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SL-Ⅱ型乙烯裂解炉节能改造及效果分析

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第29卷第2期 石油化工技术与经济 2013年4月 Technology&Economics in Petrochemicals SL一Ⅱ型乙烯裂解炉节能改造及效果分析 代淼 (中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部,200540) 摘要: 裂解炉是乙烯装置的能耗大户,降低裂解炉能耗一直是裂解炉厂家及石化企业的目标之一。针 对中国石化上海石油化工股份有限公司2 乙烯新区裂解炉辐射炉管设计热强度过高和底部燃烧器供热问 题导致底部过热等问题,采用CBL一Ⅲ型技术改造辐射段炉管及对流段位置增加管排等节能改造措施后,裂 解炉投料量恢复到设计值,排烟温度大幅下降,热效率显著提高。 关键词:裂解炉节能改造 文章编号:1674—1099(2013)02—0027—04 中图分类号:TE963 文献标识码:A 裂解炉是乙烯生产装置的能耗大户,其所消耗 sL一Ⅱ型裂解炉辐射段炉管经常发生泄漏 的燃料气占乙烯装置综合能耗的比例达到60%以 和损坏的现象,损坏的部位主要集中在距炉膛底 上,因此,降低裂解炉的能耗一直是各裂解炉专利 部高4.5~7 m的进口I程管段上,炉管的损坏形 商以及石化生产企业的目标之一。裂解炉节能改 式主要是以蠕胀、鼓包和开裂。 造的手段主要有:改变辐射段炉管的构型、增加对 1.2工艺问题 流段模块的管排数和使用变频风机等 J。 SL一Ⅱ型裂解炉的投料量和运行周期达不 中国石化上海石油化工股份有限公司2 乙烯 到设计水平,设计负荷为48.7 t/h,运行周期为 新区于2002年投产,设计生产能力为300 kt/a,裂 60 d,但在实际运行中炉管壁温度超温导致设计 解炉一共有4台,位号分别为BA一2101、BA一 指标无法实现。在裂解炉运行过程中,炉管壁起 2012、BA一2013和BA一2104。裂解炉采用美国 始温度较高:I程管温度为980~1 020 oC,Ⅱ程 鲁姆斯公司(Lummus)与中国石油化工股份有 管温度为1 020~1 040 oC,容易造成辐射段炉管 限公司合作开发的SL一Ⅱ型炉,辐射段炉管构 壁温度(TMT)在较短运行周期中超温。当炉子投 型为4—1型两程炉管设计,每组炉管第1程为 料在45 t/h的负荷状态下,运行25 d以后裂解炉 l6根炉管(050.7 mm),第Ⅱ程为4根炉管 部分炉管开始出现超温的现象;运行到30—35 d (O108 mm),单台炉子共分6组进料。该炉管 时,超温现象发生较为普遍。因此炉管所受的损伤 具有低烃分压、短停留时间和高选择性等特点, 较为严重,经常发生辐射段炉管超温损坏的情况, 辐射段炉管设计温度为1 125℃,所有炉管均为 裂解炉切换运行周期往往达不到30 d。在被迫降 离心铸造。sL一Ⅱ型裂解炉是当时国内最大型 低投料量至42 t/h后,辐射段炉管超温的情况有 裂解炉,设计可裂解石脑油(NPA)、液化石油气 所好转,裂解炉运行周期也增长至40 d,稍微缓解 (LPG)和乙烷等,但是装置投产以后,裂解炉在 了裂解炉切换周期短的问题,但与裂解炉运转周 运行中出现了许多问题。 期设计值相比仍有较大的差距。 针对这些问题,通过更换烧嘴、调节风门、降低 1 新区裂解炉运行中存在的问题 投料量和提高侧壁烧嘴负荷等措施,在一定程度上 1.1设备问题 可以缓解辐射段炉管的超温现象。但随着时间的不 sL一Ⅱ型裂解炉自2002年4月投料以来,运行 过程中陆续发生了多次故障,主要有:炉管蠕胀、弯 收稿日期:2013—01—11。 曲,炉墙严重开裂,侧墙耐火纤维模块严重粉化,炉 作者简介:代淼,男,1978年出生,2004年毕业于天津大学化 顶软密封结构氧化铝布袋开裂并内部耐火纤维棉 学工程专业,工学硕士,工程师。现任中国石化上海石油化工 掉落,裂解炉侧壁烧嘴砖开裂并向外脱落等。 股份有限公司烯烃部技术处副。 石油化工技术与经济 Technology&Economics in Petrochemicals 第29卷第2期 2013年4月 断推移,辐射段炉管的弯曲现象日益严重,对流段排 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1 1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。 烟温度和辐射段外壁温度越来越高,裂解炉整体热 效率越来越低,因此亟需进行相应的技术改造。 2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一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4~6 m 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4.35 m(标高为7.7 m)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。在开孑L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180 mm,最大为202 mm,而炉 壁温度控制较好的SRT—llI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一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。 3改造方案的选择 3.1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 l0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l2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 锅炉给水 去汽包 稀释蒸汽 来自界区 超高压蒸汽来自汽包 锅炉耸查:;二二]二亘圃l超高压蒸 汽 物料去 爱 磊[] 垂[]— 区 ———_[= 圃 l烟气来。臼辐射段 改造后的裂解炉对流段模块示意如图2所 示,其中新增加的换热管后面用字母“N”表示。 