提高裂解爐熱電偶投用率

摘要:中國石油蘭州石化分公司石油化工廠乙烯聯(lián)合車間裂解裝置SW裂解爐熱電偶是表面熱偶，由于運(yùn)行時(shí)間較長、多次檢修，致使表面熱偶套管受熱變形導(dǎo)致熱電偶插入不到位，與爐管接觸不緊密，熱偶保溫密封不嚴(yán)等現(xiàn)象，造成溫度指示失真，裂解爐橫向溫度分布不均勻，乙烯收率偏低。通過將熱電偶套管由點(diǎn)焊改為滿焊，使裂解爐熱偶的投用率由60%～70%上升到90%以上，使裂解爐總是處于裂解深度下操作運(yùn)行。
        裂解是指石油系的烴類原料在高溫條件下，發(fā)生碳鏈斷裂或脫氫反應(yīng)，生成烯烴及其他產(chǎn)物的過程。裂解目的是以生產(chǎn)乙烯、丙烯為主，同時(shí)還副產(chǎn)丁烯、丁二烯等烯烴和裂解汽油、柴油、燃料油等產(chǎn)品［1］。裂解反應(yīng)有四個重要特點(diǎn):①裂解反應(yīng)是一個強(qiáng)烈吸熱反應(yīng);②反應(yīng)溫度高;③停留時(shí)間要短;④烴分壓要低［2］。
       對于一個已定型的裂解爐，其出口溫度反映了它的裂解深度，故裂解爐出口溫度能影響裂解產(chǎn)物的分布和爐子結(jié)焦情況［1］。一般地乙烯、丙烯的收率隨爐出口溫度升高而增加，達(dá)到最大值后，溫度再升高，則收率呈下降趨勢。丁二烯的收率隨爐出口溫度變化不明顯，甲烷、氫、重質(zhì)燃料油的收率一般也隨溫度的升高而增大［3］。
1裝置簡介
       石油化工廠乙烯聯(lián)合車間裂解裝置SW裂解爐是2003年蘭州石化公司24萬噸乙烯擴(kuò)能改造新建的，由斯通－韋伯斯特公司設(shè)計(jì)6萬噸乙烯/年SW－80U型裂解爐。至今已運(yùn)行13年。該裂解爐的特點(diǎn)是雙輻射室共用一個對流段，裂解爐均為“U”型管式，輻射爐管為雙面輻射，主要特點(diǎn)是停留時(shí)間短、烴分壓低、選擇性高、乙烯收率高，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長、熱效率高，超高壓蒸汽產(chǎn)量大，尤其裂解原料范圍廣，可以同時(shí)裂解多種原料，其中H爐可單獨(dú)裂解石腦油、分區(qū)裂解石腦油和拔頭油;采用底部燒嘴提供裂解所需要的熱量。
2運(yùn)行現(xiàn)狀
(1)SW裂解爐輻射段有兩個爐膛，每爐膛內(nèi)有40根爐管進(jìn)行裂解反應(yīng)，每爐膛內(nèi)有16只熱偶，將16只熱偶的平均溫度作為每個爐膛裂解反應(yīng)的溫度控制指標(biāo)，分別由TIC－1094/1095控制每個爐膛的裂解反應(yīng)溫度。
(2)SW裂解爐的熱電偶是表面熱偶，由于運(yùn)行時(shí)間較長、多次檢修，使表面熱偶套管與爐管接觸不嚴(yán)，套管受熱變形導(dǎo)致熱電偶插入不到位，保溫密封不嚴(yán)等現(xiàn)象，造成溫度指示失真，裂解爐橫向溫度分布不均勻，各組爐管出口溫度差高達(dá)20～40℃，裂解爐熱電偶能夠投用的只有22左右，投用率只有68.75%。
(3)裂解爐由于熱偶偏差引起爐溫分布不均勻，裂解產(chǎn)物分布不合理，有時(shí)發(fā)生部分SLE發(fā)生泄漏、單根爐管結(jié)焦發(fā)紅、甚至掉焦堵塞爐管等現(xiàn)象造成裂解爐頻繁停爐檢修，裂解爐運(yùn)行周期不能達(dá)標(biāo);同時(shí)裂解產(chǎn)物分布不合理，乙烯收率在31.2%～34.67%之間波動，平均值只有33.22%。

