大，使設備效率下降、運行數據不穩定，導致裝置能耗、物耗指標不理想。通過對裝置能耗指標的分析，進而提出優化措施。裝置于2018年4月進行停工大檢修，2018年7月完成檢修后恢復開車。

裝置能耗指標分析

乙烯裝置能耗組成中占比較大的是燃料氣、蒸汽、循環水。下面針對這幾個方面加以分析。乙烯裝置主要單耗和綜合能耗對比情況如下。

01

蒸汽單耗

對比相同工藝流程的同類裝置，四川石化乙烯裝置蒸汽單耗相對較高。蒸汽單耗過高的原因是：裂解爐急冷鍋爐產汽量過低，超高壓蒸汽產量低于設計指標約40t/h，導致裂解氣壓縮機透平抽汽量低于設計流量50t/h。裂解爐1~4號為重質爐裂解氣容易結焦，其運行初期和末期產汽量相差較大，且急冷鍋爐采用二合一結構，換熱面積為57.5m2，比輕質爐急冷鍋爐換熱面積少19%。總體來看，重質爐產汽量低于設計流量，需要從自備電站接入大量蒸汽保持裝置蒸汽管網平衡。自備電站由于機組抽汽發電能力不足，高、中壓蒸汽直接減溫、減壓量較大，造成蒸汽生產能耗較高。乙烯裝置接入的蒸汽量越多對裝置綜合能耗影響越大。乙烯裝置蒸汽平衡參數如下。

02

燃料氣單耗

燃料氣單耗低于行業平均水平，主要取決于兩方面：一是裂解爐熱效率較高(93.3%~95.6%)，二是裂解爐燃燒空氣預熱器投用后平均每臺裂解爐降低200kg/t的燃料用量。燃燒空氣預熱器利用煉油區多余的熱水作為加熱源，將裂解爐燃燒器助燃空氣預熱到73℃后進入爐膛助燃，達到減少燃料氣消耗的目的。

03

水綜合消耗

水綜合消耗高于行業平均水平，主要原因是循環水消耗量偏大。原工藝設計中乙烯裝置循環水的污垢系數取值偏高(5.16×10-4m2·K/W)、冷換熱面積偏大，循環水設計用量偏高；四川地區氣溫較高循環水上水和回水溫差僅5℃，造成四川石化乙烯裝置循環水流量大于其它乙烯生產單位；裝置部分備用循環水換熱器的蝶閥密封性能差一直有泄漏。為保護進出口蝶閥，只能保持循環水的流通而浪費了部分循環水。

04

綜合能耗

2018年大檢修后裂解原料裂解性能升高，使乙烯裝置綜合能耗達到全國領先水平；除燒焦周期外正常能耗(標油)平均保持在530kg/t以下。裂解原料優化后乙烯裝置雙烯產量和收率明顯提高。雙烯產量和收率對比情況如下。

裝置綜合能耗的下降主要得益于裂解原料的輕質化和結構優化兩方面。

①原料輕質化

乙烯裝置裂解單元共有8臺裂解爐，設計7開1備，其中1~4號為重質爐，主要裂解加氫尾油和石腦油。目前乙烯裝置實際加工原料已經較原設計工況偏輕，造成重質裂解爐加工負荷不足，輕質裂解爐加工負荷過大，給全廠物料平衡和優化帶來了困難。為解決這一問題，對4號爐進行原料輕質化適應性改造，使其適應單獨裂解輕質原料的工況，同時保留其裂解重質原料的能力。在現有4號爐原料進料流程的基礎上新增1套合適輕質原料進料處理要求的預熱器和過濾器(即新增2臺進料過濾器和1臺進料預熱器)，同時將該爐原料預熱段一段出口和二段盤管材料更換為合金鋼。技術改造后4號爐設計加工能力不變，仍然保持在50t/h。考慮到未來繼續擴大原料輕質化的可能性，將新增原料預熱器的加工能力提高到100t/h。擴能后將煉油來的歧化氣和異構化氣以及柴油加氫的液化氣補充到輕烴裂解爐中，增加輕烴裂解爐進料中輕烴的比例。該改造項目不僅是追求擴大乙烯產能，而且是為了增加裝置的靈活性、平衡煉化一體化的全廠物料平衡、降低裝置能耗。

 

②原料結構優化

四川石化加工原油與原設計相比發生了很大的變化，現階段加工的混合石腦油主要呈現以下特點：來源復雜(共10種石腦油混合，包括直餾輕石腦油、直餾重石腦油、柴油石腦油、渣油輕石腦油、渣油重石腦油、加氫裂化輕石腦油、加氫裂化重石腦油、拔頭油、芳烴抽余油、重整碳五)、餾程較寬(40~230℃)、分布差(缺少65~165℃的中間餾分)、混合差(頻繁切換原料罐使組分變化大)，使得裂解爐很難確定最佳裂解條件。

 

