四川石化│乙烯装置能耗指标分析与优化措施

编 辑 | 化工活动家

来 源 | 乙烯工业 四川石化

作 者 | 彭志荣等

关键词 | 乙烯装置  能耗分析  优化措施

共 3325 字 | 建议阅读时间 10 分钟

导 读

Introduction

四川石化乙烯装置采用美国S&W公司专利技术。裂解单元由7台USC-176U型液体原料裂解炉(6开1备)和1台USC-12M型循环气裂解炉组成。分离采用前脱丙烷、前加氢、双塔脱丙烷、乙烯精馏塔和乙烯制冷压缩机形成开式热泵的乙烯分离工艺。生产过程中由于装置原料从乙烷到加氢裂化尾油等种类较多且工况复杂，造成裂解气组成和流量变化较大，使设备效率下降、运行数据不稳定，导致装置能耗、物耗指标不理想。通过对装置能耗指标的分析，进而提出优化措施。装置于2018年4月进行停工大检修，2018年7月完成检修后恢复开车。

装置能耗指标分析

乙烯装置能耗组成中占比较大的是燃料气、蒸汽、循环水。下面针对这几个方面加以分析。乙烯装置主要单耗和综合能耗对比情况如下。

01

蒸汽单耗

对比相同工艺流程的同类装置，四川石化乙烯装置蒸汽单耗相对较高。蒸汽单耗过高的原因是：裂解炉急冷锅炉产汽量过低，超高压蒸汽产量低于设计指标约40t/h，导致裂解气压缩机透平抽汽量低于设计流量50t/h。裂解炉1~4号为重质炉裂解气容易结焦，其运行初期和末期产汽量相差较大，且急冷锅炉采用二合一结构，换热面积为57.5m2，比轻质炉急冷锅炉换热面积少19%。总体来看，重质炉产汽量低于设计流量，需要从自备电站接入大量蒸汽保持装置蒸汽管网平衡。自备电站由于机组抽汽发电能力不足，高、中压蒸汽直接减温、减压量较大，造成蒸汽生产能耗较高。乙烯装置接入的蒸汽量越多对装置综合能耗影响越大。乙烯装置蒸汽平衡参数如下。

02

燃料气单耗

燃料气单耗低于行业平均水平，主要取决于两方面：一是裂解炉热效率较高(93.3%~95.6%)，二是裂解炉燃烧空气预热器投用后平均每台裂解炉降低200kg/t的燃料用量。燃烧空气预热器利用炼油区多余的热水作为加热源，将裂解炉燃烧器助燃空气预热到73℃后进入炉膛助燃，达到减少燃料气消耗的目的。

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水综合消耗

水综合消耗高于行业平均水平，主要原因是循环水消耗量偏大。原工艺设计中乙烯装置循环水的污垢系数取值偏高(5.16×10-4m2·K/W)、冷换热面积偏大，循环水设计用量偏高；四川地区气温较高循环水上水和回水温差仅5℃，造成四川石化乙烯装置循环水流量大于其它乙烯生产单位；装置部分备用循环水换热器的蝶阀密封性能差一直有泄漏。为保护进出口蝶阀，只能保持循环水的流通而浪费了部分循环水。

04

综合能耗

2018年大检修后裂解原料裂解性能升高，使乙烯装置综合能耗达到全国领先水平；除烧焦周期外正常能耗(标油)平均保持在530kg/t以下。裂解原料优化后乙烯装置双烯产量和收率明显提高。双烯产量和收率对比情况如下。

装置综合能耗的下降主要得益于裂解原料的轻质化和结构优化两方面。

①原料轻质化

乙烯装置裂解单元共有8台裂解炉，设计7开1备，其中1~4号为重质炉，主要裂解加氢尾油和石脑油。目前乙烯装置实际加工原料已经较原设计工况偏轻，造成重质裂解炉加工负荷不足，轻质裂解炉加工负荷过大，给全厂物料平衡和优化带来了困难。为解决这一问题，对4号炉进行原料轻质化适应性改造，使其适应单独裂解轻质原料的工况，同时保留其裂解重质原料的能力。在现有4号炉原料进料流程的基础上新增1套合适轻质原料进料处理要求的预热器和过滤器(即新增2台进料过滤器和1台进料预热器)，同时将该炉原料预热段一段出口和二段盘管材料更换为合金钢。技术改造后4号炉设计加工能力不变，仍然保持在50t/h。考虑到未来继续扩大原料轻质化的可能性，将新增原料预热器的加工能力提高到100t/h。扩能后将炼油来的歧化气和异构化气以及柴油加氢的液化气补充到轻烃裂解炉中，增加轻烃裂解炉进料中轻烃的比例。该改造项目不仅是追求扩大乙烯产能，而且是为了增加装置的灵活性、平衡炼化一体化的全厂物料平衡、降低装置能耗。

 

②原料结构优化

四川石化加工原油与原设计相比发生了很大的变化，现阶段加工的混合石脑油主要呈现以下特点：来源复杂(共10种石脑油混合，包括直馏轻石脑油、直馏重石脑油、柴油石脑油、渣油轻石脑油、渣油重石脑油、加氢裂化轻石脑油、加氢裂化重石脑油、拔头油、芳烃抽余油、重整碳五)、馏程较宽(40~230℃)、分布差(缺少65~165℃的中间馏分)、混合差(频繁切换原料罐使组分变化大)，使得裂解炉很难确定最佳裂解条件。

