化学清洗技术对裂解炉热效率的影响

孙新民

(中国石油大庆石化公司化工一厂，黑龙江大庆163714)

裂解炉的能耗约占乙烯装置总能耗的60%[1]，是乙烯装置能耗的主要组成部分。裂解炉的热效率与乙烯装置的节能降耗密切相关。因此，在保证裂解炉产能的前提下，降低裂解炉燃料气耗用量，提高裂解炉热效率，是实现乙烯装置节能降耗的重要途径。而对流段盘管的表面清洁度直接影响该段的换热效果。若盘管表面结垢严重，会导致对流段换热效果下降，排烟温度上升，裂解炉热效率下降，装置能耗相对增加，严重时甚至影响裂解炉的安全运行[2]。大庆石化年产27万吨乙烯装置的EF-111J炉，自1999年投用已连续运行20年，对流段盘管表面积灰和结垢较为严重，翅片腐蚀，增加了对流传热的阻力，影响传热效果。2019年10月，对EF-111J炉对流段进行了化学清洗，效果较好。

1 设备概况

大庆石化年产27万吨乙烯装置的EF-111J炉采用美国SW公司专利技术，炉型为80U型裂解炉，辐射段为A/B两室，对流段由上至下分别为烃预热段、锅炉给水省煤器段、烃+蒸汽一次预热段、高压蒸汽一段、高压蒸汽二段、稀释蒸汽过热段、烃+蒸汽过热二段，共计7段，总计40层。其中，烃+蒸汽过热二段最下面3层盘管为光管，其余37层盘管均为翅片管。翅片管的外表面由结实的边缘呈锯齿状的翅片组成，翅片呈螺旋形缠绕，并连续地焊接在炉管上。图纸显示，对流段盘管总换热面积为9 034.66 m2。由于对流段各段温度不同，各段盘管所使用材质也不相同，具体见表1。

表1 EF-111J炉对流段数据

2 对流段盘管需要化学清洗的原因

在裂解炉日常检查维护中，设备人员在拆检对流段顶部人孔及各层吹灰门时，发现EF-111J炉对流段顶部烃预热段盘管结垢较为严重，污垢呈青绿色。污垢是由于烟气露点腐蚀造成的，并且随着污垢积累产生了电化学垢下腐蚀。由于对流段盘管翅片之间的积灰和烟垢以及翅片的腐蚀，使得翅片管传热性能下降，导致烟气中的残余热量回收不充分，造成裂解炉排烟温度升高，燃料气消耗量相对增加，裂解炉热效率降低。同时装置运行数据显示，当裂解原料为石脑油时，排烟温度平均为187.92℃，较设计值高出31.92℃，裂解炉热效率平均仅为89.61%，此时裂解炉关键运行参数已无法满足公司节能考核指标的相关要求，并且无可调整手段。显然，EF-111J炉对流段盘管的积灰和结垢问题，已成为制约装置节能降耗和长周期平稳运行的关键因素，因此需要对EF-111J炉对流段盘管进行化学清洗。

3 化学清洗原理及过程

化学清洗原理即利用清洗液的湿润、渗透、乳化、分散和剥离性能，将污垢从炉管表面清除干净。化学清洗过程分为预清洗、清洗和冲洗三个阶段[3]。预清洗是利用清洗液的渗透和润湿性能，使预清洗药剂逐步润湿污垢的表面，再渗透到污垢内部，使污垢疏松和易于溶解。清洗是在裂解炉预清洗后，利用清洗药剂的乳化和分散性能，使污垢从盘管表面脱落、分散，之后溶解在清洗液中并随其一起流出，从而达到去除污垢的目的。经过预清洗、清洗后的对流段盘管表面仍有极少量的污垢，再利用冲洗过程进一步提高化学清洗效果。冲洗是利用剥离剂的剥离作用将设备表面残留的污垢剥离、冲洗干净[4]。

4 化学清洗效果评价

4.1 化学清洗前后管束外观对比

根据GBT 25146-2010标准5.3.2条款要求，对于化工设备清洗后的金属表面，用视觉清洁法进行检查验收。裂解炉对流段盘管化学清洗前后外观情况如图1所示，从图1可看出，清洗后的盘管表面目视范围内基本无残留灰垢，可见金属本色；另外对流段、辐射段炉衬检查无损伤。

图1 裂解炉对流段管束化学清洗效果前后对比

另外，对回收后的挂片进行腐蚀速率和腐蚀量检测（参照GB/T 25147及《大庆石化公司工业设备化学清洗管理规定》），其中规定腐蚀率：碳钢类≤6 g/(m2·h)，不锈钢≤2 g/(m2·h)；腐蚀量：碳钢类≤72 g/m2，不锈钢≤24 g/m2。挂片检测数据如表2所示，腐蚀率和腐蚀量均低于检测标准，符合要求。基于以上分析，说明本次化学清洗达到了预期效果。

4.2 化学清洗前后裂解炉运行参数对比

经过化学清洗、烘炉、烧焦后重新上线。在与化学清洗之前同样工况下原料类型、负荷、炉管出口温度基本一致的条件下，通过对比燃料气用量、排烟温度及热效率来验证化学清洗效果，具体参数见表3。

表2 EF-111J炉对流段化学清洗腐蚀挂片检测结果

表3 裂解炉对流段化学清洗前后参数对比

5 结论

裂解炉对流段盘管经过化学清洗后，在保持原料类型、负荷及炉管出口温度基本一致的条件下，排烟温度平均降低37.52℃，热效率平均提升2.06%，燃料气用量平均降低172 kg/h，经济效益十分可观。可见裂解炉对流段化学清洗能有效提高裂解炉对流段管束的传热性能，降低裂解炉的排烟温度，从而提高裂解炉热效率，是保证乙烯装置长周期稳定运行和降低装置能耗的重要手段。