空气预热器

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60～100％，甚至2～3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100℃时还存在对设备和管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-111A~H）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120℃，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、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

S3蒸汽循环流量 8.0 t/h 8.0～10.0 t/h

S3蒸汽运行温度 180±5 ℃ 180±5℃

S3蒸汽运行压力 3.5 kg/cm2 4.0kg/cm2

蒸汽凝液压力 1.0 kg/cm2 1.2kg/cm2

单台火嘴空气流量 1100 Nm3/h 1200 Nm3/h

助燃空气压力降 2.5 mmH2O 2.6mmH2O

助燃空气温升（冬季） 100.0 ℃ 120±5℃

助燃空气温升（夏季） 80.0 ℃ 90±5℃

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――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：Q A＝1188 Nm3/h×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＝125℃，夏季助燃空气平均温升△T＝80℃，全年助燃空气平均温升△T ＝100℃，燃料气热值按11500Kcal/Kg计。计算结果如下：

△H＝Q A×ρA×CP A×△T＝19008×1.247×1.005×100÷4.1868= 569619.6Kcal/h

其中：ρA=1.247Kg/Nm3 (空气的密度)

CP A=1.005KJ/Kg℃(空气的定压比热)

相当于每台裂解炉节约燃料气为: