乙烯裝置燒焦罐技術(shù)改造

瞿文華

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海 200540)

乙烯產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一[1]。目前國(guó)內(nèi)各乙烯裝置主要采用傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器來(lái)控制外排顆粒污染物，這種工藝存在的一個(gè)最大弊端就是只能捕集粒徑大于100 μm的顆粒物，不適合捕集粒徑小于10 μm的顆粒物。中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海石化)2#乙烯裝置新區(qū)2臺(tái)燒焦罐和老區(qū)4臺(tái)燒焦罐均采用傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器除塵工藝，這導(dǎo)致粒徑小于10 μm的顆粒物隨著凈化氣體從罐頂部排出，造成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境粉塵污染嚴(yán)重。因此，選擇一種合適、高效的技術(shù)對(duì)現(xiàn)有除塵工藝進(jìn)行改造已刻不容緩。

1 燒焦罐技術(shù)改造工藝

1.1 技術(shù)原理

HL/G型旋流管主要由分離錐、尾管和溢流口等部分組成。含液(固)氣體在一定的壓力作用下從旋流管進(jìn)口沿切線(xiàn)方向進(jìn)入旋流管的內(nèi)部進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)分離錐后因流道截面的改變，使液流增速并形成螺旋流態(tài)，當(dāng)氣體進(jìn)入尾錐后因流道截面的進(jìn)一步縮小，旋流速度繼續(xù)增加，在分離器的內(nèi)部形成了一個(gè)穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)，氣體在錐管的中心區(qū)聚結(jié)成氣芯，從溢流口排出(見(jiàn)圖1)。

HL/G型旋流管依靠氣液兩相的密度差，利用流體在旋流管內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將液滴和固體微粒從氣體中分離出來(lái)，從而達(dá)到氣液分離或氣體凈化的目的。

圖1 HL/G型旋流管的工作原理

1.2 技術(shù)改造方案

對(duì)原有的旋風(fēng)分離式燒焦罐進(jìn)行升級(jí)改造，改造后的燒焦罐采用微旋流式與旋風(fēng)式相結(jié)合的分離方式(圖2)。主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為采用隔板在燒焦罐的殼體中分隔出一個(gè)與本體段無(wú)法直接連通的溢流匯集腔，夾帶液相或固相組分的尾氣進(jìn)入燒焦罐后受隔板阻擋，從而通過(guò)HL/G型旋流管的漸縮型入口進(jìn)入其內(nèi)部進(jìn)行微旋流分離，密度大的液體或固體通過(guò)HL/G型旋流管的底部管沉降至燒焦罐底部，密度小的氣體則通過(guò)HL/G型旋流管的溢流口匯聚至溢流匯集腔，清潔后的燒焦氣從頂部氣體出口排出。此外在旋風(fēng)分離型燒焦罐的進(jìn)氣口處設(shè)置一段向下α角度的導(dǎo)流筒，不僅可以避免氣體過(guò)早進(jìn)入微旋流分離器導(dǎo)致一級(jí)旋流分離時(shí)間縮短，還便于氣體到達(dá)燒焦罐底部錐段強(qiáng)化旋流分離效果。由于燒焦氣中含有較多的蒸汽，組合式旋風(fēng)分離不能分離蒸汽，會(huì)造成蒸汽從燒焦罐頂部排出，因此擬在進(jìn)氣管道上加裝循環(huán)水噴淋頭，對(duì)燒焦氣降溫，使其以較低溫度進(jìn)入罐體。