為解決這一問題將混合石腦油中的拔頭油、芳烴抽余油、重整碳五等相對輕質的組分在原料罐區分開儲存、分開輸送，實現輕質原料分儲、分裂以便確定其最佳裂解條件，達到目的產物收率的最大化。同時2018年大檢修后煉油區改善產品結構：混合石腦油中餾分和碳數明顯輕質化、烷烴含量增加；常一線、抽余油、加氫裂化輕石腦油等裂解性能差的組分降低；將常減壓的重石腦油干點控制在195℃，提高其中正構烷烴比例；優化加氫裂化操作嚴格控制加氫尾油BMCI(芳烴指數)值不大于13。在裂解原料結構優化的同時，各原料的比例也得到了優化。石腦油等優質原料的比例有所增加，加氫尾油等劣質原料的比例下降。乙烯裝置原料比例見下表。

裝置能耗指標進一步優化

01

蒸汽系統優化

影響乙烯裝置蒸汽系統能耗的主要因素有：透平凝汽量、減溫減壓蒸汽量、蒸汽放空量。抽汽式透平盡量減少凝汽量，多抽蒸汽以減少各等級蒸汽的補入量；做好蒸汽品質監控，防止蒸汽透平葉片結垢、強化蒸汽換熱器工藝腐蝕管理，防止蒸汽及凝液污染，保證蒸汽換熱器及蒸汽透平高效率運行；研究各等級蒸汽的階梯利用，避免高等級蒸汽未經做功直接減溫、減壓到下一級蒸汽，在蒸汽系統不平衡時利用各壓力等級的透平進行平衡以減少蒸汽浪費；加強鍋爐給水水質管理及時調整優化藥劑注入，根據汽包排污品質及時調整連續排污和間歇量；加大裂解爐熱能回收，增加超高壓蒸汽的產量。

 

因加氫尾油品質偏低，裂解加氫尾油時裂解爐急冷鍋爐內部結焦嚴重，超高壓蒸汽產量持續降低，相對裂解爐運行初期單爐超高壓蒸汽產量降低約30%，目前有4臺裂解爐存在此類現象。為最大量產出超高壓蒸汽，提高高位熱能的回收，計劃對裂解爐1~4號爐的急冷鍋爐進行清洗，屆時超高壓蒸汽產量可提高到378t/h。優化工藝水品質防止稀釋蒸汽發生器腐蝕、及時清理稀釋蒸汽發生器急冷油側的結焦，多產稀釋蒸汽，降低中壓蒸汽補充量。

02

循環水系統優化

在滿足工藝要求的前提下，循環水廠采用變頻調速、可調節葉片等技術適當提高循環水上水與回水的溫差，降低循環水系統流量；加強循環水水質分析檢測，避免循環水換熱器結垢或者腐蝕后換熱效果變差；對裝置的循環水換熱器進行全面檢修和清理，采用反沖洗的方法打通管束、清理殼體，消除因管束堵塞等原因造成的換熱效率下降。將備用循環水換熱器的蝶閥更換為閘閥，避免備用換熱器的循環水浪費；配合第三方檢測機構對循環水換熱器進行檢測，發現腐蝕或者結構缺陷等現象及時處理，同時對于無法滿足工藝要求的循環水換熱器及時進行報廢和換新。

03

提高裝置處理能力

乙烯裝置裂解氣中甲烷設計收率為14.7%，由于裂解原料性質變化，目前實際甲烷收率高達19%；脫甲烷塔和尾氣精餾塔負荷已經超過110%，成為乙烯裝置負荷提高的瓶頸。為提高裝置負荷現設計增加1臺甲烷氫壓縮機，把返回裂解氣壓縮機的甲烷氫送至燃料氣管網，降低系統中甲烷氫循環量。新增甲烷氫壓縮機后增大甲烷氫外送量減少循環量，有效解決了乙烯裝置高負荷瓶頸，裂解爐每小時可增加10t負荷。裝置高負荷平穩運行對公司效益有著重要意義，隨著加工量的增加，綜合能耗指標明顯下降；加工量越接近設計負荷單位能耗越小，這是由于隨著裝置負荷的提高，燃料氣、蒸汽、電、循環水等單耗下降所致。2019年以來裝置平均負荷達到101%，產能優勢得到有效釋放，整體能耗指標達到最佳值。2018年和2019年1季度裝置指標情況如下。

04

裂解爐新技術的應用與維護

通過結焦抑制劑、低氮氧化物燃燒器、爐管強化傳熱等技術延長裂解爐的運行周期。裂解爐運行周期是衡量乙烯裝置運行水平的一個重要指標，中石油集團公司各裂解爐平均運行周期在40~65d。為延長裂解爐運行周期，各單位除了在原料優化和工藝參數優化外，還可在新型結焦抑制劑、爐管強化傳熱、原位涂層等先進技術方面開展生產攻關，爭取早日應用于裝置并取得良好效果。四川石化公司裂解爐目前試用2種結焦抑制劑，并且取得一定的效果；優化裂解爐操作降低對流段末端物料入口溫度，控制過剩空氣系數，從而保證裂解爐的熱效率；定期使用高聲強中頻聲波除灰器清潔對流段爐管表面，保證對流段爐管的傳熱；加強對燒嘴的維護定期排綠油防止燒嘴的堵塞；對于停下的裂解爐打開人孔進入爐膛檢查，清理堵塞的燒嘴，更換損壞的保溫。