“Ｗ－３重質燃油助劑”在揚子石化的工業應用

成國華　馮義釵　趙開鵬

摘要：揚子石化烯烴廠水汽車間配備了三臺超高壓鍋爐，分別為U-BF1201A、B、C爐，均系自然循環微正壓燃油鍋爐。文章對“W-3重質燃油助劑”在揚子石化的工業應用進行了探討。

關鍵詞：W-3重質燃油助劑；揚子石化；工業應用

中圖分類號：TQ424.2 文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）11-0169-03

一、前言

揚子石化烯烴廠水汽車間配備了三臺超高壓鍋爐，分別為U-BF1201A、B、C爐，均系自然循環微正壓燃油鍋爐。A、B爐由日本Babcock-Hitachi（B.H.K）制造，蒸發量為160t/h，于1986年7月點火使用；C爐由哈爾濱鍋爐廠制造，蒸發量為220t/h。其產品為超高壓蒸汽，供乙烯及化工廠精對苯二甲酸（PTA）裝置氧化、精制兩條線用汽，同時供蒸汽管網，滿足各等級蒸汽用。高壓輔鍋使用的燃料比較復雜有：減壓渣油、催化油漿、尤里卡的裂解渣油，質量較差、燃油性質變動較大。100℃運動粘度256mm2/s，有時高達700 mm2/s；凝固點>50℃，從采樣口放出油樣，立即凝固；C/H比較高、瀝青質和稠環芳烴含量高、熱值較低，約9700kcal/kg（約比正常減壓渣油低5-10%）；硫含量高達1.5334%；裂解油的不飽和度更高，含大量膠質和稠環芳烴，故熱值比重油還低，約9265 kcal/kg，比餾份接近的中間餾份油要低15%～20%；另外催化油漿中催化劑粉末較多；釩、鈉、鉀等金屬含量高；造成噴槍油壓較高，爐膛結焦、結灰嚴重，噴槍磨損嚴重，約兩周就換一次噴嘴，每年停爐檢修三次。由于燃燒不完全，稍一不慎煙囪就冒黑煙，往往需加大空氣過剩系數，故煙氣中氧含量較高，有時高達5.5%。綜合油耗較高。

三臺鍋爐中特別是B爐問題更為嚴重，B臺輔鍋是30萬噸乙烯裝置的配套設備，原設計負荷為160t/h、雙汽包、膜式水冷壁、自然循環、微正壓燃油鍋爐，86.7作為乙烯裝置的開工鍋爐點火投運，至今運行已達22年。1991年開始，B爐一級過熱器就出現超溫現象，尤其在高負荷工況下，超溫現象更為嚴重，直接影響到鍋爐的帶負荷能力，是乙烯高負荷生產的一大隱患。

1991年B爐由于局部過熱導致水冷壁管多次爆管，曾借停爐檢修的機會對側墻水冷壁進行了大面積換管。一方面，消除長期以來由于爐內腐蝕、沖刷造成的管壁減薄，而由此可能產生的非計劃停車；另一方面，通過更換蒸發受熱面，解決爐管內壁因長年運行積累的結垢物而影響傳熱效果的問題，最終達到提高B爐帶負荷能力的目的。

1986～1999年的13年間，前、后墻水冷壁管累計爆管14次，由于受公司整個生產形勢的制約，B爐的歷次檢修只能采取臨時性的修補措施，通過局部消缺維持運行。同時，在歷次停爐檢修中B爐空氣預熱器均存在腐蝕嚴重的問題，因此，每次檢修均對空預器蓄熱元件進行更換或修補。

2002年65萬噸乙烯改造對接期間，對B爐進行了有史以來規模最大、檢修深度和廣度空前的恢復性大修，更換了前后墻水冷壁管及二級過熱器管，并對兩側壁水冷壁管進行了酸洗。從檢修后帶負荷情況看，基本能滿足設計要求，但運行一段時間后一過超溫及帶不上負荷的現象又死灰復燃，從中我們可以基本排除因受熱面結垢、影響傳熱效果而最終導致超溫和帶負荷能力差的這一原因分析。

