吳鵬杰(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

芳烴是有機(jī)化學(xué)最基本的原料之一，其中苯、甲苯、二甲苯更是石油化工的基礎(chǔ)原料，被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、建材、軍事以及農(nóng)藥制造等領(lǐng)域。二甲苯與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，需求量較大。二甲苯加熱爐作為芳烴裝置的重要熱源，對(duì)二甲苯加熱爐進(jìn)行優(yōu)化改造是芳烴裝置節(jié)能降耗的重要方式之一，同時(shí)也是當(dāng)前我國(guó)石油化工企業(yè)的重要研究?jī)?nèi)容。

1 二甲苯加熱爐

1.1 加熱爐簡(jiǎn)介

加熱爐一般由輻射室、對(duì)流室、燃燒器、余熱回收系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)五部分組成。

某廠600kt/a 芳烴裝置二甲苯加熱爐采用單輻射室單對(duì)流式的立式爐爐型，正常工藝介質(zhì)熱負(fù)荷162.231MW，過熱蒸汽熱負(fù)荷為4.56MW。工藝介質(zhì)分20 管程先經(jīng)對(duì)流室，再進(jìn)入輻射室加熱至所需溫度，過熱蒸汽共分8 管程，僅在對(duì)流室過熱，輻射爐管和對(duì)流爐管均為20#碳鋼，對(duì)流管除遮蔽段采用光管外，其余為翅片管。輻射室底部設(shè)置60 臺(tái)NOx 氣體燃燒器。

1.2 余熱回收系統(tǒng)流程簡(jiǎn)介

如圖1 所示，二甲苯加熱爐的熱煙氣經(jīng)熱煙道進(jìn)入高溫段板式空氣預(yù)熱器和低溫段鑄鐵雙向翅片預(yù)熱器，與空氣換熱后經(jīng)冷煙道由煙氣引風(fēng)機(jī)引入獨(dú)立水泥煙囪后排放。冷空氣由空氣鼓風(fēng)機(jī)送入空氣預(yù)熱器與煙氣換熱，熱空氣由熱風(fēng)道送入加熱爐爐底風(fēng)道供燃燒器燃燒使用。冷風(fēng)道上設(shè)有旁通風(fēng)道用以調(diào)節(jié)排煙溫度，熱風(fēng)道上設(shè)有旁通煙道用以事故狀態(tài)下使用。

2 二甲苯加熱爐的問題

2.1 關(guān)鍵儀表布局不均衡

二甲苯加熱爐關(guān)鍵儀表如表1 所示，由于現(xiàn)場(chǎng)爐膛內(nèi)部是由60 臺(tái)NOx氣體燃燒器構(gòu)成10 個(gè)輻射傳熱單元，儀表數(shù)量與爐膛實(shí)際情況不匹配，造成上述儀表無法準(zhǔn)確反映爐膛內(nèi)火焰燃燒情況。有可能造成爐膛氧含量、CO 含量、溫度、負(fù)壓等關(guān)鍵參數(shù)不具有參考價(jià)值，存在嚴(yán)重隱患。

圖1 空氣預(yù)熱系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

表1 二甲苯加熱爐現(xiàn)有關(guān)鍵儀表數(shù)量

例如氧化鋯分析儀作為爐膛氧含量、CO 含量監(jiān)測(cè)表，僅一臺(tái)無法反映爐膛內(nèi)部實(shí)際情況，若氧含量過高則鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加裝置能耗增大，加熱爐設(shè)備材質(zhì)氧腐蝕加??；若氧含量過低則燃料氣燃燒不完全、加熱爐熱效率降低，嚴(yán)重時(shí)對(duì)流段積灰、易發(fā)生尾部二次燃燒事故損壞設(shè)備。因此，從節(jié)能降耗和保護(hù)設(shè)備的角度考慮，都有必要對(duì)關(guān)鍵儀表進(jìn)行改造。

2.2 鼓風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口存在缺陷

從圖1 可知：兩臺(tái)空氣鼓風(fēng)機(jī)共用吸風(fēng)口，而裝置正常生產(chǎn)時(shí)經(jīng)常需要兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，導(dǎo)致風(fēng)量太少，且存在搶量現(xiàn)象，嚴(yán)重制約加熱爐上限。經(jīng)過多方測(cè)算認(rèn)為迫切需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改造。

2.3 燃?xì)夤芫€布置不合理

如圖2 所示現(xiàn)有燃料氣管線在加熱爐周圍呈U 型布置，但是二甲苯加熱爐規(guī)模大、燃料氣調(diào)節(jié)閥后壓力低(約0.12MPa)，而燃料氣管線長(zhǎng)導(dǎo)致管線經(jīng)過阻火器后壓降大，因此造成管線末端壓力較低，燃料氣供應(yīng)不足，在實(shí)際生產(chǎn)中調(diào)整火焰燃燒存在很大難度。為降低操作難度、提高工作效率，決定對(duì)燃料氣管線進(jìn)行改造。

圖2 燃料氣管線示意圖

2.4 預(yù)熱器底部排水設(shè)施實(shí)用性低

因燃料氣主要成分為甲烷等，燃燒會(huì)產(chǎn)生水，煙氣與空氣換熱后冷凝在低溫段預(yù)熱器底部排入地漏，而現(xiàn)有排水設(shè)施是在預(yù)熱器底部排水切斷閥后法蘭加一個(gè)蓋板，排水切斷閥為常開狀態(tài)，利用預(yù)熱器內(nèi)部壓力與外界壓力不等進(jìn)行排水。因蓋板長(zhǎng)時(shí)間來回動(dòng)作造成蓋板不易固定，時(shí)間久了蓋板易脫落導(dǎo)致排水不暢，從而設(shè)備腐蝕加劇，且預(yù)留地漏口過小，經(jīng)常造成水無法排入漏斗，在地面四處流動(dòng)，既要經(jīng)常固定蓋板又污染環(huán)境，實(shí)用性能降低。