圖2 燒焦罐旋流式改造

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

旋流器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、處理量大、不易堵塞、成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)[2-4]。與其他分離器相比，HL/G型旋流管的公稱(chēng)直徑顯著縮小，內(nèi)表面采用雙柱三錐體結(jié)構(gòu)，進(jìn)口料采用雙進(jìn)口類(lèi)橢圓形螺旋線(xiàn)結(jié)構(gòu)，既可有效抑制大顆粒彈跳對(duì)分離性能的不利影響，又提高了顆粒的分離精度。燒焦氣的固體顆粒物的粒徑大小差異很大，而傳統(tǒng)的旋風(fēng)分離器只能捕集粒徑大于100 μm的顆粒物，并不適合捕集粒徑小于10 μm的微細(xì)顆粒污染物，本項(xiàng)目采用HL/G型旋流管密布在旋風(fēng)分離罐中有效解決了這一難題。除此之外，該技術(shù)還具備以下特點(diǎn)：

(1)氣體中液滴和固體顆粒的計(jì)算分離精度為3 μm，粒徑10 μm及以上顆粒的脫除率超過(guò)95%；

(2)旋流器壽命長(zhǎng)，整體設(shè)備連續(xù)運(yùn)行不低于5年；

(3)內(nèi)件不會(huì)因氣體流量的變化而損壞，也不會(huì)因帶液量的波動(dòng)而堵塞;

(4)在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，只需維持設(shè)備進(jìn)出口的壓力降，操作簡(jiǎn)單，易維護(hù)；

(5)不需要反沖洗；

(6)當(dāng)原料性質(zhì)變化時(shí)，也能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 設(shè)備改造及公用工程

2.1 設(shè)備改造

本次改造涉及老區(qū)4臺(tái)燒焦罐與新區(qū)2臺(tái)燒焦罐，并在老區(qū)增加4臺(tái)焦粉沉淀池。老區(qū)的燒焦罐的位號(hào)沿用現(xiàn)有位號(hào)(E-FBC1～4)，燒焦罐工作壓力為常壓，工作溫度小于450 ℃，設(shè)計(jì)溫度為450 ℃;老區(qū)新增燒焦罐公稱(chēng)直徑為3.6 m，高度約9 m，燒焦罐本體材質(zhì)為Q345R，旋流管為SUS304不銹鋼。燒焦罐為上部直筒，頂部橢圓封頭和下部錐體的立式容器，總質(zhì)量約為25 t,設(shè)備外部絕熱防燙。新區(qū)燒焦罐(位號(hào)：E-FA2107、E-FA2108)內(nèi)件進(jìn)行改造，本體保留，在罐體內(nèi)部安裝旋流管的方式進(jìn)行改造。旋流管為專(zhuān)利產(chǎn)品，材質(zhì)為SUS304不銹鋼，由相關(guān)生產(chǎn)廠家提供。為配合燒焦氣CO2分析儀的檢修，在燒焦罐頂部設(shè)置有檢修平臺(tái)。本次改造還包括老區(qū)燒焦罐所配置的焦粉池，每個(gè)燒焦罐配置一臺(tái)焦粉池，焦粉池為敞口方形，規(guī)格為2 m(L)×2 m(W)×0.8 m(H) ，材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)部設(shè)置隔板及溢流口，起到焦粉沉淀及污水分離的作用。

2.2 公用工程

2.2.1 土建工程

上海石化2#烯烴燒焦罐場(chǎng)地為近海圍海造地，海灘地形平坦，軟土地基，表土為新近沉積輕亞黏土，30 m以?xún)?nèi)各土層含水量高，壓縮性強(qiáng)，天然地基承載力不大于70～80 kN/m2，可作為一般房屋、構(gòu)筑物的天然地基持力層。地下屬潛水類(lèi)型，對(duì)混凝土無(wú)侵蝕性，最低地下水位1.5 m，最高地下水位0.3 m。土建主要內(nèi)容是：老區(qū)4臺(tái)燒焦罐直徑改大后，支撐原燒焦罐支架及基礎(chǔ)需重做，燒焦罐支架為鋼結(jié)構(gòu)，每個(gè)設(shè)備鋼支架設(shè)4個(gè)立柱，柱網(wǎng)尺寸為4 m×4 m，總高度6 m。本地區(qū)抗震基本設(shè)防烈度為6度，按7度烈度設(shè)防。