 

为解决这一问题将混合石脑油中的拔头油、芳烃抽余油、重整碳五等相对轻质的组分在原料罐区分开储存、分开输送，实现轻质原料分储、分裂以便确定其最佳裂解条件，达到目的产物收率的最大化。同时2018年大检修后炼油区改善产品结构：混合石脑油中馏分和碳数明显轻质化、烷烃含量增加；常一线、抽余油、加氢裂化轻石脑油等裂解性能差的组分降低；将常减压的重石脑油干点控制在195℃，提高其中正构烷烃比例；优化加氢裂化操作严格控制加氢尾油BMCI(芳烃指数)值不大于13。在裂解原料结构优化的同时，各原料的比例也得到了优化。石脑油等优质原料的比例有所增加，加氢尾油等劣质原料的比例下降。乙烯装置原料比例见下表。

装置能耗指标进一步优化

01

蒸汽系统优化

影响乙烯装置蒸汽系统能耗的主要因素有：透平凝汽量、减温减压蒸汽量、蒸汽放空量。抽汽式透平尽量减少凝汽量，多抽蒸汽以减少各等级蒸汽的补入量；做好蒸汽品质监控，防止蒸汽透平叶片结垢、强化蒸汽换热器工艺腐蚀管理，防止蒸汽及凝液污染，保证蒸汽换热器及蒸汽透平高效率运行；研究各等级蒸汽的阶梯利用，避免高等级蒸汽未经做功直接减温、减压到下一级蒸汽，在蒸汽系统不平衡时利用各压力等级的透平进行平衡以减少蒸汽浪费；加强锅炉给水水质管理及时调整优化药剂注入，根据汽包排污品质及时调整连续排污和间歇量；加大裂解炉热能回收，增加超高压蒸汽的产量。

 

因加氢尾油品质偏低，裂解加氢尾油时裂解炉急冷锅炉内部结焦严重，超高压蒸汽产量持续降低，相对裂解炉运行初期单炉超高压蒸汽产量降低约30%，目前有4台裂解炉存在此类现象。为最大量产出超高压蒸汽，提高高位热能的回收，计划对裂解炉1~4号炉的急冷锅炉进行清洗，届时超高压蒸汽产量可提高到378t/h。优化工艺水品质防止稀释蒸汽发生器腐蚀、及时清理稀释蒸汽发生器急冷油侧的结焦，多产稀释蒸汽，降低中压蒸汽补充量。

02

循环水系统优化

在满足工艺要求的前提下，循环水厂采用变频调速、可调节叶片等技术适当提高循环水上水与回水的温差，降低循环水系统流量；加强循环水水质分析检测，避免循环水换热器结垢或者腐蚀后换热效果变差；对装置的循环水换热器进行全面检修和清理，采用反冲洗的方法打通管束、清理壳体，消除因管束堵塞等原因造成的换热效率下降。将备用循环水换热器的蝶阀更换为闸阀，避免备用换热器的循环水浪费；配合第三方检测机构对循环水换热器进行检测，发现腐蚀或者结构缺陷等现象及时处理，同时对于无法满足工艺要求的循环水换热器及时进行报废和换新。

03

提高装置处理能力

乙烯装置裂解气中甲烷设计收率为14.7%，由于裂解原料性质变化，目前实际甲烷收率高达19%；脱甲烷塔和尾气精馏塔负荷已经超过110%，成为乙烯装置负荷提高的瓶颈。为提高装置负荷现设计增加1台甲烷氢压缩机，把返回裂解气压缩机的甲烷氢送至燃料气管网，降低系统中甲烷氢循环量。新增甲烷氢压缩机后增大甲烷氢外送量减少循环量，有效解决了乙烯装置高负荷瓶颈，裂解炉每小时可增加10t负荷。装置高负荷平稳运行对公司效益有着重要意义，随着加工量的增加，综合能耗指标明显下降；加工量越接近设计负荷单位能耗越小，这是由于随着装置负荷的提高，燃料气、蒸汽、电、循环水等单耗下降所致。2019年以来装置平均负荷达到101%，产能优势得到有效释放，整体能耗指标达到最佳值。2018年和2019年1季度装置指标情况如下。

04

裂解炉新技术的应用与维护

通过结焦抑制剂、低氮氧化物燃烧器、炉管强化传热等技术延长裂解炉的运行周期。裂解炉运行周期是衡量乙烯装置运行水平的一个重要指标，中石油集团公司各裂解炉平均运行周期在40~65d。为延长裂解炉运行周期，各单位除了在原料优化和工艺参数优化外，还可在新型结焦抑制剂、炉管强化传热、原位涂层等先进技术方面开展生产攻关，争取早日应用于装置并取得良好效果。四川石化公司裂解炉目前试用2种结焦抑制剂，并且取得一定的效果；优化裂解炉操作降低对流段末端物料入口温度，控制过剩空气系数，从而保证裂解炉的热效率；定期使用高声强中频声波除灰器清洁对流段炉管表面，保证对流段炉管的传热；加强对烧嘴的维护定期排绿油防止烧嘴的堵塞；对于停下的裂解炉打开人孔进入炉膛检查，清理堵塞的烧嘴，更换损坏的保温。