2000年起，揚子石化烯烴廠和浙江江南工貿集團股份有限公司經過多次技術交流，準備在適當的時機在B爐上加注“W-3系列重質燃油助劑”，進行工業試驗。

二、“W-3系列重質燃油助劑”解決揚子燃油所存在問題的可能性

1．降凝減粘。重油是一種復雜的烴類混合物，其中有正構烴，異構烴，稠環芳烴，瀝青質，膠質等，當油溫逐漸下降時，正構烴慢慢析出來，從蠟晶到線形到網狀，最后成為體型骨架結構，把油都包裹在蠟的骨架中，從而使油看上去呈凝固狀，喪失了流動性。W-3中含有與正構烴結構相類似的高分子物質，在油溫逐漸下降時，它與蠟分子一起析出來，改變了蠟分子形狀，大小和結構，使其難以形成體型骨架結構，從而降低油品的凝固點，改善了油品的低溫流動性。重油粘度大，主要是由于大分子的瀝青質、環烷烴、異構烴等起作用，它們的分子量大，枝叉多，繞度大，很難用極少的添加劑來大幅度地降低其粘度，W-3中有一定量的小分子量的稀釋劑，它能使粘度有效地下降，加入量越多粘度下降越明顯，這主要是根據實際需要和經濟效益來考慮，也不是稀釋劑加得越多越好。W-3的加入量為0.3%時，重油的粘度可下降5%左右。

2．抑制高、低溫腐蝕，延長設備開工周期。W-3中堿土金屬在爐膛中生成的氧化物能均勻包裹在管壁，形成致密的涂層，可抑制爐管的高溫腐蝕，同時這種MO能與V205反應，生成釩酸鹽，可把爐渣的熔點從530℃提到1200℃，避免了低熔點爐渣粘附在管壁所帶來的種種弊端，增加了傳熱系數，延長了開工周期。V205生成釩酸鹽后，失去了使SO2氧化成SO3的催化活性，故尾氣中SO3含量減少了98%，大大地緩解了低溫露點腐蝕的狀況。可使露點溫度提高10℃～20℃。MO與硫化物反應生成硫酸鹽和亞硫酸鹽爐渣，減少了尾氣中SOX的排放，改善了環境。

3．加入燃燒促進劑，使重油充分燃燒。W-3中鉑、鈀、鉬、錳、鐵等金屬元素在高溫下是燃燒促進劑，能使烴類完全燃燒生成CO2和H2O，減少了C和CO，使火焰明亮，爐溫提高，同時可減少空氣過剩系數，不但減少散熱損失，還減少了SO2氧化成SO3的傾向，從而緩解了低溫露點腐蝕，提高了爐效率，提高了爐子負荷，改善了尾氣排放質量。

4．W-3中的表面活性劑，能使重油中少量油泥均勻分散在油中，防止其沉降和堵塞噴嘴。使油中少量水分與油乳化，避免熄火。我們相信“W-3重質燃油助劑”一定能有效地提高加熱爐的負荷、改善尾氣排放、減輕設備腐蝕、延長開工周期，解決揚子石化烯烴廠B爐的問題。

三、“W-3系列重質燃油助劑”在揚子石化烯烴廠水汽車間的工業應用

試驗前雙方認真研究，制定了試驗方案，在重油管線上安裝了捆綁式超聲波流量計，試驗從2002年9月28日到2003年1月27日，大約四個月時間，進行了兩次標定，結果如下：

（一）概況

1．投用設備：BA-34型超高壓蒸汽鍋爐U-BF1201B。

2．油槍形式：Y型蒸汽霧化油槍。

3．燃油種類：重油、裂解油、火炬氣。

4．加劑方法：利用烯烴廠水汽車間一臺40m3的舊罐做W-3的貯罐，用杭州之江科學儀器廠生產的J-5.0防爆型計量泵（最大流量為160升/小時，可按需要任意調節），直接按比例注入爐前重油管線，無須混合設備。

5．加劑量：重油流量的0.2%～0.3%。

6．試驗時間：

第一階段2002.9.26—2002.11.20。

第二階段2002.12.4—2003.1.27。

（二）B爐加劑后負荷大幅度提高

B爐的設計能力為160噸/小時，但長期負荷上不去，加W-3后負荷大幅度提高，達到了設計要求。加劑前后，B爐負荷情況見表1：

注：試驗中由于受系統安全性的限制，投用燃料種類較多，其中火炬氣產氣量從總負荷中去除，以重油、裂解油耗量進行單耗計算。

從表1數據不難看出：

（1）加劑前燃油壓力已達1.8mpa以上，達極限值，還投用了所有12支火炬氣燒嘴后，負荷才能達到150t/h。

（2）加劑后，燃油壓力只要1.71～1.73mpa，火炬氣燒嘴尚未投用，負荷已達160t/h，曾瞬間達到過165t/h，已達到和超過設計值。使B爐負荷上不去的問題得到了解決，保證了烯烴廠的安全供氣，保護設備正常運轉。

