空气预热器在KBR 13万t/a乙烯裂解炉上的应用

李建亮，冀 强，王 召

（中国石油兰州石化分公司乙烯厂， 甘肃 兰州 730060）

空气预热器在KBR 13万t/a乙烯裂解炉上的应用

李建亮，冀 强，王 召

（中国石油兰州石化分公司乙烯厂， 甘肃 兰州 730060）

乙烯生产的能耗，其中80%以上消耗为裂解炉的燃料气消耗，因此裂解炉燃料气消耗成为决定乙烯生产能耗高低的重要因素，裂解炉的节能在乙烯装置生产过程中具有非常重要的意义，兰州石化460 kt/a乙烯装置裂解炉增加空气预热器，合理利用资源，达到节能目的。

裂解炉；空气预热器；能耗

兰州石化460 kt/a乙烯装置2006年11月一次开车成功，各项关键指标逐年攀升，至2008年乙烯单耗为699.456 kg Eo/t，仍高于设计值648 kg Eo/t。本着合理利用资源，降低乙烯生产能耗，乙烯车间开展多项攻关工作，旨在降低装置能耗水平。增加空气预热器为攻关中一项重要措施，2009年11月空气预热器投用后，装置能耗下降1.787 kg Eo/t，经济效益较为显著。

1 研究目的及现状

1.1 目的

2008年，兰州石化公司乙烯厂460 kt/a乙烯装置乙烯单耗约为699.456 kg Eo/t乙烯，明显高于设计值648 kg Eo/t乙烯。为此，车间内部开展多项技术攻关，目的在于有效降低装置能耗。

1.2 现状

装置目前的蒸汽用量不足，要靠外接来补充，因此没有多余蒸汽作为空气预热器热源；装置蒸汽凝液（包括高中压及低压蒸汽凝液）目前已有效利用于加热脱盐水；装置急冷水略有富裕，若不有效进行利用，不仅造成这一部分热量浪费，而且还导致循环水用量加大，造成装置能耗较大。

1.3 装置存在的问题

乙烯装置生产的能耗，80%以上消耗于裂解炉的燃料，若燃料使用量能降低，则装置能耗将明显下降[1]。目前，乙烯装置裂解炉设计时采用的是，助燃空气直接混合进入裂解炉，因此在空气进入裂解炉之前是常温状态，这就意味着裂解炉的燃料气用量将随着季节的变化发生明显的变化，季节转冷是将明显的增加燃料的用量，以此来弥补空气由于季节变化，而产生的温差能量；同时乙烯装置的急冷水又有一定的富裕，长期得不到有效的利用，只能最终用循环水冷却后再利用，这样不仅浪费了有限的急冷水热能，而且也增加了装置循环水的的用量，增加了电能的消耗，若使用富余急冷水作为空气预热器热源，这样不仅能减少裂解炉燃料气消耗，提高急冷水的热能利用率，而且还减少了急冷水的冷却水用量，达到了双重节能的目的，这对乙烯装置的节能降耗将有标志性的意义[2]。

通过调查发现，目前国内绝大多数裂解炉均设有空气预热装置，但增设预热装置的初衷及取得的实际效果却差异较大，有些装置增设空气预热装置后，不仅不能取得节能效果，还会使装置能耗增加，因为设置空气预热器一个重要的方面就是考虑加热源的问题，如果单纯为了裂解炉的节能而造成其他能源的损耗（例如，急冷水，低压蒸汽）从整体上来看并没有达到节能降耗的目的；另外，增加空气预热器的另外一个意义就在于有效延长了炉管的使用寿命，裂解炉辐射段炉管造价昂贵，北方冬季的严寒空气会对炉管造成一定损伤，致使炉管使用寿命缩短，而增加空气预热器以后，将能有效的缓解由于温差较大而造成炉管的损伤。

针对此问题，车间专门成立攻关小组，目的为有效利用装置余热，减少裂解炉燃料用量，降低装置能耗水平。

2 改造措施

装置增设空气器之前，成立公关小组，并进行了多项调研工作，最后决定利用利用102E（水洗塔）富裕的急冷水作为101B裂解炉空气预热器的热源。

2.1 技术介绍

101B增加空气预热器的技术支持来自北京航天石化技术装备工程公司，设计由兰州石油化工工程公司完成，设计思路是利用本装置相对较富裕的急冷水（压力 :1.0 ～1.6 MPa; 温度：60～70 ℃）资源，对进入裂解炉的助燃空气( 温度：-13.1~22 ℃;压力：常压，过剩空气系数：10%)进行预热，助燃空气在进入炉膛时，温度≥50 ℃，压力≥0.9 MPa(如表1所示）从而提高裂解炉的热效率，进而达到整个装置能量的优化，最终起到节能降耗的目的[3]。

表1 空气预热器投用前后数据对比Table 1 Data comparison before and after using air preheater

2.2 改造方法

装置在利用101B停炉检修的机会，决定对101B进行加装空气预热器的改造，（如示意图1）。

图1 空气预热器示意图Fig.1 Schematic diagram of air preheater

改造过程中，主要利用丙烯塔塔釜再沸器647C出口的急冷水作为热源，对裂解炉的助燃空气进行预热。换热后的急冷水，再送去急冷水冷却器131C冷却后，作为水洗塔的回流，具体的流程改造如图2所示。

