乙烯裂解爐輻射段爐管堵塞原因分析及對策

1、裂解爐輻射段爐管堵塞原因分析及對策張維祥（中國石油吉林石化公司乙烯廠，吉林，132022）摘 要：輻射段爐管堵塞是乙烯裝置裂解爐常見故障之一。文中敘述了吉化大乙烯裝置裂解爐輻射段爐管堵塞的主要現(xiàn)象和有效的處理措施，并闡述了輻射段爐管堵塞的主要原因，為同類裝置避免類似現(xiàn)象發(fā)生和處理提供了依據(jù)。關鍵詞：裂解爐；輻射段爐管；堵塞中國石油吉林石化公司乙烯廠（以下簡稱吉化乙烯）始建于1993年，1996年9月一次性開車成功，原裝置共有六臺LSCC1-1型“門式”裂解爐（F0101F0601），裂解原料石腦油、輕柴油、加氫尾油及循環(huán)乙烷/丙烷等，單臺乙烯生產能力為60 kt/a，采用五開一備的生產方式，規(guī)

2、模為300 kt/a乙烯。在2001年吉化乙烯進行了一期擴能改造，新建了一臺PyroCrack6型裂解爐（F0701），裂解原料為裝置自產的循環(huán)乙烷及丙烷，使吉化乙烯的生產能力達到了380 kt/a。在2004年吉化乙烯進行了二期擴能改造，新建了兩臺PyroCrack1-1SR型“門式”裂解爐（F0801F0901），裂解原料為石腦油、循環(huán)乙烷/丙烷，單臺爐乙烯生產能力為120 kt/a，在二期改造過程中，為了實現(xiàn)裝置生產能力達到700 kt/a的目標，結合原有六臺裂解爐運行情況，2004年6月至2005年10月先后對F0101F0601裂解爐進行了擴能改造。改造采用KTI技術，將原有LSCC

3、1-1型爐管更換為GK-6型爐管，單臺裂解爐乙烯生產能力由原來的60 kt/a提高到80 kt/a以上。改造內容包括更換輻射段爐管、對流段部分管束（高壓蒸汽過熱段）、底部火嘴、增加除焦罐及燃料控制系統(tǒng)等。2007年11月，由于裂解爐周期的影響，新建了一臺裂解爐（F1001），提高了裂解爐的備用系數(shù)，保證了裝置的滿負荷運行。從開車至今，裂解爐輻射段爐管在運行及升溫過程中多次出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，給裂解爐的安全運行甚至是裝置的平穩(wěn)運行都帶來嚴重威脅。下文對吉化乙烯裝置裂解爐輻射段爐管堵塞的情況進行了總結分類和深入分析原因，并提出相應對策。1.處于橫跨段集合管末端的爐管堵塞2004年至2005年F0101F

4、0601裂解爐改造后，兩側高溫的烴/蒸汽混合物離開對流段，分別匯集到一根橫跨段集合管然后進入輻射段爐管。每一根輻射段爐管進口，都裝有一個臨界流量文氏管（亦稱文丘里管），以確保在正常的操作中有良好的流量分布。每臺裂解爐有112個進口（每側爐膛有56組），對應于112組 GK6型輻射段爐管。改造后設計運行周期為60天，但是實際運行20天左右時，多次出現(xiàn)處于橫跨段集合管末端的爐管對應的廢熱鍋爐出口溫度迅速上漲，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)處于集合管末端的輻射段爐管上升管變得紅亮（對應的下降管還是黑色的），有堵塞的跡象，雖然采取了對該組爐出口溫度進行大幅度低控等措施，但不久該爐管還是會堵塞。2006年至2007年每年

5、發(fā)生類似事件都在10次以上。原因分析：1.1經(jīng)過實際參數(shù)與設計參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，實際橫跨壓力遠遠低于設計值，確定原因為物料分配不均，物料在個別爐管及TLE內流速慢，停留時間過長，過度裂解，結焦嚴重致堵塞。裂解爐F0101F0601在擴能改造時更換了文丘里管，設計橫跨壓力為280 kPa(g)，而在實際運行過程中從來沒有達到過，裂解石腦油時橫跨段集合管處壓力（以下簡稱橫跨壓力）一般在220 kPa(g)左右，裂解重質原料（加氫尾油）和（化工輕油）時橫跨壓力一般只能達到190 kPa(g)左右，遠遠低于設計值。而文丘里下游壓力投油初期在140 kPa(g)左右，運行一段時間后文丘里下游壓力上升至170

