乙烯裝置節(jié)能降耗措施與探索

嚴桂華， 王學軍，孔　潔

(蘭州石化公司石油化工廠，甘肅　蘭州　730060)

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生產技術

乙烯裝置節(jié)能降耗措施與探索

嚴桂華， 王學軍，孔潔

(蘭州石化公司石油化工廠，甘肅蘭州730060)

通過對蘭州石化公司24萬噸/年乙烯裝置能耗情況的分布分析，指出了目前影響乙烯裝置能耗的主要因素.在自有資金能力范圍內，通過小改小修，對降低裂解爐排煙溫度、對過熱空氣系數(shù)、蒸汽系統(tǒng)運行、壓縮機及裝置開停工和原料等進行優(yōu)化，使乙烯裝置綜合能耗從2012年開始持續(xù)下降，至2015年乙烯裝置綜合能耗同比2012 年下降5.12%。

能耗；裂解爐；排煙溫度；節(jié)能降耗

蘭州石化24萬t/a乙烯裝置是在原16萬t/a (1996年建)基礎上，經2003年6月改造形成了24萬t/a能力。裝置采用魯姆斯的順序流程技術，由“兩頭一尾”生產裝置組成。“兩頭”即一套8萬t/a裂解→初分餾→裂解氣壓縮系統(tǒng)，一套16萬t/a裂解→初分餾→裂解氣壓縮系統(tǒng)。“一尾”即一套24萬t/a乙烯分離系統(tǒng)。

由于設計時的技術落后，又經過多次擴能改造后，工藝流程繁復，能源管網及梯級利用不合理，裝置能耗較高，為828.944 kg(oil)·t-1(2012年數(shù)據(jù))，處于行業(yè)末位。

1　乙烯裝置能耗分布分析

由圖1可見，乙烯裝置能源構成中燃料占最大比例，而燃料全部在裂解爐消耗，裂解爐能耗占裂解裝置總能耗比例的51%，所以乙烯裝置節(jié)能降耗工作重點在裂解爐[1]。

圖1　2012年裝置能耗分布圖Fig.1　Energy consumption distribution chart of unit in 2012

此外，本裝置蒸汽在能耗中占比較大，達到了34%，而國內先進水平裝置一般在15%左右，說明蒸汽管網優(yōu)化還有較大空間。

2　裂解爐節(jié)能優(yōu)化

2.1降低排煙溫度

裂解爐熱效率與排煙溫度直接相關。隨著裂解爐進料條件發(fā)生變化，原料預熱溫度逐年升高，使裂解爐排煙溫度升高，直接導致裂解爐熱效率下降[2]。

表1　G、H裂解爐排煙溫度Table 1　G,H cracking furnace flue gas temperature　(℃)

為降低排煙溫度，2013-2014年，先后實施了以下措施有效降低了裂解爐的排煙溫度。

(1) 對G、H爐對流段進行化學清洗。利用化學清洗藥劑的分散和乳化性，使污垢分散、溶解在清洗藥劑中并隨之流出，達到清除污垢的目的[3]。G、H爐清洗之后，爐管外壁的翅片表面及縫隙內的污垢已基本清除干凈，可見盤管金屬本體；清洗之后排煙溫度明顯下降。

圖2　清洗后H爐對流段Fig.2　Convection phase of H furnace after-washing表2　2014年化學清洗后排煙溫度Table 2　Flue gas temperature after-washing in 2014

日期裂解爐溫度/℃G爐H爐9.81351409.91301409.101381469.111341459.121331439.131361439.141361439.15136144

(2)對裂解爐空氣預熱器進行清洗。保證四爐助燃空氣溫度，減少燃料消耗，降低排煙溫度。

(3) 非冬季引入高溫凝液。將廠區(qū)其他裝置的高溫4.0 MPa蒸汽凝液直接入兩臺SW爐空熱器，提高助燃空氣溫度。

(4) 觀火孔處理。修復觀火孔內襯型磚，減少觀火孔漏風。專人定期檢查觀火孔，保證每個觀火孔均掛鉤能掛實，觀火孔能扣嚴。

(5)燃料質量保證。烯烴分離崗位進行再生操作時，嚴格按照操作卡片進行，嚴格杜絕重烴帶入甲烷氫燃料中，防止盤管積灰。

2.2優(yōu)化過熱空氣系數(shù)

