裂解炉汽包连排变动规律及应用_薛魁.pdf

石油石化节能 https:/薛魁等：裂解炉汽包连排变动规律及应用 第 13卷第 1期（2023-01）1背景介绍排污率是炼化企业发汽设备的一个重要指标，一般定义为排污量除以汽包发汽量（专利商不同，该定义有略微差别）1。排污率过小，水中盐类等腐蚀性介质不易排出汽包，长期积聚会造成汽包结垢，甚至会带入上部蒸汽管线，导致透平结垢2。排污率过大，则会降低发汽设备的发汽量，给水用量增加，影响装置运行的经济性3，依据专利商不同的设计理念，乙烯装置裂解炉汽包的最大排污率，一般在 1%3%。某石化公司百万吨乙烯装置采 用 的 是 德 国 Linde 专 利 技 术，2006 年 建 设，裂解炉汽包连排变动规律及应用薛魁张国栋黄超白涛涛丁少辉（中国石油独山子石化分公司）摘要：快速准确地确定裂解炉汽包排污率，对裂解装置的节能及汽包防腐都极为重要，某石化公司百万吨乙烯装置连排及超高压蒸汽（SS）线均未设置流量计，无法准确确定汽包排污率，利用 Spyro 软件对裂解炉汽包运行进行模拟，发现了连排变动规律，即当连排变化一定量时，给水按照固定比例正向变化，SS则是按照固定比例反向变化，两个比例值是固定的。利用这个规律可以快速判断在役装置的汽包排污率，从而优化汽包排污量。某百万吨乙烯装置利用该规律 将 汽 包 排 污 率 从 3.44%降 至 2%，每 年 可 节 约 除 氧 水 3.68104t，SS 发 汽 量 每 年 增 加2.752104t，在降本降耗方面效果十分显著。关键词：裂解炉；汽包；连排；发汽量；排污率DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2023.01.015Variation rules and applications of continuous discharge of cracking furnace steamdrumXUE Kui，ZHANG Guodong，HUANG Chao，BAI Taotao，DING ShaohuiDushanzi Petrochemical Company，CNPCAbstract：It is very important to quickly and accurately determine the blowdown rate of the thecracking furnace steam drum for the energy conservation of cracking device and the anti-corrosion ofsteam drumThe flowmeter isnt set for the continuous discharge and ultra-high pressure steam(SS)line of million tonnes ethylene unit of a petrochemical company，which is not conducive to accuratelydetermine the blowdown rate of steam drum The operation of the cracking furnace steam drum issimulated by using Spyro software，and the continuous discharge variation rules is foundThat is，thewater supply is changed in the positive direction according to the fixed proportion when the continuousdischarge changes by a certain amount，while the SS is changed in the reverse direction according tothe fixed proportionThe two proportional values are fixedThis rule can be used to quickly judgethe blowdown rate of steam drum so as to optimize the blowdown volume of steam drumA milliontonnes ethylene plant are used this method to reduce the steam drum emission rate from 3.44%to 2%，which can save 3.68 104t of deaerated water per year，and increase the steam generation of SS by2.752104t per year，which has a significant effect in reducing costs and energy consumption.Keywords：cracking furnace；steam drum；continuous discharge；steam generation；blowdown rate第 一 作 者 简 介：薛 魁，技 能 专 家，1991 年 毕 业 于 南 京 化 工 学 校（有 机 化 工 专 业），从 事 乙 烯 化 工 生 产 技 术 管 理，13999721595，yxcj_，新疆克拉玛依市独山子区中国石油独山子石化分公司乙烯一部，833699。