乙烯裝置燒焦罐技術(shù)改造

瞿文華

(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海 200540)

乙烯產(chǎn)量是衡量一個國家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一[1]。目前國內(nèi)各乙烯裝置主要采用傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器來控制外排顆粒污染物，這種工藝存在的一個最大弊端就是只能捕集粒徑大于100 μm的顆粒物，不適合捕集粒徑小于10 μm的顆粒物。中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)2#乙烯裝置新區(qū)2臺燒焦罐和老區(qū)4臺燒焦罐均采用傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器除塵工藝，這導(dǎo)致粒徑小于10 μm的顆粒物隨著凈化氣體從罐頂部排出，造成現(xiàn)場環(huán)境粉塵污染嚴(yán)重。因此，選擇一種合適、高效的技術(shù)對現(xiàn)有除塵工藝進(jìn)行改造已刻不容緩。

1 燒焦罐技術(shù)改造工藝

1.1 技術(shù)原理

HL/G型旋流管主要由分離錐、尾管和溢流口等部分組成。含液(固)氣體在一定的壓力作用下從旋流管進(jìn)口沿切線方向進(jìn)入旋流管的內(nèi)部進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)分離錐后因流道截面的改變，使液流增速并形成螺旋流態(tài)，當(dāng)氣體進(jìn)入尾錐后因流道截面的進(jìn)一步縮小，旋流速度繼續(xù)增加，在分離器的內(nèi)部形成了一個穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)流場，氣體在錐管的中心區(qū)聚結(jié)成氣芯，從溢流口排出(見圖1)。

HL/G型旋流管依靠氣液兩相的密度差，利用流體在旋流管內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將液滴和固體微粒從氣體中分離出來，從而達(dá)到氣液分離或氣體凈化的目的。

圖1 HL/G型旋流管的工作原理

1.2 技術(shù)改造方案

對原有的旋風(fēng)分離式燒焦罐進(jìn)行升級改造，改造后的燒焦罐采用微旋流式與旋風(fēng)式相結(jié)合的分離方式(圖2)。主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為采用隔板在燒焦罐的殼體中分隔出一個與本體段無法直接連通的溢流匯集腔，夾帶液相或固相組分的尾氣進(jìn)入燒焦罐后受隔板阻擋，從而通過HL/G型旋流管的漸縮型入口進(jìn)入其內(nèi)部進(jìn)行微旋流分離，密度大的液體或固體通過HL/G型旋流管的底部管沉降至燒焦罐底部，密度小的氣體則通過HL/G型旋流管的溢流口匯聚至溢流匯集腔，清潔后的燒焦氣從頂部氣體出口排出。此外在旋風(fēng)分離型燒焦罐的進(jìn)氣口處設(shè)置一段向下α角度的導(dǎo)流筒，不僅可以避免氣體過早進(jìn)入微旋流分離器導(dǎo)致一級旋流分離時(shí)間縮短，還便于氣體到達(dá)燒焦罐底部錐段強(qiáng)化旋流分離效果。由于燒焦氣中含有較多的蒸汽，組合式旋風(fēng)分離不能分離蒸汽，會造成蒸汽從燒焦罐頂部排出，因此擬在進(jìn)氣管道上加裝循環(huán)水噴淋頭，對燒焦氣降溫，使其以較低溫度進(jìn)入罐體。

圖2 燒焦罐旋流式改造

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

旋流器具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、處理量大、不易堵塞、成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動控制等優(yōu)點(diǎn)[2-4]。與其他分離器相比，HL/G型旋流管的公稱直徑顯著縮小，內(nèi)表面采用雙柱三錐體結(jié)構(gòu)，進(jìn)口料采用雙進(jìn)口類橢圓形螺旋線結(jié)構(gòu)，既可有效抑制大顆粒彈跳對分離性能的不利影響，又提高了顆粒的分離精度。燒焦氣的固體顆粒物的粒徑大小差異很大，而傳統(tǒng)的旋風(fēng)分離器只能捕集粒徑大于100 μm的顆粒物，并不適合捕集粒徑小于10 μm的微細(xì)顆粒污染物，本項(xiàng)目采用HL/G型旋流管密布在旋風(fēng)分離罐中有效解決了這一難題。除此之外，該技術(shù)還具備以下特點(diǎn)：

(1)氣體中液滴和固體顆粒的計(jì)算分離精度為3 μm，粒徑10 μm及以上顆粒的脫除率超過95%；

(2)旋流器壽命長，整體設(shè)備連續(xù)運(yùn)行不低于5年；

(3)內(nèi)件不會因氣體流量的變化而損壞，也不會因帶液量的波動而堵塞;

(4)在設(shè)備運(yùn)行過程中，只需維持設(shè)備進(jìn)出口的壓力降，操作簡單，易維護(hù)；

(5)不需要反沖洗；

(6)當(dāng)原料性質(zhì)變化時(shí)，也能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 設(shè)備改造及公用工程

2.1 設(shè)備改造

本次改造涉及老區(qū)4臺燒焦罐與新區(qū)2臺燒焦罐，并在老區(qū)增加4臺焦粉沉淀池。老區(qū)的燒焦罐的位號沿用現(xiàn)有位號(E-FBC1～4)，燒焦罐工作壓力為常壓，工作溫度小于450 ℃，設(shè)計(jì)溫度為450 ℃;老區(qū)新增燒焦罐公稱直徑為3.6 m，高度約9 m，燒焦罐本體材質(zhì)為Q345R，旋流管為SUS304不銹鋼。燒焦罐為上部直筒，頂部橢圓封頭和下部錐體的立式容器，總質(zhì)量約為25 t,設(shè)備外部絕熱防燙。新區(qū)燒焦罐(位號：E-FA2107、E-FA2108)內(nèi)件進(jìn)行改造，本體保留，在罐體內(nèi)部安裝旋流管的方式進(jìn)行改造。旋流管為專利產(chǎn)品，材質(zhì)為SUS304不銹鋼，由相關(guān)生產(chǎn)廠家提供。為配合燒焦氣CO2分析儀的檢修，在燒焦罐頂部設(shè)置有檢修平臺。本次改造還包括老區(qū)燒焦罐所配置的焦粉池，每個燒焦罐配置一臺焦粉池，焦粉池為敞口方形，規(guī)格為2 m(L)×2 m(W)×0.8 m(H) ，材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)部設(shè)置隔板及溢流口，起到焦粉沉淀及污水分離的作用。

2.2 公用工程

2.2.1 土建工程

上海石化2#烯烴燒焦罐場地為近海圍海造地，海灘地形平坦，軟土地基，表土為新近沉積輕亞黏土，30 m以內(nèi)各土層含水量高，壓縮性強(qiáng)，天然地基承載力不大于70～80 kN/m2，可作為一般房屋、構(gòu)筑物的天然地基持力層。地下屬潛水類型，對混凝土無侵蝕性，最低地下水位1.5 m，最高地下水位0.3 m。土建主要內(nèi)容是：老區(qū)4臺燒焦罐直徑改大后，支撐原燒焦罐支架及基礎(chǔ)需重做，燒焦罐支架為鋼結(jié)構(gòu)，每個設(shè)備鋼支架設(shè)4個立柱，柱網(wǎng)尺寸為4 m×4 m，總高度6 m。本地區(qū)抗震基本設(shè)防烈度為6度，按7度烈度設(shè)防。

2.2.2 儀表

儀表作業(yè)主要內(nèi)容為：裂解爐燒焦罐排放氣增設(shè)在線CO2分析儀表，在線檢測裂解爐燒焦罐燒焦末期燒焦氣CO2含量，優(yōu)化燒焦操作過程，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。技改后新、老區(qū)裂解爐燒焦罐分別設(shè)置3臺在線分析儀表(老區(qū)2臺，新區(qū)1臺)，根據(jù)工藝過程需要，人工切換燒焦氣采樣氣路，在線檢測燒焦末期燒焦氣CO2含量，分析數(shù)據(jù)監(jiān)控由2#烯烴裝置老區(qū)和新區(qū)分散控制系統(tǒng)(DCS)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)工藝過程實(shí)際運(yùn)行情況，老區(qū)燒焦罐FB-C1和FB-C2燒焦氣出口、FB-C3和FB-C4燒焦氣出口、新區(qū)燒焦罐FA-2107和FA-2108燒焦氣出口分別設(shè)置1套紅外測量原理分析儀(包括分析儀控制柜、預(yù)處理系統(tǒng)，DRS采樣探頭、采樣泵等)，按相關(guān)要求進(jìn)行切換，對正在燒焦的燒焦罐燒焦氣進(jìn)行采樣分析，將分析測量結(jié)果遠(yuǎn)傳至控制室進(jìn)行監(jiān)控，判斷裂解爐燒焦情況。

2.3 工程概算

本次技改工程建設(shè)總概算為959.6萬元(不含設(shè)備材料增值稅)，總概算中建設(shè)投資為1 066.83萬元，詳見表1。

表1 各部分工程費(fèi)用

3 環(huán)保治理

本次技改是針對裂解爐燒焦時(shí)排放燒焦氣污染環(huán)境而實(shí)施的。主要改造內(nèi)容為改造新、老區(qū)的燒焦罐，采用先進(jìn)技術(shù)，充分回收燒焦氣中易外排的固體顆粒物(主要為焦粉)。由于需對燒焦氣噴淋降溫，會新增含油污水。項(xiàng)目實(shí)施后會減少廢氣的排放量，但同時(shí)增加了污水排放量，一定程度上增加了下游污水處理負(fù)荷。

3.1 廢水

技改實(shí)施后，增加了對燒焦氣的噴淋冷卻，噴淋后的污水接入含油污水系統(tǒng)，新增污水量如表2所示。

表2 模擬計(jì)算結(jié)果

3.2 廢氣

此次技改旨在減少燒焦氣排放對大氣的污染，使其滿足新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，減少區(qū)域環(huán)境的不良影響。

3.3 固廢

技改后會產(chǎn)生焦粉，焦粉被收集在燒焦罐底部的焦粉池內(nèi)，這減少了固廢的無組織排放。經(jīng)計(jì)算，老區(qū)10臺裂解爐全年需燒焦60次，每次每臺燒焦罐收集排放的190 kg焦粉，全年可收集11 400 kg的焦粉。

4 結(jié)語

環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，在這樣的氛圍下，如何打好環(huán)保攻堅(jiān)戰(zhàn)成為很多化工企業(yè)的熱門問題。上海石化2#烯烴燒焦罐技術(shù)改進(jìn)雖然有效緩解了大氣顆粒物排放，但同時(shí)增加了污水和固廢的處理量。在石化工業(yè)高速發(fā)展的今天，環(huán)保要求必將越來越嚴(yán)格，因此，通過不斷改進(jìn)工藝尋找新的手段來控制污染物排放必將成為每個技術(shù)人員關(guān)注的重要問題。