乙烯裂解炉空气预热器的节能设计

乙烯裂解炉空气预热器的节能设计

任一丁1陈智凯2闫昕3

抚顺石化公司烯烃厂乙烯车间辽宁抚顺113004

摘要：降低乙烯装置能耗最重要的一点是降低裂解炉的能耗，我们要根据裂解炉装置的实际情况来选择适合的裂解炉节能装，从而来实现裂解炉的节能，优化操作和精细管理是维持裂解炉节能的一种手段，但不是最完美的，最最重要的还应该是进行节能改造，下面我们将对乙烯裂解炉空气预热器的节能设计做详细分析。

关键词：乙烯裂解炉；空气预热器；节能设计

1裂解炉的现状

某乙烯装置共有8台裂解炉，采用侧烧与底烧相结合的供热方式。其热负荷分配为：70%热量由底部燃烧器提供，30%热量由侧壁燃烧器提供。侧壁与底部燃烧器均为自吸式通风形式，助燃空气直接进入燃烧器。裂解炉是乙烯能耗的主要设备，其燃料消耗占乙烯装置总生产能耗的80%以上，尤其在冬季室外气温较低的情况下，燃料消耗量更大。乙烯裂解装置的节能问题一直是石化行业比较重视的问题，因此有必要对占乙烯装置总生产能耗的80%以上裂解炉进行节能技术改造，达到节能降耗的目的。

我们通过调查发现得知，目前国内绝大多数裂解炉都设有空气预热装置，但增加预热装置的本意和增加后取得的实际效果的差异却比较大，有些装置增设空气预热装置后，不仅不能取得节能效果，还会使装置的能耗增加，因为设置空气预热器一个重要的方面就是考虑加热源的问题，如果单纯为了裂解炉的节能而造成其他能源的损耗（例如，急冷水，低压蒸汽）从整体上来看并没有达到节能降耗的目的；另外，增加空气预热器的另外一个意义就在于有效延长了炉管的使用寿命，裂解炉辐射段炉管的造价昂贵，北方冬季的严寒空气会对炉管造成一定损伤，所以就会致使炉管的使用寿命缩短，但是增加空气预热器以后，将会有效的缓解由于温差较大而造成炉管的损伤。

2空气预热器的热源选择

2.1装置急冷水做热源（方案Ⅰ）

利用装置内裂解柴油（1000t/h）做热源，可将急冷水（810t/h）从71℃加热到85℃，热量可够5台裂解炉使用。经核对原装置设备数据与操作参数，发现无法提供1000t/h量的裂解柴油。在设计工况下，为了保证原料预热，可用来加热急冷水的柴油量只有193t/h，而且使用裂解柴油加热急冷水，存在如果出现换热器内漏不得不全装置停工的问题。

2.2装置外送蒸汽凝液做热源（方案Ⅱ）

利用装置低压蒸汽凝液为空气预热器热源DCS实际参数显示凝液量在220～270t/h。但装置运行过程证明，低压凝液外送流量仅170t/h左右。根据操作参数模拟计算低压凝液的热能只够加热2台裂解炉空气预热器，其余裂解炉仍需采用急冷水加热，且需新增2条DN200以上大管径管道，装置系统管廊布置比较困难。

2.3装置急冷水与化工区总凝液同时作热源（方案Ⅲ）

化工区总凝液线在化工区总管廊上，位置在裂解炉西侧，并与各单元分管廊相连接。利用化工区总凝液加热5台裂解炉空气预热器，热源流量、温度都有保证，配管布置相对方便。其他3台裂解炉采用装置急冷水加热。为了提高热源温度，利用装置除氧水加热急冷水，可以有效地利用了除氧水的低温热，同时也可以降低乏汽的排放量，对装置除氧器的运行没有影响。

以上3种方案经综合对比分析，最终选用方案Ⅲ，利用装置急冷水加热3台裂解炉的空气预热器，化工区总凝液加热另外5台裂解炉的空气预热器。

3热源分配方案的具体分析

乙烯厂化工区总凝液设计流量600t/h，温度95．0℃，返回动力站后主要用途是进入凝液箱冷却后进脱盐水制水装置。将乙烯装置西侧化工厂区凝液总线引进乙烯装置裂解炉区，加热5台裂解炉空气预热器，凝液降温至77．4℃返回动力站，凝液水温降低能减小动力站新水用量，动力站在一定程度上也起到了节能的作用。根据操作参数计算，凝液能将裂解炉助燃空气温度升高至67．7℃（冬夏季平均温升）。

