關(guān)鍵詞 | 乙烯裝置  能耗分析  優(yōu)化措施

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四川石化乙烯裝置采用美國S&W公司專利技術(shù)。裂解單元由7臺USC-176U型液體原料裂解爐(6開1備)和1臺USC-12M型循環(huán)氣裂解爐組成。分離采用前脫丙烷、前加氫、雙塔脫丙烷、乙烯精餾塔和乙烯制冷壓縮機(jī)形成開式熱泵的乙烯分離工藝。生產(chǎn)過程中由于裝置原料從乙烷到加氫裂化尾油等種類較多且工況復(fù)雜，造成裂解氣組成和流量變化較大，使設(shè)備效率下降、運(yùn)行數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，導(dǎo)致裝置能耗、物耗指標(biāo)不理想。通過對裝置能耗指標(biāo)的分析，進(jìn)而提出優(yōu)化措施。裝置于2018年4月進(jìn)行停工大檢修，2018年7月完成檢修后恢復(fù)開車。

乙烯裝置能耗組成中占比較大的是燃料氣、蒸汽、循環(huán)水。下面針對這幾個方面加以分析。乙烯裝置主要單耗和綜合能耗對比情況如下。

對比相同工藝流程的同類裝置，四川石化乙烯裝置蒸汽單耗相對較高。蒸汽單耗過高的原因是：裂解爐急冷鍋爐產(chǎn)汽量過低，超高壓蒸汽產(chǎn)量低于設(shè)計指標(biāo)約40t/h，導(dǎo)致裂解氣壓縮機(jī)透平抽汽量低于設(shè)計流量50t/h。裂解爐1~4號為重質(zhì)爐裂解氣容易結(jié)焦，其運(yùn)行初期和末期產(chǎn)汽量相差較大，且急冷鍋爐采用二合一結(jié)構(gòu)，換熱面積為57.5m2，比輕質(zhì)爐急冷鍋爐換熱面積少19%?？傮w來看，重質(zhì)爐產(chǎn)汽量低于設(shè)計流量，需要從自備電站接入大量蒸汽保持裝置蒸汽管網(wǎng)平衡。自備電站由于機(jī)組抽汽發(fā)電能力不足，高、中壓蒸汽直接減溫、減壓量較大，造成蒸汽生產(chǎn)能耗較高。乙烯裝置接入的蒸汽量越多對裝置綜合能耗影響越大。乙烯裝置蒸汽平衡參數(shù)如下。

燃料氣單耗低于行業(yè)平均水平，主要取決于兩方面：一是裂解爐熱效率較高(93.3%~95.6%)，二是裂解爐燃燒空氣預(yù)熱器投用后平均每臺裂解爐降低200kg/t的燃料用量。燃燒空氣預(yù)熱器利用煉油區(qū)多余的熱水作為加熱源，將裂解爐燃燒器助燃空氣預(yù)熱到73℃后進(jìn)入爐膛助燃，達(dá)到減少燃料氣消耗的目的。

水綜合消耗高于行業(yè)平均水平，主要原因是循環(huán)水消耗量偏大。原工藝設(shè)計中乙烯裝置循環(huán)水的污垢系數(shù)取值偏高(5.16×10-4m2·K/W)、冷換熱面積偏大，循環(huán)水設(shè)計用量偏高；四川地區(qū)氣溫較高循環(huán)水上水和回水溫差僅5℃，造成四川石化乙烯裝置循環(huán)水流量大于其它乙烯生產(chǎn)單位；裝置部分備用循環(huán)水換熱器的蝶閥密封性能差一直有泄漏。為保護(hù)進(jìn)出口蝶閥，只能保持循環(huán)水的流通而浪費(fèi)了部分循環(huán)水。

2018年大檢修后裂解原料裂解性能升高，使乙烯裝置綜合能耗達(dá)到全國領(lǐng)先水平；除燒焦周期外正常能耗(標(biāo)油)平均保持在530kg/t以下。裂解原料優(yōu)化后乙烯裝置雙烯產(chǎn)量和收率明顯提高。雙烯產(chǎn)量和收率對比情況如下。

裝置綜合能耗的下降主要得益于裂解原料的輕質(zhì)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩方面。

