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1、大庆乙烯裂解炉空气预热器投用情况及分析程广伟（大庆石化公司化工一厂163714）内容摘要 本文从大庆乙烯装置老区 8 台裂解炉底部火嘴增设的空气预热器设计、投用、维护等多方面的 情况进行了系统总结和详细分析，并讨论和计算了该预热器投用后对于乙烯装置的节能降耗情况的进步和 企业效益增加的情况。指出了该种设备的适合条件及推广前景。关键词 节能降耗 预热器 泵阱 热值计算1 概述在石化行业，燃料消耗是生产装置最主要的能源消耗，占整个化工厂的 60左右。据国家能源部统计，我国单位产品的能耗比欧美发达国家要多出60100%，甚至23倍。 随着中国加入WTO,外国石化产品正在和即将大量进入中国市场，中国石
2、化产品正面临空 前挑战，内部挖潜增效、节能降耗成为国内石化企业能否在今后激烈的竞争中立于不败之地 的关键。目前大庆石化公司化工一厂有两套乙烯装置，一套为 1986 年投产的采用 STONE &.WEBERST公司（以下简称S. W公司）工艺技术老区部分，采用的是的UCS-16W型裂 解炉，顺序分离流程。另一套为 1999 年投产的新区部分，裂解炉采用的是 S.W 公司的 UCS-80U裂解炉和BROWN & ROOT公司的前脱丙烷前加氢工艺流程。其中老区裂解炉自投产以来，装置的能耗一直较高，其中主要原因有以下两方面：一是 公用工程能耗高，二是乙烯收率设计值比较低，产品产量低。导致乙烯单耗自原始
3、开工以来 超出设计值较多，无法达标。如何将装置的运行能耗降下来，实现装置达标，提高产品的竞 争能力成为分厂和公司的主要任务。通过公司领导和有关技术人员对装置运行情况和设计标准进行对照和分析，认为大庆乙 烯装置节能降耗的重点是降低裂解炉能耗，而重中之重则是通过装置内的系统优化，预热裂 解炉助燃空气，达到减少裂解炉燃料消耗的目的。通过对国内外有关乙烯装置进行了大量考 察和研究，认为目前乙烯裂解炉节能挖潜、降低燃料消耗有两大途径：一是利用装置再生式 的余热，如利用裂解炉烟气预热助燃空气等，但该条节能路径需要增加大量额外能耗（比如 增设烟气鼓风机等），而且裂解炉烟气在温度低于100c时还存在对设备和管
4、线的露点腐蚀 等一系列问题，实施难度较大。另一条路径是利用厂区多余的低压废热蒸汽，预热进入裂解 炉炉膛的助燃空气，这一办法工艺简单，实施方便，又不需要增设过多的其余设备和能耗元 件。基于上述情况，结合2000年大庆乙烯装置新区裂解炉底部火嘴增设的急冷水预热器的 成功投用，由大庆石化公司工程技术人员联合航空航天部11研究所的设计人员，大庆石化 公司于2001年3月正式提出将大庆乙烯装置裂解车间老区8台裂解炉（EF-111AH）底部 燃烧器增设空气预热器，加热介质为装置的多余低压蒸汽s3。2 项目设计情况该项目主要分为加热蒸汽的给汽和回水系统，空气预热器系统。2.1 加热蒸汽系统加热蒸汽系统分为三
5、个部分，第一部分为 S3 蒸汽引出和流量测控系统；第二部分包括 蒸汽及回水的母管、干管和支管系统；第三部分为冷凝回水系统。S3蒸汽进汽母管：母管平行于炉群并保温，S3蒸汽母管进入炉区上游，设有流量监视 控制系统；回水母管：蒸汽凝液回水母管平行于S3蒸汽母管（炉群）并保温；进汽干管：进汽干管共有18根， 9台裂解炉每台左右两侧各有1条进汽干管，各干管 并联连接；预热器支管：每台空气预热器都有蒸汽、凝液各1 条支管与进汽干管和回水干管 相连，各预热器的蒸汽、凝液支管并联连接；在每台空气预热器的回水支管上均设有过滤器、 疏水器，防止加热蒸汽 S3 发生串汽现象；在每台裂解炉的预热器上设有两个现场指示