2.5 聯(lián)鎖系統(tǒng)存在隱患

煙氣入引風(fēng)機(jī)溫度表是聯(lián)鎖表，聯(lián)鎖結(jié)果為停引風(fēng)機(jī)、關(guān)閉引風(fēng)機(jī)出口切斷擋板、打開煙氣進(jìn)預(yù)熱器旁路閥。但由于該溫度測(cè)點(diǎn)僅有一個(gè)，且受不可抗拒因素(如臺(tái)風(fēng)等)過多，易失靈觸發(fā)聯(lián)鎖造成聯(lián)鎖誤動(dòng)作，對(duì)裝置影響較大，造成裝置安全生產(chǎn)隱患，因此該聯(lián)鎖自投產(chǎn)以來經(jīng)常處于摘除狀態(tài)，對(duì)裝置自動(dòng)化率產(chǎn)生一定影響。

3 二甲苯加熱爐優(yōu)化改造措施

3.1 增加關(guān)鍵儀表數(shù)量

對(duì)于氧化鋯分析儀、爐膛溫度表、爐膛壓力表增加數(shù)量，全部增至10 臺(tái)，與輻射傳熱單元一一對(duì)應(yīng)，準(zhǔn)確反映加熱爐爐膛內(nèi)部燃燒情況，以指導(dǎo)調(diào)整每個(gè)輻射傳熱單元內(nèi)的燃燒器。由于原有熱風(fēng)道各支管壓力表使用率不高，決定將其拆除，在原基礎(chǔ)上安裝遠(yuǎn)傳壓力表，以減少風(fēng)道重新開孔適當(dāng)降低裝置內(nèi)動(dòng)火量，用來指導(dǎo)中控室調(diào)節(jié)風(fēng)道蝶閥開度。

3.2 增加鼓風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口

原有鼓風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口繼續(xù)使用，新增相同規(guī)格吸風(fēng)口一個(gè)，改為一對(duì)一分別設(shè)置。同時(shí)拆除原入口風(fēng)道和支架，重新設(shè)計(jì)該部分風(fēng)道及支架。

3.3 重新布置燃?xì)夤芫€

如圖3 所示，將燃料氣主管線分成兩個(gè)支管，延加熱爐環(huán)狀分布，分別接入各個(gè)燃燒器，且在每條支管末端設(shè)置遠(yuǎn)傳壓力檢測(cè)點(diǎn)，用以指導(dǎo)調(diào)整火焰燃燒情況、降低操作難度。

3.4 改造預(yù)熱器底部排水管線

如圖4 所示，利用連通器原理，在排水切斷閥后增加U 型管，在U 型管后路接入漏斗。正常情況下仍保持排水切斷閥常開狀態(tài)，在U 型管處形成液封，當(dāng)預(yù)熱器底部水高度超過液封高度時(shí)自動(dòng)排入漏斗進(jìn)入地下管網(wǎng)，在下游裝置進(jìn)行進(jìn)一步處理回收，減少環(huán)境污染。

圖3 改造后燃料氣管線示意圖

圖4 改造后排水管線示意圖

3.5 聯(lián)鎖系統(tǒng)優(yōu)化改造

結(jié)合實(shí)際，煙氣入引風(fēng)機(jī)溫度高高聯(lián)鎖經(jīng)常性摘除的解決方案有兩種：永久性取消該聯(lián)鎖或增加溫度測(cè)點(diǎn)。經(jīng)過主要側(cè)重于安全方面的綜合考量，決定將溫度測(cè)點(diǎn)增至三個(gè)，改為三取二聯(lián)鎖。

4 二甲苯加熱爐優(yōu)化改造效果

本次改造后，加熱爐監(jiān)測(cè)儀表數(shù)量大大增加，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析后能夠準(zhǔn)確判斷爐膛內(nèi)部火焰燃燒情況，對(duì)重要參數(shù)加強(qiáng)監(jiān)控，爐膛溫度按不超過800℃、負(fù)壓按-60kPa、氧含量按2%～4%、CO 含量按0ppm 控制，使加熱爐熱效率保持在94.3%以上。

同時(shí)根據(jù)熱風(fēng)道各支管壓力，減小風(fēng)道擋板開度，鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷也有一定下降。燃料氣管線改造后壓降大、末端壓力低的情況有所緩解，加熱爐調(diào)整難度降低，工作效率提升。預(yù)熱器底部排水設(shè)施改造后一直能夠正常運(yùn)行，水流能夠準(zhǔn)確排入地漏進(jìn)入地下管網(wǎng)到達(dá)下游裝置處理回收，從而既避免造成水資源浪費(fèi)又避免了環(huán)境污染。煙氣入引風(fēng)機(jī)溫度高高聯(lián)鎖增加溫度測(cè)點(diǎn)改為三取二聯(lián)鎖后該聯(lián)鎖能夠一直處于投用狀態(tài)。

5 結(jié)語

總之，本次優(yōu)化改造達(dá)到了提高芳烴裝置經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、消除瓶頸的目的，對(duì)裝置節(jié)能降耗產(chǎn)生了重要作用。企業(yè)只有不斷對(duì)二甲苯加熱爐的缺陷環(huán)節(jié)加以研究，同時(shí)不斷增加資金和設(shè)備的投入，攻克二甲苯加熱爐中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，才能提升我國(guó)的生產(chǎn)設(shè)備和制作工藝，最大限度的提高芳烴裝置的效益，提升石油化工企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。