①原料輕質(zhì)化

乙烯裝置裂解單元共有8臺裂解爐，設(shè)計7開1備，其中1~4號為重質(zhì)爐，主要裂解加氫尾油和石腦油。目前乙烯裝置實(shí)際加工原料已經(jīng)較原設(shè)計工況偏輕，造成重質(zhì)裂解爐加工負(fù)荷不足，輕質(zhì)裂解爐加工負(fù)荷過大，給全廠物料平衡和優(yōu)化帶來了困難。為解決這一問題，對4號爐進(jìn)行原料輕質(zhì)化適應(yīng)性改造，使其適應(yīng)單獨(dú)裂解輕質(zhì)原料的工況，同時保留其裂解重質(zhì)原料的能力。在現(xiàn)有4號爐原料進(jìn)料流程的基礎(chǔ)上新增1套合適輕質(zhì)原料進(jìn)料處理要求的預(yù)熱器和過濾器(即新增2臺進(jìn)料過濾器和1臺進(jìn)料預(yù)熱器)，同時將該爐原料預(yù)熱段一段出口和二段盤管材料更換為合金鋼。技術(shù)改造后4號爐設(shè)計加工能力不變，仍然保持在50t/h?？紤]到未來繼續(xù)擴(kuò)大原料輕質(zhì)化的可能性，將新增原料預(yù)熱器的加工能力提高到100t/h。擴(kuò)能后將煉油來的歧化氣和異構(gòu)化氣以及柴油加氫的液化氣補(bǔ)充到輕烴裂解爐中，增加輕烴裂解爐進(jìn)料中輕烴的比例。該改造項目不僅是追求擴(kuò)大乙烯產(chǎn)能，而且是為了增加裝置的靈活性、平衡煉化一體化的全廠物料平衡、降低裝置能耗。

②原料結(jié)構(gòu)優(yōu)化

四川石化加工原油與原設(shè)計相比發(fā)生了很大的變化，現(xiàn)階段加工的混合石腦油主要呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：來源復(fù)雜(共10種石腦油混合，包括直餾輕石腦油、直餾重石腦油、柴油石腦油、渣油輕石腦油、渣油重石腦油、加氫裂化輕石腦油、加氫裂化重石腦油、拔頭油、芳烴抽余油、重整碳五)、餾程較寬(40~230℃)、分布差(缺少65~165℃的中間餾分)、混合差(頻繁切換原料罐使組分變化大)，使得裂解爐很難確定最佳裂解條件。

為解決這一問題將混合石腦油中的拔頭油、芳烴抽余油、重整碳五等相對輕質(zhì)的組分在原料罐區(qū)分開儲存、分開輸送，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)原料分儲、分裂以便確定其最佳裂解條件，達(dá)到目的產(chǎn)物收率的最大化。同時2018年大檢修后煉油區(qū)改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：混合石腦油中餾分和碳數(shù)明顯輕質(zhì)化、烷烴含量增加；常一線、抽余油、加氫裂化輕石腦油等裂解性能差的組分降低；將常減壓的重石腦油干點(diǎn)控制在195℃，提高其中正構(gòu)烷烴比例；優(yōu)化加氫裂化操作嚴(yán)格控制加氫尾油BMCI(芳烴指數(shù))值不大于13。在裂解原料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同時，各原料的比例也得到了優(yōu)化。石腦油等優(yōu)質(zhì)原料的比例有所增加，加氫尾油等劣質(zhì)原料的比例下降。乙烯裝置原料比例見下表。

影響乙烯裝置蒸汽系統(tǒng)能耗的主要因素有：透平凝汽量、減溫減壓蒸汽量、蒸汽放空量。抽汽式透平盡量減少凝汽量，多抽蒸汽以減少各等級蒸汽的補(bǔ)入量；做好蒸汽品質(zhì)監(jiān)控，防止蒸汽透平葉片結(jié)垢、強(qiáng)化蒸汽換熱器工藝腐蝕管理，防止蒸汽及凝液污染，保證蒸汽換熱器及蒸汽透平高效率運(yùn)行；研究各等級蒸汽的階梯利用，避免高等級蒸汽未經(jīng)做功直接減溫、減壓到下一級蒸汽，在蒸汽系統(tǒng)不平衡時利用各壓力等級的透平進(jìn)行平衡以減少蒸汽浪費(fèi)；加強(qiáng)鍋爐給水水質(zhì)管理及時調(diào)整優(yōu)化藥劑注入，根據(jù)汽包排污品質(zhì)及時調(diào)整連續(xù)排污和間歇量；加大裂解爐熱能回收，增加超高壓蒸汽的產(chǎn)量。