6、 kPa(g) 左右，達到裂解爐清焦指標之一文丘里出口入口絕對壓力比接近0.9。因此懷疑改造后文丘里孔徑過大，橫跨段集合管處壓力低，導致文丘里處物料分配不均。以裂解爐F0101為例，A側橫跨段集合管所對應的末端是TIA0111組爐管，B側橫跨段集合管所對應的末端是TIA0118組爐管，這兩組爐管最容易出現(xiàn)流通物料少，停留時間延長，過度裂解導致結焦嚴重，進而發(fā)生堵塞現(xiàn)象。這種情況多發(fā)生在裂解爐運行至中期階段。1.2進料不干凈，可能含有一定量的雜質，由于原料從高溫對流段出來到橫跨段集合管處有4m左右的爬升高度，因此這些雜質可能在對流段水平管內積存，當物流發(fā)生變化時，就被帶到橫跨段集合管里。而裂解爐

7、所有下降管入口的取點不是在水平設置的橫跨段集合管的最低部，而是在橫跨段集合管的兩側，因此這些雜質很可能在物流變化時被帶到裂解爐兩側橫跨段集合管末端，進入末端對應的TIA0111組爐管和TIA0118組爐管內，造成這兩組個別爐管內物料流速低，停留時間延長，結焦嚴重進而堵塞，或者由大顆粒雜質直接堵在文丘里喉管處（如下圖所示）。這種情況多發(fā)生在裂解爐升溫過程或投油過程中，氣流發(fā)生較大變化時。應對措施：1.1經(jīng)設計部門核算，目前文丘里管喉徑處直徑為19.2mm過大，應為18mm。2008年將F0101F0601的文丘里全部更換成喉徑為18mm的新文丘里管（如下圖）。此后上述堵管現(xiàn)象大為減少。1.2但是

8、，2009至2011年還是發(fā)生堵管事件3次。檢修時割開堵塞的文丘里管和橫跨段集合管末端的盲頭。在其中取出了較多的雜質。這些雜質在橫跨段集合管末端處形成堆積，當流量發(fā)生變化時，雜質被吹起，隨氣流進入處于橫跨段末端的爐管而造成堵塞（如下圖）。檢修時發(fā)現(xiàn)橫跨段集合管末端和文丘里處存有的雜質情況如下圖： 文丘里處的雜質 橫跨段集合管末端的雜質經(jīng)分析雜質的主要成分為氧化鐵、三氧化二鋁、焦炭，針對這些雜質采取以下措施，詳見下表。橫跨段集合管雜質成分雜質來源應對措施氧化鐵金屬管中鐵的氧化物每三年利用停爐機會割開橫跨段集合管末端清理一次焦炭對流段存在一定結焦現(xiàn)象每三年利用停爐機會割開橫跨段集合管末端清理一次三

9、氧化二鋁脫砷催化劑的成分之一去往爐前進料線增加過濾器通過采取上述應對措施以后，F(xiàn)0101F0601再未發(fā)生上述類似堵管現(xiàn)象。2.處于每臺廢熱鍋爐對應14組爐管中間的爐管堵塞改造后112組 GK6型輻射段爐管進入8臺廢熱鍋爐，即每臺廢熱鍋爐對應有14組輻射段爐管。由于14組輻射段爐管與廢熱鍋爐連接處存在變徑，位于14組輻射段爐管中間的是第七組和第八組。在以往運行中發(fā)生過，備用一段時間的裂解爐，升溫后發(fā)現(xiàn)位于14組輻射段爐管中間的是第七組和第八組堵塞，而在降溫前的檢查，并未發(fā)現(xiàn)該爐管堵塞。原因分析：檢修時發(fā)現(xiàn)在下降管與上升管連接的底部“U”型彎內，存有較多碎焦。起初懷疑是裂解爐燒焦不徹底爐管或廢熱

10、鍋爐內焦層脫落而致堵塞，但如果是爐管焦層脫落致堵塞的話，隨機性較大，不會只堵在中間的是第七組和第八組爐管。而裂解爐燒焦完全是按照方案進行，每一步的時間和空氣量均得到保障，因此基本排除裂解爐燒焦不徹底導致爐管、廢熱鍋爐焦層脫落致堵塞的可能。從拆開的廢熱鍋爐來看，在廢熱鍋爐上部管板及出口管存在較多碎焦，并且有少量蒸汽及凝液從出口管夾帶著碎焦逆流而下進入廢熱鍋爐，由于14組輻射段爐管中間的是第七組和第八組爐管正好對準廢熱鍋爐入口管，所以這些碎焦最終進入該臺廢熱鍋爐14組輻射段爐管中間的是第七組和第八組爐管內，積聚在底部“U”型彎內而致堵塞（如下圖）。這種情況多發(fā)生在停爐期間，但是只有在裂解爐升溫后才