6、温度 计，用以监视经预热器加热后进入炉膛前的助燃空气温度；在蒸汽凝液回水系统，所有蒸汽 凝液返回到蒸汽凝液罐EV-150中，在利用两台原闲置的凝液泵EP-150A/B （后改为两台以 氮气为驱动力的泵阱）将蒸汽凝液送往装置冷凝液回收系统。2.2 回水系统为避免在冷凝液回水管线和冷凝液罐中产生大量二次蒸汽，因此在设计中将离开空气预 热器的蒸汽凝液进行过冷处理，使蒸汽凝液温度低于120C,防止蒸汽凝液泵发生气蚀现象， 影响正常运行。3 项目运行情况3.1 运行维护情况全部项目已经于2001年11月中旬全部施工完毕，并投入正常运行。在空气预热器投用初期，经常发生由于蒸汽、回水管线中脏东西（焊流、铁屑
7、、污泥等） 过多造成的疏水器和上游过滤器的堵塞现象，经过反复多次清理后，这种情况已经在很大的 程度上得到缓解（至今已经连续有3个月没有发生类似现象了）。在2001年1月份，由于原用于输送蒸汽凝液的离心泵EP-150A/B频繁出现设备问题， 导致蒸汽凝液罐多次满罐，造成空气预热器凝液回水不畅，预热器发生大面积被冻事故，给 生产运行和维护处理带来很多麻烦。针对上述情况，并结合以往实际生产经验，决定取消原 设计中利用的闲置凝液泵EP-150A/B，新增加两台用氮气驱动的泵阱作为蒸汽凝液的输送工 具。投用后，效果良好，再没有出现过由于蒸汽凝液输送不力造成预热器回水不畅，导致预 热器在北方低温环境中发生
8、的大面积冻坏事故。在使用过程中，发现在蒸汽凝液回水过滤器及疏水器的连接法兰处，由于设备制造厂家 提供的垫片不合格，出现经常性的泄漏现象，并发生几次由于垫片损坏严重造成蒸汽和凝液 大量外喷事故，全部更换后，该问题得到解决。3.2 运行性能指标投用后，达到的性能指标如下：表 1 大庆乙烯装置老区裂解炉空气预热器设计和实际运行指标项目设计情况实际运行情况S蒸汽循环流量38.0 t/h8.0 10.0 t/hS 蒸汽运行温度3180 5 C180 5 CS3 蒸汽运行压力33.5 kg/cm24.0kg/cm2蒸汽凝液压力1.0 kg/cm21.2kg/cm2单台火嘴空气流量1100 Nm3/h120
9、0 Nm3/h助燃空气压力降2.5 mmH2O2.6mmH2O助燃空气温升（冬季）100.0 C1205C助燃空气温升（夏季）80.0 C905C从空气预热器投用后的记录数据上看, 完全达到甚至超过了设计指标,满足设计要求。加 热后进入炉膛内的助燃空气流量均匀，温度分布稳定。4 经济效益计算利用装置过剩的低压蒸汽 S3 预热裂解炉底部助燃空气，以节约裂解装置的综合能耗， 其节能效果主要表现在以下几个方面：第一、最主要也是最直接的节能效果一一降低装置燃料气的消耗量。由于助燃空气在进入 裂解炉前经s3加热，降低了裂解炉的热负荷，省去了一部分燃料气，式裂解炉单耗 降低。第二、 可以提高裂解炉的燃烧效
