乙烯裂解炉辐射段炉管堵塞原因分析及对策

裂解炉辐射段炉管堵塞原因分析及对策

张维祥

（中国石油吉林石化公司乙烯厂，吉林，132022）

摘要：辐射段炉管堵塞是乙烯装置裂解炉常见故障之一。文中叙述了吉化大乙烯装置裂解炉辐射段炉管堵塞的主要现象和有效的处理措施，并阐述了辐射段炉管堵塞的主要原因，为同类装置避免类似现象发生和处理提供了依据。

关键词：裂解炉；辐射段炉管；堵塞

中国石油吉林石化公司乙烯厂（以下简称吉化乙烯）始建于1993年，1996年9月一次性开车成功，原装置共有六台LSCC1-1型“门式”裂解炉（F0101～F0601），裂解原料石脑油、轻柴油、加氢尾油及循环乙烷/丙烷等，单台乙烯生产能力为60 kt/a，采用五开一备的生产方式，规模为300 kt/a 乙烯。在2001年吉化乙烯进行了一期扩能改造，新建了一台PyroCrack6型裂解炉（F0701），裂解原料为装置自产的循环乙烷及丙烷，使吉化乙烯的生产能力达到了380 kt/a。在2004年吉化乙烯进行了二期扩能改造，新建了两台PyroCrack1-1SR型“门式”裂解炉（F0801～F0901），裂解原料为石脑油、循环乙烷/丙烷，单台炉乙烯生产能力为120 kt/a，在二期改造过程中，为了实现装置生产能力达到700 kt/a的目标，结合原有六台裂解炉运行情况，2004年6月至2005年10月先后对F0101～F0601裂解炉进行了扩能改造。改造采用KTI技术，将原有LSCC1-1型炉管更换为GK-6型炉管，单台裂解炉乙烯生产能力由原来的60 kt/a提高到80 kt/a以上。改造内容包括更换辐射段炉管、对流段部分管束（高压蒸汽过热段）、底部火嘴、增加除焦罐及燃料控制系统等。2007年11月，由于裂解炉周期的影响，新建了一台裂解炉（F1001），提高了裂解炉的备用系数，保证了装置的满负荷运行。

从开车至今，裂解炉辐射段炉管在运行及升温过程中多次出现堵塞现象，给裂解炉的安全运行甚至是装置的平稳运行都带来严重威胁。下文对吉化乙烯装置裂解炉辐射段炉管堵塞的情况进行了总结分类和深入分析原因，并提出相应对策。

1.处于横跨段集合管末端的炉管堵塞

2004年至2005年F0101～F0601裂解炉改造后，两侧高温的烃/蒸汽混合物离开对流段，分别汇集到一根横跨段集合管然后进入辐射段炉管。每一根辐射段炉管进口，都装有一个临界流量文氏管（亦称文丘里管），以确保在正常的操作中有良好的流量分布。每台裂解炉有112个进口（每侧炉膛有56组），对应于112组 GK6型辐射段炉管。改造后设计运行周期为60天，但是实际运行20天左右时，多次出现处于横跨段集合管末端的炉管对应的废热锅炉出口温度迅速上涨，现场检查发现处于集合管末端的辐射段炉管上升管变得红亮（对应的下降管还是黑色的），有堵塞的迹象，虽然采取了对该组炉出口温度进行大幅度低控等措施，但不久该炉管还是会堵塞。2006年至2007年每年发生类似事件都在10次以上。

原因分析：

1.1经过实际参数与设计参数对比发现，实际横跨压力远远低于设计值，确定原因为物料分配不均，

物料在个别炉管及TLE内流速慢，停留时间过长，过度裂解，结焦严重致堵塞。

裂解炉F0101～F0601在扩能改造时更换了文丘里管，设计横跨压力为280 kPa(g)，而在实际运行过程中从来没有达到过，裂解石脑油时横跨段集合管处压力（以下简称横跨压力）一般在220 kPa(g)左右，裂解重质原料（加氢尾油）和（化工轻油）时横跨压力一般只能达到190 kPa(g)左右，远远低于设计值。而文丘里下游压力投油初期在140 kPa(g)左右，运行一段时间后文丘里下游压力上升至170 kPa(g) 左右，达到裂解炉清焦指标之一文丘里出口入口绝对压力比接近0.9。因此怀疑改造后文丘里孔径过大，横跨段集合管处压力低，导致文丘里处物料分配不均。以裂解炉F0101为例，A 侧横跨段集合管所对应的末端是TIA0111组炉管，B侧横跨段集合管所对应的末端是TIA0118组炉管，这两组炉管最容易出现流通物料少，停留时间延长，过度裂解导致结焦严重，进而发生堵塞现象。这种情况多发生在裂解炉运行至中期阶段。

1.2进料不干净，可能含有一定量的杂质，由于原料从高温对流段出来到横跨段集合管处有4m左右的爬升高度，因此这些杂质可能在对流段水平管内积存，当物流发生变化时，就被带到横跨段集合管里。而裂解炉所有下降管入口的取点不是在水平设置的横跨段集合管的最低部，而是在横跨段集合管的两侧，因此这些杂质很可能在物流变化时被带到裂解炉两侧横跨段集合管末端，进入末端对应的TIA0111组炉管和TIA0118组炉管内，造成这两组个别炉管内物料流速低，停留时间延长，结焦严重进而堵塞，或者由大颗粒杂质直接堵在文丘里喉管处（如下图所示）。这种情况多发生在裂解炉升温过程或投油过程中，气流发生较大变化时。

应对措施：

1.1经设计部门核算，目前文丘里管喉径处直径为19.2mm过大，应为18mm。2008年将F0101～F0601的文丘里全部更换成喉径为18mm的新文丘里管（如下图）。此后上述堵管现象大为减少。

Φ

48.3Φ

4

.

8

9

400

80

56

19

187

Φ

1

8

流向

文丘里结构图

1.2但是，2009至2011年还是发生堵管事件3次。检修时割开堵塞的文丘里管和横跨段集合管末端的盲头。在其中取出了较多的杂质。这些杂质在横跨段集合管末端处形成堆积，当流量发生变化时，杂质被吹起，随气流进入处于横跨段末端的炉管而造成堵塞（如下图）。

检修时发现横跨段集合管末端和文丘里处存有的杂质情况如下图：

文丘里处的杂质横跨段集合管末端的杂质

经分析杂质的主要成分为氧化铁、三氧化二铝、焦炭，针对这些杂质采取以下措施，详见下表。

横跨段集合管杂质成分杂质来源应对措施

氧化铁金属管中铁的氧化物

每三年利用停炉机会割开横跨段

集合管末端清理一次焦炭对流段存在一定结焦现象

每三年利用停炉机会割开横跨段

集合管末端清理一次三氧化二铝脱砷催化剂的成分之一去往炉前进料线增加过滤器

通过采取上述应对措施以后，F0101～F0601再未发生上述类似堵管现象。

2.处于每台废热锅炉对应14组炉管中间的炉管堵塞

改造后112组 GK6型辐射段炉管进入8台废热锅炉，即每台废热锅炉对应有14组辐射段炉管。由于14组辐射段炉管与废热锅炉连接处存在变径，位于14组辐射段炉管中间的是第七组和第八组。在