3熱偶優(yōu)化
(1)裂解爐熱偶一般有兩種測量方式，一是表面熱偶，熱偶測點(diǎn)在爐管的外表面;另一種是插入熱偶，直接測量裂解氣的溫度。表面熱偶具有外護(hù)套直接焊接在爐管表面，避開了裂解氣高流速的沖刷，以及高溫介質(zhì)對測溫元件的破壞，因此使用周期長;但是溫度的滯后和受外界溫差的影響都不能真正的反映爐管內(nèi)的溫度，給裝置降低能、物耗帶來了影響。而插入式熱偶能反映真實(shí)的裂解溫度，但受高溫裂解氣的磨損沖蝕，使用周期較短;為延長使用時(shí)間一般在運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，將熱偶套管旋轉(zhuǎn)一定角度，避免裂解氣朝一個方向沖蝕，保證熱電偶套管在短時(shí)間內(nèi)不被沖蝕漏，從而達(dá)到延長保護(hù)套管的壽命的目的。
(2)裂解爐出口溫度反映了它的裂解深度，故裂解爐出口溫度能影響裂解產(chǎn)物的分布和爐子結(jié)焦情況［4］。烴類高溫?zé)崃呀馍a(chǎn)乙烯時(shí)，裂解爐輻射段爐管內(nèi)表面和急冷鍋爐套管內(nèi)表面伴隨著焦炭的形成。這種高溫條件下形成的焦炭是熱的不良導(dǎo)體，會使?fàn)t管傳熱阻力增大、爐管內(nèi)徑變小，導(dǎo)致爐管外壁表面溫度升高、爐管內(nèi)流體壓降增大，甚至堵塞管道，影響正常操作。當(dāng)爐管外表溫度達(dá)到爐管材質(zhì)所能承受的高溫度或者壓降達(dá)到裂解爐的最大壓降時(shí)，裂解爐必須進(jìn)行清焦，清除管內(nèi)的焦炭以后才能再次進(jìn)行生產(chǎn)。
裂解深度、結(jié)焦母體的濃度及結(jié)焦反應(yīng)的活性均隨裂解溫度升高而增加，裂解反應(yīng)溫度越高反應(yīng)速率越快，二次反應(yīng)越多結(jié)焦速率也越快。裂解溫度瞬時(shí)的高溫，會加深裂解深度，造成爐管的嚴(yán)重結(jié)焦。而且頻繁的升降溫，影響裂解爐管的使用壽命。
        結(jié)焦速率和管壁溫度有直接關(guān)系，結(jié)焦率決定爐子的運(yùn)轉(zhuǎn)周期［5］。隨著清焦次數(shù)的增加，會對乙烯及副產(chǎn)品產(chǎn)量、燃料消耗、爐管壽命等帶來不利影響，所以爐出口溫度的控制精度是乙烯裂解深度和雙烯收率的提高的關(guān)鍵因素。
(3)當(dāng)裂解爐進(jìn)料流量和壓力、稀釋蒸汽流量及壓縮機(jī)人口壓力確定后，停留時(shí)間隨之確定，裂解溫度即成為控制裂解深度重要的工藝參數(shù)，裂解爐操作首要是保持COT的平穩(wěn)。穩(wěn)定裂解溫度的關(guān)鍵是穩(wěn)定燃料壓力，需要和分離崗位緊密配合，同時(shí)還要根據(jù)廠管網(wǎng)的加壓火炬氣進(jìn)行綜合平衡。
(4)SW裂解爐的表面熱偶投用前安裝位置一致，統(tǒng)一安裝在爐頂板的保溫層中，由于運(yùn)行時(shí)間較長，裂解爐管受熱發(fā)生蠕變，熱偶套管位置發(fā)生位移，熱偶測溫點(diǎn)發(fā)生變化，使熱偶溫度指示產(chǎn)生橫向偏差，從而影響了裂解產(chǎn)物的分布，對裝置的能、物耗有較大影響。SW裂解爐的表面熱偶套管改進(jìn)前用點(diǎn)焊焊接在爐管外壁上，由于熱偶套管與爐管使用材質(zhì)的不一致，在爐子運(yùn)行和停爐檢修期間，兩種材質(zhì)膨脹系數(shù)不同，造成焊縫處裂開或不牢固。由于熱偶投用時(shí)間較長，熱偶套管受熱變形，在臨時(shí)搶修更換熱電偶時(shí)，造成熱電偶插入不到位，熱偶溫度指示產(chǎn)生偏差，從而影響了爐膛裂解溫度TIC－1094/1095的指示。現(xiàn)在采用滿焊10cm無死點(diǎn)，這樣熱偶套管與爐管的焊接面積增大，使得熱偶套管與爐管表面接觸更加牢固。




(5)通過將熱電偶套管滿焊，統(tǒng)一焊接的物理位置，統(tǒng)一更換新熱電偶，裂解爐熱偶的投用率由60%～70%上升到90%以上，各組爐管出口溫度(32支熱偶)差控制在5℃之內(nèi)，橫向溫度分布更加均勻，使裂解爐總是處于裂解深度下操作運(yùn)行。

4結(jié)語
       通過對熱電偶的整治，熱偶的投用率由60%～70%上升到90%以上，裂解溫度得到有效控制，波動范圍變窄，乙烯收率在33.7%～35.43%之間，平均值在34.62%，乙烯收率比處理前提高1.4%，按年產(chǎn)12萬噸乙烯，每噸乙烯成本3500元計(jì)，單臺裂解爐年增經(jīng)濟(jì)效益147萬元，同時(shí)減緩了爐管的結(jié)焦，延長了裂解爐的運(yùn)行周期。