烟气排放 原料 锅 柬 蒸汽 区 烟气米自辐射段 图2 改造后裂解炉对流段模块示意 3.2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 第2期(2013) 代淼.sL一Ⅱ型乙烯裂解炉节能改造及效果分析 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一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。筛选出的3组不同方案的主 要辐射段参数如表1所示。 表1不同方案的主要辐射段参数 项目 48组2—1型72组1—1型6O组2—1型 从表1可以看出: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2一l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。表2为 改造前后的炉管尺寸对比。 表2改造前后辐射段炉管的尺寸对比 3.3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。 4改造效果分析 2012年1O一11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。 4.1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。 表3改造前后投料量对比t/h 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。 4.2辐射段炉管温度 表4是BA一2101/2103改造前后炉管壁温 度的测试数据,测试采用红外测温点测(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387 m 增加到523 m ,比原来 增加了35%。炉管外表面积大幅增加以后,显著 石油化工技术与经济 Technology&Economics in Petrochemicals 第29卷2013年第2期 4月 降低了热强度,由此降低了炉管壁温度。 表4改造前后炉管壁温度对比 加的情况下,燃料气的用量反而还要少,主要原因 是裂解炉热效率的提高,烟气的热量得到进一步 回收利用。而且,辐射段炉管换热面积的增加,对 提高传热效果有一定的帮助。另外,炉管壁温度 的下降,也有利于缓解结焦现象。 改造以后,裂解NAP时热效率可以达到95% 以上,达到预期的目标。但是裂解LPG时排烟温 度仍然较高,主要原因是LPG的进料位置靠下, 无法利用新增的lO排换热管,需要进一步整改, 设法将进料位置上移。 改造以后,裂解炉热效率提高约2.5%,单台 裂解炉的平均热负荷约80 MW,单台裂解炉每年 可节约能耗(以标油计)1 375 t,2 乙烯装置乙烯 从表4可以看出:在改造后负荷增加的情况 下,炉管壁温度还能够降低,由此可以达到延长炉 管使用寿命和延长裂解炉运行周期的目的。 4.3其他工艺参数对比 改造以后,裂解NAP和LNAP时的排烟温度 大幅下降(见表5)。 表5 改造前后其他工艺参数对比 能耗(以标油计)可下降5 kg/t。 另外,在相同的燃料气用量下,裂解炉副产的 超高压蒸汽量约可提高5 t/h,这有利于降低超高 压蒸汽的用汽成本。 5结语 投料量/ 40.4 40.5 38.0 45.4 39.5 45.9 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6o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 (t・h ) 底部燃料用量/ . 6 702 6 679 7 675 7 271 7 741 6 937 (In ・h ) 侧壁燃料用量/ . 1 174 1 179 1 165 1 357 1 191 1 437 fm ・h ) 燃料总量/ (In ・hI1) . 7 876 7 858 8 840 8 628 8 932 8 375 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。 参考文献 超高压蒸汽发 47.5 57.7 49.0 57.8 50.6 56.8 汽量/(t・h ) 排烟温度/ ̄C 160 144 140 75 140 98 从表5可以看出:裂解NAP时排烟温度降低 65℃,裂解LNAP时降低42℃。排烟温度降低的 主要原因是原料预热段新增加了12排换热管,能 够进一步与烟气进行换热。另外,NAP的进料温度 比改造前低20 o【=左右,有利于降低排烟温度。 [1] 张磊,申海女,何细藕.国产化CBL裂解技术在裂解炉改造 中的应用[J].石油化工设备技术,2008,29(4):48—52. [2] 田亮.乙烯裂解炉节能改造总结[J].石油和化工节能, 2010(1):23—26. [3]胡天生.乙烯裂解炉的节能措施[J].扬子石油化工,2007, 22(1):l一4. 改造以后,燃料气的用量有所降低,在负荷增 Energy-saving Reconstruction of SL—H Ethylene Cracking Furnace and Analysis on its Effect Dai Miao (Oleifn Division,Sinopec Shanghai Petrochemical Co.,Ltd.200540) ABSTRACT Ethylene cracking furnace is the major energy consumer in ethylene plant,SO reducing energy consumption (下转第35页) 第2期(2013) 引 rL rL 州 r L r… L 郭世卓.聚环烯烃材料的制备、特性及市场应用 rL 例 rL ・35・ 刘朋生,黎华明.双环戊二烯反应注射成型[J].