乙烯裂解炉技术分析

乙烯裂解炉技术分析
摘要：乙烯是石油化工的基本原料，乙烯装置是石油化工生产的核心。

裂解
炉是乙烯装置最关键的设备，通过乙烯裂解炉可将天然气等各类原材料加工成裂
解气，并最终制备成乙烯、丙烯及各种副产品。

扭曲片合金管是乙烯裂解炉中的
重要部件，通过扭曲片管的强化传热作用，可以增强裂解炉内气体的流速，减少
结焦倾向。

它一方面可以降低乙烯裂解生产过程中的能耗，另一方面可以提高炉
管的使用寿命，降低清焦周期，为企业带来更高的经济效益。

关键词：乙烯；裂解炉技术；节能
引言
大型乙烯装置裂解炉模块化制造及整体运输是国际石化装备行业的发展趋势，中国石化集团早在2012年就提出“标准化设计、模块化建设、标准化采购”的
工程建设项目“三化”工作，目前已在沿海一大型石化基地的乙烯装置项目上推
进实施“一个现场、两个工地”战略部署，创新项目建设管理方式，“以空间换
时间、向管理要进度”，将模块化建设工作延伸到第二个工地，对管道、钢结构
及其他专业工程进行深度预制和组装。

“第二工地”制造完成的裂解炉通过SPMT
轴线车整体运输到“第一工地”，充分发挥“两个工地”的作用。

本文在乙烯裂
解炉常规安装技术的基础上，重点探讨裂解炉的本体构件模块化、临时运输加固
措施和整体运输方式等，并分析了模块化的发展优势。

1裂解炉主体管道结构和安装难点
裂解炉作为石油化工产业乙烯生产的主要设备，其设备安装的质量直接决定
了石油化工产业乙烯生产的效率，也关系到了设备运维的成本。

而主体管道作为
裂解炉的主要设备结构，是其安装施工的重点内容所在，主要包含了辐射段管道、跨越管道、对流炉管道以及上升下降管道等四大部分。

由于裂解炉主体管道结构
的复杂性，其安装施工具有较大难度，安装难点主要体现在以下部分：其一，裂
解炉主体管道的管道材质种类较为繁杂，包括了FeNi基合金、不锈钢、CrMo钢、
耐高温碳等材质管道等，在安装中，不同的管道材质其安装技术要点也存在一定
的差异。

其二就是裂解炉主体管道安装中对管道清洁以及保护的要求极为严格，
在吊装安装过程中，必须防止其变形情况的发生，并要保证管道不出现碰损情况，以免影响裂解炉的正常使用。

其三就是裂解炉主体管道安装施工过程中，安装操
作的客观环境较差，安装高度较高，而安装操作空间又比较小，导致其安装难度
的增加。

其四，在裂解炉主体管道安装中，管道的试气试压技术要求较高，难以
达到一次试压成功。

分析其原因主要是因为看火门结构所致，看火门热面层无耐
火衬里，冷面层无保温层，且看火门结构不易开合，所以会出现超温现象。

超温后，会造成加热炉燃料增加，能耗及成本增加，使加热炉控制参数出现偏差；现
场检查炉膛内部使用看火门时，造成热烫伤等安全事故。

2扭曲片管出现裂纹的主要原因
下图所示为扭曲片管裂纹表面形貌的扫描电镜分析，可以看到，裂纹表面存
在着大量的空隙，表明该处原本应有大量的疏松分布。

此外，还可观察到裂纹表
面存在一些灰色的球状相。

通过ＥＤＳ分析表明，该灰色球状相中含有大量的Ｓ
ｉ元素和Ｏ元素，说明该相应为Ｓｉ的氧化物。

Ｓｉ是合金冶炼时用于脱氧的元素，脱氧后形成氧化物进入合金中，将形成夹杂缺陷。

这也从另一方面证明了裂
纹的确是在疏松、夹杂等缺陷聚集区产生的。

由于扭曲片管的结构设计特点，容
易在扭曲片与管壁的结合处形成应力集中区域。

开裂的扭曲片管在此应力集中区
域存在补焊的现象，且焊接区组织中存在着大量的夹杂等缺陷，使得材料在应力
的作用下产生了裂纹。

同时，扭曲片管材料本身也有较高的杂质元素，在组织中
形成了较多的夹杂物及缩孔等缺陷，导致材料的力学性能下降，在扭曲片管的铸
造区也蔓延出现了裂纹，即大量的夹杂等缺陷的存在是该扭曲片管出现裂纹的主
要原因。