（3）加劑后排煙溫度下降了6℃，負荷從150T/H提高到160T/H，燃油壓力下降，重油燒嘴減少一個，裂解油燒嘴增加一個，由于重油比裂解油的熱值高5%左右，進一步說明油耗下降。這是加劑后燃油流動性改善、燃油壓力大幅度降低、減少爐管結灰、提高傳熱效果、油耗大幅下降的結果。據車間技術人員估計，按負荷情況推算，節油率約7%左右。

（三）燃油充分燃燒，煙氣組成明顯改善

將原來工況較差的B爐，加劑后的煙氣組成與工況較好的A爐（未加劑）煙氣組成進行對比，數據見表2：

從表2數據不難看出：

（1）加劑后煙氣中CO含量減少了100%，說明燃燒非常完全。

（2）加劑后在完全燃燒的前提下，氧含量從3.3%下降到2.9%，下降了約10%，說明空氣過剩系數大大下降，證明爐子熱效率提高。

（3）加劑后SO2排出減少了40%，說明催化劑促進SO2與油中金屬氧化物生成MSO3（亞硫酸鹽）變成爐灰，從而減少SO2的排放。

（4）按理論，煙氣中SO3應大幅下降，但煙氣組成自動分析儀不能測SO3含量，通常用測露點溫度的方法推算。因為煙氣中SO3含量越高，越容易與空氣中水分生成硫酸，故露點溫度越低，為了減少換熱器的露點腐蝕，需要提高排煙溫度，這樣煙氣要帶走大量的熱能。煙氣中SO3含量大幅度減少后，使露點溫度大大提高，往往要高10℃～20℃，這樣可以降低排煙溫度，有利于煙氣余熱回收，從而在減少露點腐蝕的前提下，起到綜合節能效果。但由于無露點儀，未測出可靠數據。

（四）節約燃油

烯烴廠水汽車間先后兩次進行了加劑與不加劑熱工測試數據，第一階段熱工試驗數據見表3：

*試驗中由于受系統安全性的限制，投用燃料種類較多，其中將火炬氣產汽量從總負荷中去除，以重油、裂解油耗量進行單耗計算。

從表3可說明以下問題：

（1）B爐平均負荷從加劑前92.72t/h提高到125.1t/h。

（2）平均氧含量從3.73%下降到2.75%。說明助燃劑已經起到助燃效果，煙氣中帶走的熱量大大下降，節能效果明顯。

（3）平均節油率為4%，正平衡效率提高3%。可能節油率數據偏低。因為加劑是一個漸近過程，要一個月后才能充分發揮作用。在加劑后立即取用數據，試驗時間短了一點；同時流量計在W-3加入點之后，重油黏度發生變化，影響其準確性。如果流量計安裝在W-3加入點之前，能夠消除其誤差。

第二階段熱工試驗，根據第一階段熱工試驗的缺陷延長了試驗時間，流量計安裝在W-3加入點之前，試驗數據見表4：

（1）平均單耗下降了5kg/T，節油率為6.52%。因為加劑前幾乎未加裂解油，而加劑后裂解油加入量較大，裂解油的熱值比重油低5%左右，可能數據偏低。

（2）流量計改裝在W-3注入點之前，減少了加劑后粘度變化對流量計的影響，使流量計讀數的可靠性增加，試驗時間延長，故第二階段熱工試驗數據比第一階段熱工試驗數據更準確些。

（五）B爐操作更加穩定

以前A、B、C三臺輔鍋，B爐工況最差，負荷帶不上，只要出現異常情況，操作工首先就從B爐上去找原因。加劑后，B爐操作最穩定，從未出現過異常情況，連續使用四個月，一直穩定生產，從未非計劃停工。B爐負荷一直穩定在85%，A爐負荷穩定在70%，C爐穩定在65%。

（六）延長了設備開工周期

B爐由于工況較差，以往基本上一年三修，2003年至2004年的一年內，雖然受使用定額的限制，B爐采用了階段性投用W-3的方法，總結前階段W-3在B爐上的使用的經驗，重點在W-3的添加量和投用時機上下工夫，確保以最少的投入創造最大的效益，以最有效的方法使B爐帶負荷能力保持在一定水平上，還能使B爐使用周期延長至一年，創造了投用18 年的奇跡。

