乙烷爐運(yùn)行周期異常的原因分析

房維，鄒生耀，孫文龍，鮑波

（揚(yáng)子石化—巴斯夫有限責(zé)任公司，江蘇南京 210048）

揚(yáng)巴公司乙烯裝置乙烷爐H-130原設(shè)計(jì)采用“S&W”技術(shù)，爐管型號(hào)為USC-12 M，設(shè)計(jì)能力16.5 t/h。為了適應(yīng)裝置二期擴(kuò)能改造，2013年對(duì)乙烷爐進(jìn)行了擴(kuò)能改造，循環(huán)乙烷丙烷進(jìn)料量提高至21.5 t/h，爐管類型由原來的1-1-1-1-1-1更換為2-2-1-1-1-1型。改造后，運(yùn)行周期基本維持在100天以上。但在2016年8—12月期間，乙烷爐運(yùn)行周期大幅縮短，最短只有1天，最長(zhǎng)也只有26天，主要直接原因是運(yùn)行過程中發(fā)生焦塊突然脫落，堵塞在爐管彎頭。期間，因?yàn)榻沽６氯麪t管，發(fā)生6次非計(jì)劃停爐檢修。通過與同類型裝置及爐管制造廠家進(jìn)行溝通，并對(duì)可能的原因進(jìn)行一一排查，最終確定了造成爐管運(yùn)行周期大幅縮短的原因。

1 原因分析及措施

1.1 爐管性能下降

乙烷爐爐管正常壽命5～6年，而揚(yáng)巴乙烯裝置乙烷爐運(yùn)行接近4年（根據(jù)H-130之前爐管壽命周期以及運(yùn)行情況，在新爐管更換3年后，也經(jīng)常出現(xiàn)運(yùn)行中爐管突然堵塞現(xiàn)象），爐管壽命已達(dá)中后期，由于爐管機(jī)械性能下降，部分爐管已出現(xiàn)變形，爐管的固有震蕩頻率發(fā)生改變，使得爐管內(nèi)表面焦粒更容易脫落；同時(shí)在檢修過程中發(fā)現(xiàn)爐管表面的楊梅粒子開始脫落，爐管內(nèi)表面的抑焦性能下降，導(dǎo)致運(yùn)行過程中產(chǎn)生的焦量增加。

為了防止已變形的爐管向兩側(cè)繼續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)減小變形爐管的震蕩幅度，在爐管底部“U”型處增加卡具，見圖1；同時(shí)計(jì)劃在2020年大修期間，更換乙烷爐爐管。

圖1 乙烷爐爐管底部U型處增加卡具

1.2 爐管類型

2013年H-130擴(kuò)能改造時(shí)，采用了惠生公司的“HS-1”爐型，將輻射段爐管類型由原來的12組1-1-1-1-1-1更換為12組2-2-1-1-1-1。前2程為雙錯(cuò)排列，后4程為單排，詳見圖2和圖3。改造前后的爐管結(jié)構(gòu)參數(shù)，詳見表1。

圖2 改造前后爐管

圖3 改造后的爐管分布

改造后，第1、2程為雙排爐管，氣相進(jìn)料容易分配不均，引起偏流，尤其是雙排爐管中的某一根發(fā)生輕微堵塞時(shí)，進(jìn)一步加劇了這種現(xiàn)象。另外改造后，第1、2程爐管直徑變小，造成脫落的焦粒不易帶出，尤其容易堵塞在彎頭處，特別是遇到較大焦塊脫落，有可能會(huì)突然將爐管完全堵塞。事實(shí)證明，H-130爐管堵塞基本發(fā)生在爐管第1、2程雙路進(jìn)料中的某一路，且每次停爐檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)堵塞都發(fā)生在第1、2程的彎頭處，且焦塊松散，輕輕的倒置割下彎頭，堵塞焦塊即倒出，無需特別清理。