2.2.2 儀表

儀表作業(yè)主要內(nèi)容為：裂解爐燒焦罐排放氣增設(shè)在線(xiàn)CO2分析儀表，在線(xiàn)檢測(cè)裂解爐燒焦罐燒焦末期燒焦氣CO2含量，優(yōu)化燒焦操作過(guò)程，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。技改后新、老區(qū)裂解爐燒焦罐分別設(shè)置3臺(tái)在線(xiàn)分析儀表(老區(qū)2臺(tái)，新區(qū)1臺(tái))，根據(jù)工藝過(guò)程需要，人工切換燒焦氣采樣氣路，在線(xiàn)檢測(cè)燒焦末期燒焦氣CO2含量，分析數(shù)據(jù)監(jiān)控由2#烯烴裝置老區(qū)和新區(qū)分散控制系統(tǒng)(DCS)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)工藝過(guò)程實(shí)際運(yùn)行情況，老區(qū)燒焦罐FB-C1和FB-C2燒焦氣出口、FB-C3和FB-C4燒焦氣出口、新區(qū)燒焦罐FA-2107和FA-2108燒焦氣出口分別設(shè)置1套紅外測(cè)量原理分析儀(包括分析儀控制柜、預(yù)處理系統(tǒng)，DRS采樣探頭、采樣泵等)，按相關(guān)要求進(jìn)行切換，對(duì)正在燒焦的燒焦罐燒焦氣進(jìn)行采樣分析，將分析測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)傳至控制室進(jìn)行監(jiān)控，判斷裂解爐燒焦情況。

2.3 工程概算

本次技改工程建設(shè)總概算為959.6萬(wàn)元(不含設(shè)備材料增值稅)，總概算中建設(shè)投資為1 066.83萬(wàn)元，詳見(jiàn)表1。

表1 各部分工程費(fèi)用

3 環(huán)保治理

本次技改是針對(duì)裂解爐燒焦時(shí)排放燒焦氣污染環(huán)境而實(shí)施的。主要改造內(nèi)容為改造新、老區(qū)的燒焦罐，采用先進(jìn)技術(shù)，充分回收燒焦氣中易外排的固體顆粒物(主要為焦粉)。由于需對(duì)燒焦氣噴淋降溫，會(huì)新增含油污水。項(xiàng)目實(shí)施后會(huì)減少?gòu)U氣的排放量，但同時(shí)增加了污水排放量，一定程度上增加了下游污水處理負(fù)荷。

3.1 廢水

技改實(shí)施后，增加了對(duì)燒焦氣的噴淋冷卻，噴淋后的污水接入含油污水系統(tǒng)，新增污水量如表2所示。

表2 模擬計(jì)算結(jié)果

3.2 廢氣

此次技改旨在減少燒焦氣排放對(duì)大氣的污染，使其滿(mǎn)足新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，減少區(qū)域環(huán)境的不良影響。

3.3 固廢

技改后會(huì)產(chǎn)生焦粉，焦粉被收集在燒焦罐底部的焦粉池內(nèi)，這減少了固廢的無(wú)組織排放。經(jīng)計(jì)算，老區(qū)10臺(tái)裂解爐全年需燒焦60次，每次每臺(tái)燒焦罐收集排放的190 kg焦粉，全年可收集11 400 kg的焦粉。

4 結(jié)語(yǔ)

環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，在這樣的氛圍下，如何打好環(huán)保攻堅(jiān)戰(zhàn)成為很多化工企業(yè)的熱門(mén)問(wèn)題。上海石化2#烯烴燒焦罐技術(shù)改進(jìn)雖然有效緩解了大氣顆粒物排放，但同時(shí)增加了污水和固廢的處理量。在石化工業(yè)高速發(fā)展的今天，環(huán)保要求必將越來(lái)越嚴(yán)格，因此，通過(guò)不斷改進(jìn)工藝尋找新的手段來(lái)控制污染物排放必將成為每個(gè)技術(shù)人員關(guān)注的重要問(wèn)題。