11、能夠被發(fā)現(xiàn)。應對措施：2.1完善操作，在裂解爐降溫結束及時關閉清焦閥閥道防焦蒸汽，防止蒸汽及凝液反竄，防止沿途的碎焦被帶進爐管系統(tǒng)。同時在升溫過程中，通入稀釋蒸汽之前一小時，先通入燒焦空氣，起擾動作用，防止爐管內水被蒸干后，碎焦結成塊狀，將爐管徹底堵死。2.2 由于是兩臺裂解爐共用一個除焦罐，當一臺裂解爐處于停用狀態(tài)時，與其共用一個除焦罐的另一臺裂解爐處于燒焦狀態(tài)時，應提前關閉停用裂解爐的清焦閥，防止大量的蒸汽及焦進入停用裂解爐爐管系統(tǒng)而造成堵塞。2.3 在拆廢熱鍋爐封頭時，應避免產生大的震動，防止將廢熱鍋爐上部管板的焦震落進入爐管。拆開廢熱鍋爐后及時將爐出口管口封好，防止雜物進入爐管。3裂解

12、爐爐管堵塞的其它情況3.1 2006年為了增加裝置的操作彈性和裂解爐的原料適應性，在F0801F0901的A側輻射室增加了乙烷、丙烷線，增加了石腦油與乙烷、丙烷混合裂解的工況，但因沒有設計的工藝參數(shù)，混合進料量、爐出口溫度、稀釋比以及注硫量等均靠摸索，導致F0801F0901在石腦油和乙烷、丙烷混合裂解時，多次出現(xiàn)輻射段爐管連同對應的線型廢熱鍋爐管束堵塞，處理起來較為棘手。目前F0801F0901很少混合裂解石腦油和乙烷、丙烷，如特殊需要混合裂解石腦油和乙烷、丙烷時，適當加大二甲基二硫的注入量。3.2裝置還出現(xiàn)過因稀釋蒸汽（DS）帶水，夾帶大量雜質進入爐管系統(tǒng)造成大面積堵管現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)F0801

13、裂解爐DS帶水嚴重的A側爐管大面積堵塞，經(jīng)過燒焦無效后，只能停爐檢修。在經(jīng)過切割處理時發(fā)現(xiàn)，管內堵塞的大量物質為鈉鹽，經(jīng)水浸泡后能夠溶解，處理后恢復，但再次通DS后，爐管再次發(fā)生大量堵塞，經(jīng)分析為對流段管線中殘存大量的鈉鹽，導致爐管再次堵塞，經(jīng)在進料線導淋配制臨時管線，向爐管系統(tǒng)通入鍋爐給水，在除焦罐卸料口排放，并在文丘里下游壓力表處通入空氣擾動，對整個爐管系統(tǒng)進行了全面徹底水洗，清除了大量的沉積鈉鹽，在排放口取樣分析鈉離子濃度合格后恢復，裂解爐爐管未再發(fā)生堵塞。這種情況一般是發(fā)生在處于DS總管末端的裂解爐。3.3投用輕柴油的裂解爐因輕柴油質量嚴重劣化，BMCI值由17左右升至21左右，平均密

14、度由806kg/m3左右漲至818kg/m3左右，導致廢熱鍋爐及其出口管結焦嚴重，險些造成該廢熱鍋爐對應的輻射段爐管全部堵塞。 廢熱鍋爐結焦情況 廢熱鍋爐出口管結焦情況3.4廢熱鍋爐入口泄漏造成輻射段爐管堵塞，由于漏點位置和角度特殊，泄漏的高壓蒸汽形成扇面將廢熱鍋爐入口封鎖住，導致對應的輻射段爐管中裂解氣流通不暢過度裂解結焦而致堵塞。4 結語（1）每天對運行裂解爐輻射段爐管表面溫度進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)偏差增大、超高，要及時調整。（2）經(jīng)常檢查燒嘴燃燒狀態(tài)，保證燒嘴燃燒狀態(tài)良好、分布均勻。（3）每天跟蹤原料質量，根據(jù)原料質量及時調整稀釋比、爐出口溫度等，在硫含量低的原料中適當注入結焦抑制劑。（4）在裝置DS帶水后，要及時在爐前DS總管末端進行排放，避免DS帶水時將長期積存在罐內的