通过改善冶金质量和采用新的结构设计可以避免此类裂纹的产生。

3衬里结构：
采用耐火砖+纤维板复合结构，总保温厚度为330mm，由冷面至热面依次为：
—20mm：陶瓷纤维毯（1层20mm纤维毯）
—30mm：纳米微孔板
—50mm：陶瓷纤维板（2层25mm陶瓷纤维憎水机制板LYGX-434）
—114mm：23级轻质莫来石砖
—2mm：砖缝
—114mm：28级轻质莫来石砖
拉砖座材质为SUS304，拉砖钩材质inconel601，托砖板材质SUS310。

4衬里改进方式
1、采用复合衬里，使用导热率更低的材料作为耐火层，增强热面层的绝热性。

2、采用新型超低绝热材料，提高背衬层的保温性能；
3、处理好衬里的关键部位和细节部位，降低衬里的局部散热点。

5具体应用
1）采用二次密封型式进行密封，保证密封达到最佳效果，没有漏风现象。

2）密封箱内采用特殊密封形式达到密封，密封件是一个完善、互利、互约的整体结构，其密封作用不受炉管位移的约束、限制。

3）随炉管自由移动，保证炉管在三个方向的位移，并没有卡阻现象。

4）采用特制结构，体积小，不占用操作空间。

5）密封箱内有专用隔热材料，密封箱外壁温度低，不会对操作人员造成伤害。

6）二次密封表面采用防雨材料，避免因天气原因造成密封箱内材料失效，影响密封效果。

6对流室密封特性
1）对流室密封系统具有良好的隔热保温效果，保证外表面温度不大于48℃（相对值）。

2）安装工艺简单，提高安装效率。

对流室密封系统使用寿命长，维护、更换简单。

3）对流室密封系统直接固定在对流室箱体及炉管上；并可随穿墙炉管自由伸缩，满足炉管热胀冷缩。

在炉管位移时（各个方向位移），密封系统随之无障碍地、自由移动。

4）对流室密封系统结构简单，安装方便，可在线施工。

7乙烯裂解炉的节能新技术措施的研究和应用
随着乙烯裂解炉的应用，分析影响到裂解炉热效率的因素，采取最佳的节能措施，才能降低乙烯生产工艺的能耗，最大限度地提高乙烯生产的效率。

应用燃烧空气预热技术措施，降低燃料的消耗。

利用生产工艺中的废热燃烧空气，实现
废热回收利用的效果。

提高预热炉的效率，将原料预热处理，经过乙烯裂解炉的
高温裂解，达到预期的产品收率，降低热能的消耗。

研究和应用裂解炉炉管的强
化传热技术措施，提高炉管的传热效率，节约燃料的消耗。

避免浪费过高的热能，满足乙烯裂解生产的需要。

传热后，炉管的温度自然下降，延长炉管的使用寿命，有利于提高乙烯裂解生产的效率。

取消烟道挡板，采用风机控制炉膛负压，变频
电机的应用，节约电能的消耗，满足乙烯裂解生产的节能要求。

也可以将裂解炉
和燃气轮机一起使用，大幅度降低裂解炉的燃气消耗量。

8模块化优势比较分析
裂解炉整体模块化在安全、质量、进度、市场竞争力等方面，较以往的安装
方式具有明显优势：5.1安全、质量优势乙烯装置的布局一般都非常紧凑，尤其
是裂解炉区的数台裂解炉并排布置，施工区域狭小，安装过程涉及到钢结构、设备、管道、电气、仪表、筑炉等多个专业，裂解炉之间抢夺施工作业面的问题显著，导致严重的交叉作业现象。

通过“一个现场、两个工地”的实施，可以腾挪
作业空间，展开施工作业面，加大安全距离，减少交叉作业，改善作业环境，降
低安全风险，提高安装质量。

5.2进度优势受益于施工作业环境的改善，裂解炉
安装过程中吊车可以围着炉本体四周行驶，增加吊车的使用覆盖率，为钢结构、
管道等安装提供了更为舒适的安装条件，减小了安装难度，提高了安装效率，赢
得了作业时间，缩短了施工工期。

根据测算，实际工期较以往经验工期减少了3-
4个月。

5.3市场竞争优势通过大型石化工程裂解炉模块化项目的实施，跟上了
世界级模块化的发展趋势，积累了实战经验，提高了项目参与各方的市场综合竞
争力。

结束语
裂解炉是石油化工产业乙烯生产的核心设备，而主体管道则是裂解炉的主要
结构组成，只有保证裂解炉主体管道安装技术的科学性，提升安装质量，才能够
保证石油化工企业乙烯生产工作的顺利进行，推动石油化工企业发展。

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