在相同的排煙溫度下，過熱空氣系數(shù)增加，熱效率相應下降，排煙熱損失加大，因此必須對氧含量加以控制。排煙氧含量控制目標是，在確保燒嘴正常燃燒前提下，將過剩空氣系數(shù)控制在較低水平。一般通過調整爐膛負壓和燒嘴風門開度可以實現(xiàn)排煙氧含量控制在合理范圍。2014年兩臺惠生爐排煙氧含量測試數(shù)據(jù)在4.7%～5.0% 之間，比兩臺SW爐的2.9%～4.4% 平均高出1.2%，經現(xiàn)場實測，對流段盤管管口與熱電偶管口均有漏風現(xiàn)象。

(1)密封熱偶管口

圖3　修補后密封好的熱電偶Fig.3　Well-sealed thermocouple after maintenance

通過檢修的機會，將惠生爐各8個熱偶口、各25根盤管管口全部重新密封，密封為三重：先將管口用保溫棉塞實，再用保溫棉將管口包嚴并用保溫棉布包實，最后再涂抹耐火膠泥。保證每個管口與熱偶口不會漏風。

(2) 修復G、H爐風機風門。保證爐膛負壓能投自動控制。

(3) 嚴格控制爐膛氧含量在工藝指標范圍內。

(4) 修復觀火孔型磚。防止空氣漏入。

(5) 專人定期檢查觀火孔卡扣。保證卡滿卡實，防止漏風。

(6) 燒嘴風門按照生產負荷調節(jié)。

2.3降低加熱爐外表面溫度

裂解爐爐壁溫度考核指標為≤70 ℃，而裝置四臺爐爐壁溫度經常超標，通過檢修完成了對四臺裂解爐的六個爐膛搭滿膛架，對全爐內襯存在的縫隙用陶纖填塞；對于J、K爐輻射段陶纖多處大面積脫落進行修復，更換掛釘。

3　蒸汽管網優(yōu)化

3.1優(yōu)化管網配制，杜絕高能低用

針對受裂解氣壓縮機GB-201真空度影響，4.0 MPa蒸汽大量下竄保1.6 MPa蒸汽的問題，將部分1.6 MPa蒸汽用戶改由廠管網供汽單獨供氣，裝置內1.6 MPa蒸汽只帶GB-201抽真空系統(tǒng)；將裝置內乏汽用戶由1.6 MPa蒸汽下竄供汽，改為接入廠區(qū)管網0.6 MPa蒸汽，杜絕了高等級蒸汽下竄帶來的能量損失。

3.2優(yōu)化蒸汽透平運行工況

根據(jù)壓縮機運行工況特點，合理調整蒸汽管網工況，使壓縮機透平多抽氣，增加蒸汽梯級利用效率。由于裂解氣壓縮機GB-201是利舊獨山子石化的置換設備，本身技術水平較低，實際運行中抽氣不足。裝置經過分析，調整4.0 MPa蒸汽管網壓力至3.6～3.8 MPa，降低了抽汽背壓。此外，裝置內的一些關鍵機泵，多開電機，少用蒸氣透平，降低4.0 MPa蒸氣的外引量。效果是壓縮機抽氣量明顯增加，廠總管4.0 MPa蒸汽外接量每小時降低約10 t/h，蒸汽使用得到進一步優(yōu)化，能耗明顯降低。

4　壓縮機優(yōu)化

4.1壓縮機濕蒸汽吹掃

裂解氣壓縮機長周期運行，透平存在一定結垢，同樣的裂解氣負荷下需要更多的蒸汽才能滿足做功要求，影響能量利用效率。裝置利用裂解爐定期退出燒焦，壓縮機低負荷運轉的機會，對GB-201進行濕蒸汽吹掃。用較低溫度下的飽和高壓蒸汽，對壓縮機透平轉速在6700～6900 rpm之間進行調整，去除附著于透平缸體上的SiO2垢層，提高透平機效率，從而達到高負荷生產目的。對GB-201成功進行濕蒸汽吹掃后，裂解負荷提高2～3 t/h,效果明顯。