1.3 抑焦劑配方

H-130采用的抑焦劑型號(hào)為N-130，是一種含硫化合物。其抑制結(jié)焦機(jī)理是：在裂解條件下，有機(jī)硫化物分解出SH·自由基，SH·自由基參與一次奪氫反應(yīng)，改變自由基反應(yīng)歷程和產(chǎn)物分布，抑制非均相催化成焦反應(yīng)，所生成的金屬硫化物活性也較低，對(duì)結(jié)焦無催化作用[1]。但是含硫化合物抑制劑在使用過程中存在著兩個(gè)不容忽視的問題。首先，爐管內(nèi)表面的金屬氧化物是爐管的抗腐蝕保護(hù)層，其與S反應(yīng)會(huì)生成金屬硫化物（如硫化鎳）或高溫下某些硫化物溶解亦會(huì)使管壁金屬流失，使?fàn)t管的抗腐蝕能力下降，降低爐管壽命。其次，隨著溫度的升高，SH·自由基穩(wěn)定性減弱，壽命變短，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，SH·自由基不斷與反應(yīng)壁碰撞而消失，抑制結(jié)焦的效果降低[2]。

表1 改造前后爐管結(jié)構(gòu)參數(shù)

聯(lián)合藥劑廠家查找相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)N-130的組成進(jìn)行一一排查，發(fā)現(xiàn)結(jié)焦抑制劑中的硅元素可以減少爐管表面與炭粒、炭粒與炭粒之間的黏附，使焦粒更容易脫落，尤其是爐管的震蕩頻率發(fā)生改變時(shí)，進(jìn)一步加劇焦粒的脫落。故聯(lián)合廠家改變藥劑配方，將抑焦劑N-130原配方中的0.03%硅元素去除，強(qiáng)化焦粒在爐管內(nèi)表面的附著力，從而減少乙烷爐在正常運(yùn)行中焦粒的脫落，避免焦粒在U型管彎頭處堵塞。

為了驗(yàn)證N-130對(duì)爐管運(yùn)行周期的影響，在藥劑配方改變前，降低N-130的注入量由200 μg/g至100 μg/g，H-130運(yùn)行周期由26天上升至45天、60天。2017年8月，開始正式使用N-130新配方，且注入量恢復(fù)正常值200 μg/g，目前H-130的運(yùn)行周期已連續(xù)兩次達(dá)到100天以上。

1.4 進(jìn)料組成的變化

2016年底，裝置對(duì)循環(huán)乙烷/丙烷進(jìn)行跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)連續(xù)幾個(gè)月循環(huán)丙烷中C4組分都超過15%，其中主要成分是丁烯。相比于乙烷/丙烷，在相同COT下，丁烯裂解產(chǎn)生的焦粒量更多，每次燒焦結(jié)束，清焦口排放的焦粒量約是正常量的1.5倍。分析發(fā)現(xiàn)C4組分是高壓脫丙烷塔C-365塔頂夾帶至循環(huán)丙烷中。經(jīng)過多次調(diào)整，尋找最佳回流量與加熱溫度，2017年3月以后，循環(huán)丙烷中丁烯平均含量不到1%，同時(shí)裂解爐的清焦量也恢復(fù)至正常水平。

1.5 減黏塔液位波動(dòng)

H-130乙烷爐裂解氣進(jìn)C-230減黏塔汽提。2016年8月前，C-230頂溫比較平穩(wěn)，基本維持在280℃（由于C-230液位計(jì)堵塞，無法通過液位指示判斷液位的波動(dòng)，因此將減黏塔頂溫作為判斷液位的輔助手段），而2016年8—12月期間，C-230頂溫在260～280℃之間波動(dòng)，說明其液位也在大幅度波動(dòng)，引起乙烷爐裂解氣出口背壓也隨之波動(dòng)，從而進(jìn)一步改變了所有爐管震蕩的頻率以及幅度，加劇爐管內(nèi)表面的焦粒脫落，堵塞在U型管的彎頭處。因此每周定期疏通減黏塔液位計(jì)，穩(wěn)定減黏塔液位，盡量避免液位的大幅波動(dòng)。

2 結(jié)論

在以上措施的逐步落實(shí)過程中，H-130的運(yùn)行周期由26天上升至45天、60天，直至目前的100天，并基本穩(wěn)定在100天左右（運(yùn)行周期達(dá)100天時(shí)，H-130狀況良好，裝置為了穩(wěn)定操作，對(duì)其進(jìn)行預(yù)防性燒焦）。目前，H-130爐管壽命已達(dá)中后期，爐管性能下降，裝置將進(jìn)一步優(yōu)化，力爭(zhēng)延長(zhǎng)運(yùn)行周期。