引文：薛魁，张国栋，黄超，等裂解炉汽包连排变动规律及应用J石油石化节能，2023，13（1）：68-71.XUE Kui，ZHANG Guodong，HUANG Chao，et al Variation rules and applications of continuous discharge of crackingfurnace steam drumJEnergy Conservation in Petroleum&PetroChemical Industry，2023，13（1）：68-71.68节能经济/Energy Conservation Economy石油石化节能 https:/2009 年投产，设计要求汽包的排污率最大不超过2%，由于 SS 及汽包连排线均未设计流量计，很长一段时间是利用物料平衡估算的方法来确定裂解炉汽包排污率。实际估算中，由于 SS 流量与锅炉给水流量（BFW）相差不大，汽包连排量又远小于 SS发汽量，所以长时间采用连排量除以给水量来估算汽包排污率，估算得到汽包排污率长期处于 2%以下，没有对工艺操作进行优化调整，造成能源浪费。2019 年扩建后，装置高负荷生产，SS 流量不足，裂解气压缩机蒸汽透平转速提升困难，怀疑汽包排污阀（角阀）存在冲蚀，导致汽包排污率过大4。文中利用数字模拟软件对汽包运行进行了模拟，发现了汽包连排变动规律，并总结出了汽包排污率快速确定法。装置利用准确的排污率，确定汽包连排角阀冲蚀严重，利用检修时机更换角阀，控制汽包排污率，降低了给水成本，增加了 SS 发汽量，提高了装置的运行经济性。2裂解炉汽包工艺描述某百万吨乙烯装置设计有 8 台裂解炉，每台裂解炉配有一台汽包，用于回收高温裂解气热量，同时产生超高压蒸汽（SS），裂解炉汽包工艺流程见图 1，红线为汽包的连排线。图 1裂解炉汽包工艺简图Fig.1 Process diagram of steam drum of cracking furnace15 MPa、110 左右的锅炉给水在汽包液位调节阀的控制下，经裂解炉对流段预热至 265 左右后进入汽包，汽包中的饱和水在重力作用下进入线性急冷换热器（LQE），经与高温裂解气换热后发生超高压蒸汽（SS）5，并循环回汽包，饱和蒸汽SS自汽包顶部出来，进裂解炉对流段，与高温烟气进一步过热至 515 左右去用户。乙烯装置的裂解气压缩机透平是 SS的最大用户，如果 SS温度低或着流量小，对透平的运行都会产生很大的影响，会限制透平转速，从而影响装置的加工负荷。为了确保汽包及下游透平免于盐类结垢或腐蚀6，汽包在液面以下设计有连续排污线，8台汽包的连续排污线从各自汽包液面以下抽出，汇总为一条连排总线，在压力控制阀 PV82002 控制下进入下游超高压/高压凝液罐，进一步回收蒸汽和凝液。每台汽包的连续排污线设计有角阀，可对连续排污量进行节流，连排量的大小会直接影响汽包的发汽量和SS温度7。3连排变动的规律Spyro 乙烯裂解炉模拟软件是自由基机理的一款化工软件，是目前应用较为广泛的裂解炉优化模拟软件之一。主要应用于裂解原料的性能评价、裂解深度优化模拟，可以为主要产品如乙烯、丙烯、丁二烯等产品的收率、装置综合能耗以及物耗等提供数据支持。通过利用 Spyro 软件搭建裂解炉模型，连排变动对给水及 SS的影响模拟数据见表 1。从表 1 数据分析，给水变动量除以排污变动量、SS 变动量除以排污变动量的结果均为固定值。以连排变动量为 x轴，绘制排污变动量与给水变动量及 SS变动量之间的关系见图 2。图 2排污变动量与给水变动量及 SS变动量之间的关系Fig.2 Relationship between discharge variability and feedwatervariability and SS variability表 1连排变动对给水及 SS的影响模拟数据Tab.1 Simulation data on the impact of continuous discharge changes on feedwater and SS排污变动量/t123456给水变动量/t0.5821.1641.7462.3282.9093.490SS变动量/t-0.418-0.836-1.254-1.672-2.091-2.510给水变动量/排污变动量(注 1)0.5820.5820.5820.5820.5820.582SS变动量/排污变动量(注 1)-0.418-0.418-0.418-0.418-0.418-0.418排污系数0.0130.0270.0400.0540.0680.082注 1：模拟数据处理结果69石油石化节能 https:/薛魁等：裂解炉汽包连排变动规律及应用 第 13卷第 1期（2023-01）模拟发现，随着连排增大，连排变动量与 SS变动量、连排变动量与给水变动量呈直线关系，给水变动量与 SS 变动量呈反向变动，两条直线的斜率分别为 0.581 6 和-0.418 4。这两个斜率的实际意义是：当连排量增加为 t值，待汽包给水及发汽系统稳定后，锅炉给水增加量为 58.2%，SS量则会减少 41.8%，反之亦然。这个生产规律计算公式为：F=W+SS（1）W=0.582F（2）SS=-0.418F（3）式中：F为排污变动量，t；W为给水变动量，t；SS为超高压蒸汽()SS变动量，t。利用这个规律能很好地解释由于汽包连排变动带来的一些生产现象。当开大连排角阀时，单炉 SS温度会有明显的增加，这是因为连排开大导致 SS发汽量降低，在裂解炉负荷不变，风门未调整的情况下，流经对流段，经烟气过热的 SS 会由于流量减少，导致温度增加；当减小连排时，SS发汽量会增加，在裂解炉负荷及风门不变的情况下，SS经裂解炉对流段过热值会下降。所以，如果连排开的过大，会形成 SS 发汽量不足，SS 温度会出现短期上升的现象。在装置高负荷运行中，当出现裂解气压缩机透平低压抽汽阀全开，机头 SS 压力低，转速无法提高时，说明 SS 蒸汽流量不足，就必须要检查影响 SS 发汽量的各因素变化，其中汽包连排量应该是一个很重要的检查内容。4连排变动规律的应用汽包连排变动影响规律主要可用于在没有足够实际工艺数据的情况下，快速准确的判断汽包的排污率，从而优化连排角阀，确保 SS 的蒸汽量及品质。Lind