化學清洗技術對裂解爐熱效率的影響

孫新民

(中國石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶163714)

裂解爐的能耗約占乙烯裝置總能耗的60%[1]，是乙烯裝置能耗的主要組成部分。裂解爐的熱效率與乙烯裝置的節(jié)能降耗密切相關。因此，在保證裂解爐產(chǎn)能的前提下，降低裂解爐燃料氣耗用量，提高裂解爐熱效率，是實現(xiàn)乙烯裝置節(jié)能降耗的重要途徑。而對流段盤管的表面清潔度直接影響該段的換熱效果。若盤管表面結垢嚴重，會導致對流段換熱效果下降，排煙溫度上升，裂解爐熱效率下降，裝置能耗相對增加，嚴重時甚至影響裂解爐的安全運行[2]。大慶石化年產(chǎn)27萬噸乙烯裝置的EF-111J爐，自1999年投用已連續(xù)運行20年，對流段盤管表面積灰和結垢較為嚴重，翅片腐蝕，增加了對流傳熱的阻力，影響傳熱效果。2019年10月，對EF-111J爐對流段進行了化學清洗，效果較好。

1 設備概況

大慶石化年產(chǎn)27萬噸乙烯裝置的EF-111J爐采用美國SW公司專利技術，爐型為80U型裂解爐，輻射段為A/B兩室，對流段由上至下分別為烴預熱段、鍋爐給水省煤器段、烴+蒸汽一次預熱段、高壓蒸汽一段、高壓蒸汽二段、稀釋蒸汽過熱段、烴+蒸汽過熱二段，共計7段，總計40層。其中，烴+蒸汽過熱二段最下面3層盤管為光管，其余37層盤管均為翅片管。翅片管的外表面由結實的邊緣呈鋸齒狀的翅片組成，翅片呈螺旋形纏繞，并連續(xù)地焊接在爐管上。圖紙顯示，對流段盤管總換熱面積為9 034.66 m2。由于對流段各段溫度不同，各段盤管所使用材質(zhì)也不相同，具體見表1。

表1 EF-111J爐對流段數(shù)據(jù)

2 對流段盤管需要化學清洗的原因

在裂解爐日常檢查維護中，設備人員在拆檢對流段頂部人孔及各層吹灰門時，發(fā)現(xiàn)EF-111J爐對流段頂部烴預熱段盤管結垢較為嚴重，污垢呈青綠色。污垢是由于煙氣露點腐蝕造成的，并且隨著污垢積累產(chǎn)生了電化學垢下腐蝕。由于對流段盤管翅片之間的積灰和煙垢以及翅片的腐蝕，使得翅片管傳熱性能下降，導致煙氣中的殘余熱量回收不充分，造成裂解爐排煙溫度升高，燃料氣消耗量相對增加，裂解爐熱效率降低。同時裝置運行數(shù)據(jù)顯示，當裂解原料為石腦油時，排煙溫度平均為187.92℃，較設計值高出31.92℃，裂解爐熱效率平均僅為89.61%，此時裂解爐關鍵運行參數(shù)已無法滿足公司節(jié)能考核指標的相關要求，并且無可調(diào)整手段。顯然，EF-111J爐對流段盤管的積灰和結垢問題，已成為制約裝置節(jié)能降耗和長周期平穩(wěn)運行的關鍵因素，因此需要對EF-111J爐對流段盤管進行化學清洗。

3 化學清洗原理及過程

化學清洗原理即利用清洗液的濕潤、滲透、乳化、分散和剝離性能，將污垢從爐管表面清除干凈。化學清洗過程分為預清洗、清洗和沖洗三個階段[3]。預清洗是利用清洗液的滲透和潤濕性能，使預清洗藥劑逐步潤濕污垢的表面，再滲透到污垢內(nèi)部，使污垢疏松和易于溶解。清洗是在裂解爐預清洗后，利用清洗藥劑的乳化和分散性能，使污垢從盤管表面脫落、分散，之后溶解在清洗液中并隨其一起流出，從而達到去除污垢的目的。經(jīng)過預清洗、清洗后的對流段盤管表面仍有極少量的污垢，再利用沖洗過程進一步提高化學清洗效果。沖洗是利用剝離劑的剝離作用將設備表面殘留的污垢剝離、沖洗干凈[4]。

4 化學清洗效果評價

4.1 化學清洗前后管束外觀對比

根據(jù)GBT 25146-2010標準5.3.2條款要求，對于化工設備清洗后的金屬表面，用視覺清潔法進行檢查驗收。裂解爐對流段盤管化學清洗前后外觀情況如圖1所示，從圖1可看出，清洗后的盤管表面目視范圍內(nèi)基本無殘留灰垢，可見金屬本色；另外對流段、輻射段爐襯檢查無損傷。

圖1 裂解爐對流段管束化學清洗效果前后對比

另外，對回收后的掛片進行腐蝕速率和腐蝕量檢測（參照GB/T 25147及《大慶石化公司工業(yè)設備化學清洗管理規(guī)定》），其中規(guī)定腐蝕率：碳鋼類≤6 g/(m2·h)，不銹鋼≤2 g/(m2·h)；腐蝕量：碳鋼類≤72 g/m2，不銹鋼≤24 g/m2。掛片檢測數(shù)據(jù)如表2所示，腐蝕率和腐蝕量均低于檢測標準，符合要求?；谝陨戏治觯f明本次化學清洗達到了預期效果。

4.2 化學清洗前后裂解爐運行參數(shù)對比

經(jīng)過化學清洗、烘爐、燒焦后重新上線。在與化學清洗之前同樣工況下原料類型、負荷、爐管出口溫度基本一致的條件下，通過對比燃料氣用量、排煙溫度及熱效率來驗證化學清洗效果，具體參數(shù)見表3。

表2 EF-111J爐對流段化學清洗腐蝕掛片檢測結果

表3 裂解爐對流段化學清洗前后參數(shù)對比

5 結論

裂解爐對流段盤管經(jīng)過化學清洗后，在保持原料類型、負荷及爐管出口溫度基本一致的條件下，排煙溫度平均降低37.52℃，熱效率平均提升2.06%，燃料氣用量平均降低172 kg/h，經(jīng)濟效益十分可觀。可見裂解爐對流段化學清洗能有效提高裂解爐對流段管束的傳熱性能，降低裂解爐的排煙溫度，從而提高裂解爐熱效率，是保證乙烯裝置長周期穩(wěn)定運行和降低裝置能耗的重要手段。