乙烯装置除氧水设计流量367t/h，温度94℃，主要作用是与装置透平凝液混合后，进闪蒸蒸汽冷凝器将乏汽冷凝回收热量后进装置除氧器。闪蒸蒸汽冷凝器热量富余，乏汽排放量大。将装置除氧水与急冷水换热，可将急冷水（71℃、600t/h）加热至80．0℃，除氧水温度降低到79．3℃进凝液闪蒸汽冷凝器，被低压凝液闪蒸汽加热到92．5℃进装置除氧器，对锅炉给水除氧效果没有影响。提温后的急冷水（80．0℃）作为3台裂解炉空气预热器热源加热助燃空气。根据操作参数计算，急冷水返回温度：夏季72．2℃，冬季65．0℃。急冷水可将裂解炉助燃空气温度升高至65．5℃（冬夏季平均温升）。

由于装置现场安装位置及空间有限，急冷水加热器采用板式换热器，换热面积大，占地面积小。为了防止换热器出现内漏，装置急冷水漏入除氧水侧影响锅炉水质，在新增的急冷水加热器除氧水侧出口增加TOC（总碳含量）在线分析仪。如果出现除氧水水质变化，可以将换热器切旁路，避免对装置运行产生影响。

4投用的注意事项

4.1如果投用后发现水洗塔急冷水的循环量有很大幅度的下降，那么，这时候室外的工作人员应该快速截流101B裂解炉空气预热器的回水总手动阀门。

4.2投用后，水洗塔的顶温要控制在要控制在38℃，塔釜温度要控制在83℃，在裂解炉空气预热器急冷水进出口总手动阀门全打开后，我们的操作员要随时注意这两个的温度控制，如果塔釜的温度小于指标的范围，操作人员要根据生产需要手动截流131C循环水的用量。

4.3投入使用完成以后，工作人员要认真的记录现场温度压力等的数据，如果出现变动，我们要立刻进行调整。

4.4工作人员还要根据裂解炉的具体使用情况对风门进行调整。

4.5为了出现异常反应，在投入使用的初期，工作人员要认真对裂解炉空气预热器进行巡查，在投入使用四十八小时以内，每个小时都要对这个系统进行一次全面检查，并且要认真调节。

结束语

1选用系统热平衡后的余热作为空气预热器的热源，加热助燃空气。

2空气预热器节能系统中，包括风路、热源管路中流体的运行，原则上不需要外加的动力消耗来推动节能系统的运行，它是靠原裂解炉中设备设计时储备的设计余量以及余热资源自己本身储备的压力来推动。如果消耗了原设备的动力，但节能系统各环节之间对于消耗原设备的动力反过来又给予足够的动力补偿。

3节能是双向的，即裂解炉节能，提供余热资源的装置也节能，二次节能。

4节能系统操作弹性大，余热资源只要供应某一个时期相对稳定就行。投运时可逐台投运，也可一起投运，也可停运1台或几台。节能系统不设自动控制，施工时也不影响裂解炉生产。

5节能系统简单、可靠，无三废排放，维护简便，不新增定员，没有高速、高温、高压设备，节能系统工作可靠性较高。这种节能新技术的最大特点就是最简单可靠的纯节能新技术，节能效果明显。

参考文献：

[1]代兵，马斌良，黄斌.乙烯装置裂解炉节能技术应用分析[J].乙烯工业，2015，02：55-57+20.

[2]刘增岳，魏月娥.燕山乙烯装置SRT-Ⅳ型裂解炉优化调整[J].中外能源，2013，11：67-71.

[3]郑宁来.扬子石化公司乙烯装置空气预热器投用[J].石油炼制与化工，2014，02：63.

[4]诸泽人，罗艺锋.裂解炉系统节能优化潜力分析[J].乙烯工业，2014，01：53-57+6.