2.3 投用的注意事项

（1）若发现水洗塔急冷水循环量发生较大幅度下降，此时室外操作人员迅速截流101B裂解炉空气预热器回水总手动阀。

（2）101B裂解炉空气预热器急冷水进、出口总手动动阀全开后，初馏岗位室内DCS人员应密切关注水洗塔顶温以及塔釜温度。要求控制顶温38℃，塔釜温度为83 ℃。（若塔釜温度低于指标范围，初馏岗位室外人员根据生产需要，手动截流131C循环水用量）。

（3）投用完成后，裂解岗位室外人员认真记录现场温度压力等数据（目前室内DCS画面没有显示），若出现波动应立即进行调整[4]。

（4）裂解岗位室外人员根据投用后101B裂解炉具体情况，对风门进行调整。

（5）投用初期裂解室外人员要认真对101B裂解炉空气预热器进行巡检，要求投用后48 h内，每小时对该系统进行一次全面巡检；裂解岗位DCS人员要认真调节，避免裂解炉出现异常。

图2 101B裂解炉空气预热器急冷水管线示意图图Fig.2 101B cracking furnace air preheater quench water pipeline

3 投用空气预热器以后的变化

自2009年11月101B投用空气预热器以来，空气预热器作用是明显的，如表1所示，入炉的空气温度提升了40 ℃左右，裂解炉燃料气用量明显降低，每小时降低0.2 t/h以上，同时由于增加空气预热器以后，助燃空气在进入裂解炉时温度相对比较稳定，在同一季节相同负荷情况下入炉的空气量也相对较稳定，由于温度和空气量相对较稳定，因此，裂解炉的火焰发飘现象将得到明显的改善，对裂解炉的长周期运转时有利的，同时，裂解炉的燃料气用量也相对较稳定，减少了燃料气系统的波动，对稳定裂解炉的温度控制也是十分有利，裂解炉的热效率得以提高。

同时，对裂解炉的长周期运行也是十分有利。再者，空气预热器的引入也同时增加了急冷水的有效利用率，同时减少了冷却循环水的用量，综合提高了能源的利用率，这点对整个乙烯装置的节能减耗是十分有利的[5]。

由表1可见，空气预热器投用后，入炉空气温度升高40 ℃，燃料气用量降低约250 kg/h，引风机转速降低36 r/min，节能效果显著；同时，裂解炉的排烟温度明显下降，有机物含量明显下降，通过以上数据分析，裂解炉的热效率得到了提高，实际中经过测算得知裂解炉的热效率提高了约0.5%。同时，经过计算知循环水用量降低99.75 t/h，这点有效的减少了装置的循环水用量。

根据中国石油天然气总公司的乙烯装置综合能耗计算方法规定，将SHS、燃料气、循环水、除氧水消耗等重点项目转化为kgEo计算标准[6]见表2，即为2009年11月投用空气预热器标定数据。

表2 总公司乙烯装置综合能耗计算标准Table 2 Calculation standard of energy consumption of ethylene plant

因此，按照60 t/h乙烯产量计算，乙烯单耗每小时减少量为：

则按照设计全年生产47万t乙烯，全年节省839.89 t标油，经济效益显著。

4 结 论

经过分析以及数据表明，兰州石化46万t/a乙烯装置101B裂解炉增加空气预热器，取得了以下效果。

（1）提高了裂解炉的热效率，这点在实际空气投用后裂解炉的热效率提高。由原来的91.46%提高到92.26%。

（2）节能效果明显，节约的燃料气一项，就使乙烯装置的单耗降低1.787 kgEo/h，年效益达839.89 t标油，经济效益显著。

（3）提高了急冷水剩余热能的有效利用率，同时减少了循环冷却水的用量99.75 t/h。

（4）提高了裂解炉的操作稳定性，具体表现为101B裂解炉的火焰波动情况明显改善，由于燃烧状况的改善，裂解室外人员降低了对裂解炉风门的调整，减少了操作人员的劳动强度[7]。此外，裂解炉辐射段炉管造价昂贵，北方冬季的严寒空气会对炉管造成一定损伤，通过增加空气预热器降低这一伤害，延长了炉管使用寿命。

［1］刘爱民 翟辉.提高裂解炉热效率的有效途径[J].化工科技,2005.14(3):43-45．

［2］陈滨.乙烯工学[M].北京：化学工业出版社,1997-01．

［3］李作政 冷寅正.乙烯生产与管理[M].北京：中国石化出版社,1992．［4］钱家麟.管式加热炉[M].北京：中国石化出版社,2003-08.

［5］兰州石化46 kt/a乙烯装置生产优化[R].2008-01．

［6］KBR公司SC-1型裂解炉操作培训教程[G].2005-09．

［7］兰州石化乙烯项目组.兰州石化年产60万吨乙烯改扩建工程—乙烯装置SCORETM裂解炉操作原理[R].2006-02．

Application of Air Preheater in KBR 130 kt /a Ethylene Cracking Furnace

LI Jian-liang，JI Qiang，WANG Zhao
（PetroChina Lanzhou Petrochemical Company Ethylene Plant, Gansu Lanzhou 730060，China）

In ethylene production energy consumption, more than 80% of the consumption is consumption of cracking furnace fuel gas, therefore cracking furnace fuel gas consumption is an important factor in the level of energy consumption in ethylene production, cracking furnace energy saving in ethylene production process has very important meaning. 460kt/a Lanzhou petrochemical ethylene cracking furnace has added the air preheater, the purpose of energy saving has been achieved.

Cracking furnace; Air preheater; Energy consumption

TQ 221

A

1671-0460（2012）11-1210-04

2012-04-25

李建亮（1983-），男，陕西富平人，助理工程师。