W-3燃油添加劑抑制高低溫腐蝕的作用明顯。這從2004年5至6月A、B爐停車檢修對爐內的檢查中可以有所體現。

如上表所示，A爐正常時的工況遠遠好于B爐，但是這次檢修時B爐運行周期卻大大長于A爐，且基本涵蓋了A爐運行時間，在同等燃料品質的前提條件下，B爐爐內狀況要優于A爐，這與B爐在這一年時間內間斷投用W-3燃油助劑不無關系。

揚子石化烯烴廠水汽車間有關人員，精心操作，跟蹤B爐負荷，精心調整W-3添加量；找到添加的最佳時機，根據B爐運行工況的變化，結合系統運行的安全性，及時有效地投入W-3，使其在關鍵時刻發揮功效。

在2003年“5·24事故”中，B爐加劑后最高負荷達170t/h，確保了兩套乙烯的正常運行。

在2003年“11·9事故”中，B爐加劑后迅速將帶負荷帶至156t/h，保證了乙烯及PTA裝置的正常生產。

2004年5月初檢修后，由于正常在B爐加劑，已安全平穩長周期運行14個月。

四、經濟效益分析

（一）計算依據

加劑試驗時間：2002.9.27～2003.1.20，扣除中間添加劑標定時間，共加劑109天。

根據第二階段熱工試驗數據：平均節油率為6.5%、平均加劑量為0.28%。

W-3的含稅價2.0萬元/噸，重油市場價為3100元/噸（含稅）。

（二）計算結果

平均加劑成本為20000X0.28%=56元/噸。

平均節油效益為3100X6.5%=201.5元/噸。

平均凈效益為201.5-56=145.5元/噸。

如果揚子烯烴廠所用20萬噸/年重油，全部加劑，則可創造直接效益2900萬元/年。另外減少檢修次數、安、穩、長周期供汽，其間接效益也是巨大的。

五、結論

1．W-3完全適合在揚子石化烯烴廠水汽車間高壓輔鍋上應用。

2．該加劑工藝及所用設備穩定可靠。

3．在燃油中加入W-3后，B爐負荷大幅度提高，達160t/h 的設計值。同時油壓從1.83mpa下降到1.73map，爐子安全運行，穩定性好。

4．加劑后，氧含量下降10%，其燃燒更充分，尾氣中CO幾乎為0，SO2也下降40%。

5．連續運轉109天，平均加劑量0.28%，平均油耗下降5kg/t，平均節油率6.5%，扣除購劑費用，獲利145.5元/噸。若烯烴廠20萬噸/年使用W-3，年獲利可達2900萬元。

6．加劑后，操作正常，未出現過非計劃停工，使B爐由“問題爐”變成“放心爐”。

7．B爐以往基本上一年三修，2003～2004年中，雖然受使用定額的限制，B爐采用了階段性投用W-3的方法，還能使B爐使用周期延長至一年，創造了B爐投用18 年的奇跡。這一奇跡再次出現，在2004年5月檢修時，B爐使用周期延長至14個月。

8．雖然A爐正常時的工況遠遠好于B爐，但是這次檢修時B爐運行周期卻大大長于A爐，且基本涵蓋了A爐運行時間，在同等燃料品質的前提條件下，B爐爐內狀況要優于A爐，這是B爐在這一年時間內間斷投用W-3燃油助燃劑的結果。

六、建議

1．建議烯烴廠A、B、C三臺輔鍋全部使用W-3。

2．W-3注入點改在總油管線上，兩臺計量泵并聯切換使用。

3．將W-3和加劑技術逐步推廣到整個揚子石化，以便獲得更大的經濟效益。

4．加強流量計的維修、標定。

5．空氣過剩系數還可進一步下降，使煙囪剛剛不冒黑煙為止。

6．經常分析油品質量，萬一爐子出現問題時，可多方查找原因。

7．爐子上開看火孔，可以經常觀察火焰燃燒情況，加強監控。

8．希望揚子石化烯烴廠與浙江江南工貿集團股份有限公司進一步加強合作，使節能的成果不斷擴大。從而為緩解燃油緊缺的矛盾，做出一點貢獻。