塑料工 业,1993(1):31—34. Brian L.Goodall,William J.Kroenke,Robe ̄J.Minchak,et a1.Novel Catalysts for the Ring—Opening Metathesis Shen,D.C.,Tenney,1.P.et a1.BF Goodrich:Pricess for Making a Polymer for an Optical Substrate by Hydrogenating a Cycloolefin Copolymer:US,5319034[P].1994-06-07. Shen,D.C.BF Goodrich:Pricess for Making a Polymer for an Optical Subs ̄ate by Hydrogenating a Cycloolefin Copolymer: Polymerization of Norbornene-Type Monomers[J].Janrla of Applied Polymer Science,1993(47):607—617. Nishi,Y.,Oshima,M.,Natsnume,T.,et a1.Nippen Zeon: US,5206306[P].1993—04—27. Ronald R.Lamonte,Donal Mcnally.Cyclic Olefin Copelymers Molding Material:US,5143979[P].1992—09一O1. Geoge M.Benedikt,Brin L.Goodaall,Nancy S.Marchant,et 1.Polaymerization of muhicyclic monomers using zirconoeene [J].Advanced Materials&Processes,2001(3):33—36. 王征,李弘,王玉琴,等.双环戊二烯开环歧化聚合反应及 合成聚合物性能研究[J].离子交换与吸附,1998,14(3): 223—227. catlysats[J].New.J.Chem,1994(18):105—114. Nishi,Y.,Oshima,M.,Kohara,T.,et a1.Nippon Zeon:Ring— Opening Polymer and a process for Production Thereof:US, 许斌,黎华明,曾子儒,等.MoC15一A1C13一A1Et3催化双环 戊二烯的聚合反应研究[J].合成树脂及塑料,1998,14 (4):22—24. 5599882[P].1997—02—04. Tenney,L.P.,Shen,D.C.BF Goodrich:Subs ̄ate for Optical Recording Media and Molding Composition Therefor:US, 米镇涛,刘廷斌.反应注射成型(RIM)用单体双环戊二烯 的改性及表征[J].高分子材料科学与工程,1997,13(6): 132—135. 5l15041『P].1992—05—19. 剐 Preparation,Characteristics and Market Application of Polycyclic 0lefin Materials Guo Shizhuo (SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.,Ltd.200540) ABSTRACT Three types of polycyclic olefin polymers produced through ring—opening metathesis polymerization (ROMP)with dicyclopentadiene or its derivatives have been successfully marketed.The first type is known as polynorbornene(PNB),which is a kind of elastomer;The second type is known as poly(dicycl0pentadiene)or DCPD reaction injection molding(DCPD—RIM),which is a kind of thermoset resin;he tThird type is known as cyclic olefin copolymers(COCs);which is a kind of thermoplastics.They have obvious differences on physical and mechanical properties.The preparation,characteristics and market application of the three types of polymers were introduced,and proposals for their future development were raised. Keywords:dicyclopentadiene,polynorbornene,poly(dicyclopentadiene),cyclic olefin copolymers (COCs),irng—opening metathesis polymerization I上接第3O页) of cracking furnace has been one of the goals of cracking furnace manufacturers and production plants.In view of the problems existing in the original design of 2 ethylene new cracking furnace such as too high designing thermal strength of radiant furnace tubes and too high bottom temperature caused by heating problem of bottom burner,CBL—III type technology was adopted to reconstruct radiant fumace tube and position of convection section,and add row of tubes.After carrying out the energy—saving reconstruction measures,the feed stock of cracking furnace recovered to the designing value,smoke temperature is sinigifcantly lowered,and thermal efifciency is improved signiifcantly. Keywords:cracking furnace,energy saving,reconstruction 

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