因加氫尾油品質(zhì)偏低，裂解加氫尾油時裂解爐急冷鍋爐內(nèi)部結(jié)焦嚴(yán)重，超高壓蒸汽產(chǎn)量持續(xù)降低，相對裂解爐運(yùn)行初期單爐超高壓蒸汽產(chǎn)量降低約30%，目前有4臺裂解爐存在此類現(xiàn)象。為最大量產(chǎn)出超高壓蒸汽，提高高位熱能的回收，計劃對裂解爐1~4號爐的急冷鍋爐進(jìn)行清洗，屆時超高壓蒸汽產(chǎn)量可提高到378t/h。優(yōu)化工藝水品質(zhì)防止稀釋蒸汽發(fā)生器腐蝕、及時清理稀釋蒸汽發(fā)生器急冷油側(cè)的結(jié)焦，多產(chǎn)稀釋蒸汽，降低中壓蒸汽補(bǔ)充量。

在滿足工藝要求的前提下，循環(huán)水廠采用變頻調(diào)速、可調(diào)節(jié)葉片等技術(shù)適當(dāng)提高循環(huán)水上水與回水的溫差，降低循環(huán)水系統(tǒng)流量；加強(qiáng)循環(huán)水水質(zhì)分析檢測，避免循環(huán)水換熱器結(jié)垢或者腐蝕后換熱效果變差；對裝置的循環(huán)水換熱器進(jìn)行全面檢修和清理，采用反沖洗的方法打通管束、清理殼體，消除因管束堵塞等原因造成的換熱效率下降。將備用循環(huán)水換熱器的蝶閥更換為閘閥，避免備用換熱器的循環(huán)水浪費(fèi)；配合第三方檢測機(jī)構(gòu)對循環(huán)水換熱器進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)腐蝕或者結(jié)構(gòu)缺陷等現(xiàn)象及時處理，同時對于無法滿足工藝要求的循環(huán)水換熱器及時進(jìn)行報廢和換新。

乙烯裝置裂解氣中甲烷設(shè)計收率為14.7%，由于裂解原料性質(zhì)變化，目前實(shí)際甲烷收率高達(dá)19%；脫甲烷塔和尾氣精餾塔負(fù)荷已經(jīng)超過110%，成為乙烯裝置負(fù)荷提高的瓶頸。為提高裝置負(fù)荷現(xiàn)設(shè)計增加1臺甲烷氫壓縮機(jī)，把返回裂解氣壓縮機(jī)的甲烷氫送至燃料氣管網(wǎng)，降低系統(tǒng)中甲烷氫循環(huán)量。新增甲烷氫壓縮機(jī)后增大甲烷氫外送量減少循環(huán)量，有效解決了乙烯裝置高負(fù)荷瓶頸，裂解爐每小時可增加10t負(fù)荷。裝置高負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行對公司效益有著重要意義，隨著加工量的增加，綜合能耗指標(biāo)明顯下降；加工量越接近設(shè)計負(fù)荷單位能耗越小，這是由于隨著裝置負(fù)荷的提高，燃料氣、蒸汽、電、循環(huán)水等單耗下降所致。2019年以來裝置平均負(fù)荷達(dá)到101%，產(chǎn)能優(yōu)勢得到有效釋放，整體能耗指標(biāo)達(dá)到最佳值。2018年和2019年1季度裝置指標(biāo)情況如下。

通過結(jié)焦抑制劑、低氮氧化物燃燒器、爐管強(qiáng)化傳熱等技術(shù)延長裂解爐的運(yùn)行周期。裂解爐運(yùn)行周期是衡量乙烯裝置運(yùn)行水平的一個重要指標(biāo)，中石油集團(tuán)公司各裂解爐平均運(yùn)行周期在40~65d。為延長裂解爐運(yùn)行周期，各單位除了在原料優(yōu)化和工藝參數(shù)優(yōu)化外，還可在新型結(jié)焦抑制劑、爐管強(qiáng)化傳熱、原位涂層等先進(jìn)技術(shù)方面開展生產(chǎn)攻關(guān)，爭取早日應(yīng)用于裝置并取得良好效果。四川石化公司裂解爐目前試用2種結(jié)焦抑制劑，并且取得一定的效果；優(yōu)化裂解爐操作降低對流段末端物料入口溫度，控制過?？諝庀禂?shù)，從而保證裂解爐的熱效率；定期使用高聲強(qiáng)中頻聲波除灰器清潔對流段爐管表面，保證對流段爐管的傳熱；加強(qiáng)對燒嘴的維護(hù)定期排綠油防止燒嘴的堵塞；對于停下的裂解爐打開人孔進(jìn)入爐膛檢查，清理堵塞的燒嘴，更換損壞的保溫。