4.2丙烯機流程優(yōu)化

丙烯壓縮機4.0 MPa蒸汽耗量大，達到53 t/h。通過兩方面措施解決：一方面將丙烯壓縮機一段噴淋閥由DN150改為DN50，解決該閥由于外部結冰時常卡澀，造成壓縮機內循環(huán)量過大問題；另一方面通過優(yōu)化流程，將丙烯機三段抽出氣專線用于乙烯塔再沸器，解決丙烯壓縮機三段抽出氣不能冷凝，造成內循環(huán)過大，壓縮機功耗大的問題。優(yōu)化完成后，丙烯機蒸汽耗量下降到42 t/h。

5　開停工優(yōu)化

自2013年開始為解決開停工放火炬問題，裝置進行了全

方位的優(yōu)化：

5.1裂解氣壓縮機優(yōu)化

通過改變防喘振操作方法與開停工步驟，裂解氣壓縮機實現(xiàn)了開停工火炬零排放，并因此杜絕了開停工時火炬的黑煙。

5.2分離工序的優(yōu)化

停工時，通過保持兩臺冰機運轉，繼續(xù)回收產口，可多回收乙烯10噸，丙烯30噸。少放火炬40噸。

開工時，將101-J氮氣預冷改為GB-201氮氣預冷，取消了裂解氣的補充預冷，減少火炬排放10小時。

6　其他優(yōu)化措施

(1) 提高輕質化率。2013年裝置成功試投正丁烷、拔頭油等優(yōu)質輕烴，進一步提高了乙烯原料的輕質化率，提高了裝置雙烯收率。雙烯收率達到46.74%，較2012年同期提高1.33%，達到裝置開車以來最好水平。

(2) 優(yōu)化燃料管網。在正常工況下關閉天然氣總閥，乙烯裝置燃料氣全部來自加壓火炬氣及裝置自產甲烷氫，乙烯主裝置燃料自給率100%，乙烯裝置自產甲烷氫連續(xù)穩(wěn)定供應煉油廠、及廠區(qū)其他用戶，改變富裕氫氣串入燃料使用的浪費。針對加壓火炬氣、天然氣接入管線重疊、冬季需定期接入天然氣進行管線防凍的問題，利用檢修將加壓火炬氣、天然氣分線接入，杜絕了管線因防凍需持續(xù)接入天然氣的問題。

7　結　語

乙烯能耗的高低取決于一套裝置技術的先進程度和管理水平的高低。蘭州石化24萬噸乙烯裝置雖然工藝技術及設備落后，但是通過總結經驗教訓，加強工藝技術分析，細化管理，在自有資金能力范圍內，通過小投入的小改小修，經過優(yōu)化改造運行，實現(xiàn)了乙烯能耗的降低，上述措施實施后, 乙烯裝置2015 年的能耗達到786.53 kg(oil)·t-1(2015年8月數(shù)據(jù))，比2012 年下降5.12%。

[1]徐躍華.乙烯裂解爐節(jié)能措施與運行管理.石油化工設備技術，2011，32(4).62.

[2]胡天生.提高裂解爐熱效率的措施.乙烯工業(yè)，2010,22(1):49-53.

[3]張海濤.應用爐管化學清洗技術提高裂解爐熱效率.乙烯工業(yè)，2007,19(1):40-42.

Researches and Measures on Energy-saving in Ethylene Unit

YAN Gui-hua, WANG Xue-jun, KONG Jie

(Petroleum and Chemical Plant of Lanzhou Petrochemical Company, Gansu Lanzhou 730060, China)

The major factors which affected energy consumption in ethylene unit through analysis on energy consumption distribution of 2.4×105t/a ethylene unit in Lanzhou petrochemical company were indicated. The comprehensive energy consumption of ethylene unit decreased continually from 2012 and it went down 5.12% in 2015 comparing with 2012 through minor innovation to decrease flue gas temperature of cracking furnace, operating optimization on coefficient of overheating air, feed material, steam system running, shutdown and startup of compressors’ and unit under the condition of its own funds.

energy consumption; cracking furnace; smoke temperature; saving energy and reducing consumption

TE65

B

1001-9677(2016)09-0155-03