10、率。燃烧用空气被加热，改善了裂解炉内的燃烧条件，加 快了燃烧反应，从而减少了裂解炉膛内的过量空气系数，使得烟气量、排烟温度都 有所降低，减少了烟气带走的热量。第三、由于改善了裂解炉内的燃烧效果，对裂解炉COT的稳定控制提供了外部稳定条件， 由其解决了冬季由于外部环境温度低，燃料气耗量大，炉膛内燃烧不均衡造成的各 炉管COT出现较大偏差，降低了装置的乙烯收率，从而间接提高了产品的单耗。这里所作的效益评估，重点讨论第一条，对第二条、第三条暂不考虑。4.1 直接经济效益计算：老区裂解炉投料量按16.5t/h计算，每台裂解炉燃料器消耗平均为2600Kg/h，可以计算 出老区裂解炉吨投料量燃料器消耗燃料
11、气：157.6Kg/t。老区裂解炉每台底部燃烧器所需空气量为1188Nm3/h,每台炉共有16台底部燃烧器， 预热空气量为：Qa=1188 Nm3/hX 16=19008 Nm3/h （占总助燃空气的60%左右）。冬季助燃 空气平均温升 T=125C，夏季助燃空气平均温升 T = 80C，全年助燃空气平均温升AT = 100C，燃料气热值按11500Kcal/Kg计。计算结果如下：H=QAXp aXCPaXAT= 19008X1.247X1.005X100宁4.1868= 569619.6Kcal/h其中：p A=1.247Kg/Nm3（空气的密度）CPA=1.005KJ/KgC （空气的定压
12、比热）相当于每台裂解炉节约燃料气为:Qf= 569619.6 Kcal/hF 11500 Kcal/Kg = 49.53Kg/h 老区8台裂解炉每年按8000操作小时计，瓦斯气单价按照0. 1 5万元吨计算，节能效益为：0.15 万元 / tX49.53Kg/hX8X8000h/a = 475.488 万元 / 年4.2 其它间接经济效益该项目投用的同时，同时还有带来蒸汽凝液回收、降低装置裂解炉排烟温度、提高裂解 炉热效率、稳定裂解炉COT和裂解深度，提高产品收率等其它巨大的间接经济效益，同样 对装置的节能降耗工作起到积极作用。4.3 投资回报周期：大庆乙烯装置裂解炉底部火嘴空气预热器投用以来
13、，效益显著。投资回报周期不到一年， 而本套设备使用寿命至少在5年以上，由此可见大庆石化公司的本次技术改进项目取得了成 功效果。5 应用场合和推广前景裂解炉空气预热器的研发及投用属于乙烯装置的节能新途径的开发与尝试，其最大的特 点是不需要增加任何额外能耗，只是利用装置的自身潜力，将装置内的工用工程系统与工艺 系统进行系统优化，从而达到装置的节能降耗与蒸汽凝液回收的目的。适于应用的场合为： 、环境温度较低场所。 、裂解炉底部火嘴燃烧热负荷较高（50%以上）、助燃空气量较大裂解装置。 、装置内部有多余的中低压蒸汽。由上面效益计算部分可以知道，在北方高寒地区的乙烯装置增设裂解炉空气预热器，如 果底部热
14、负荷为5 0 % ，投资回报周期不到一年；如果底部热负荷为1 00 % ，投资回报周期不 到半年。在南方乙烯装置增设裂解炉空气预热器，如果底部热负荷为 50%，投资回报周期 不到两年；如果底部热负荷为100%，投资回报周期不到一年。这在大型化工企业的技术改 造项目当中综合效益是比较优异的。这种新工艺在国内尚属首例，为乙烯装置裂解炉的节能降耗工作打下坚实基础，具有明 显的节能示范作用。这种节能新途径具有极为广泛的应用前景和推广价值。参考文献：1、化工原理，上，大连理工大学化工原理教研室2、设备安装手册（第一册），大庆乙烯指挥部，1983.43、大庆裂解炉空气预热器设计手册，第 1 册，第2 册，航空航天部11 所，1999.24、王振维，乙烯工业，2001，13（1），44
