乙烯装置蒸汽系统节能降耗技术

张 涛

（中国石油大庆石化公司化工一厂，黑龙江大庆163714）

在乙烯装置生产过程中，蒸汽作为主要能源，在乙烯装置能耗中占有较大比例，直接影响到装置能耗指标的高低。某石化公司的600 kt/a 乙烯装置（简称E3装置）由中国寰球工程公司负责整体乙烯装置的基础设计及分离系统的工艺设计，装置设计蒸汽能耗为2 450 MJ/t，与先进企业相比，蒸汽能耗偏高。通过对蒸汽系统进行优化调整，增加蒸汽产量、减少蒸汽用量，降低了装置蒸汽能耗，提高了企业效益。

1 装置蒸汽管网

E3 装置蒸汽系统主要分为5 个压力等级：超高压蒸汽系统（SS，10.5 MPa）、高压蒸汽系统（HS，3.8 MPa）、次高压蒸汽系统（LHS，1.9 MPa）、中压蒸汽系统（MS，1.4 MPa）以及低压蒸汽的系统（LS，0.35 MPa）。其中SS 大部分来自裂解炉急冷锅炉，不足部分由界外热电厂提供；HS 主要由界外热电厂和减温减压器提供，LHS 管网蒸汽、MS 管网蒸汽、LS 管网蒸汽由压缩机透平、减温减压器提供，具体管网结构见图1。

2 蒸汽能耗偏高原因分析

2.1 裂解炉产汽率低

从裂解炉出来的高温裂解气，通过急冷锅炉迅速降低温度而终止二次反应，急冷锅炉内冷却表面与裂解气接触，逐渐就会覆盖上一层类似聚合物的沥青质，从而形成一层焦炭［1］。这类沉积物是由于裂解气中少量烃在冷却内表面冷凝而形成的，这种逐渐形成的焦垢带来的影响就是使裂解气与套管内的锅炉给水换热效果变差，从而使得急冷锅炉出口裂解气温度升高，超高压蒸汽发生量降低，重质裂解炉尤其明显。作为裂解原料的柴油中含有较高的芳烃组分，其沸点较高，在急冷锅炉中这些高沸点组分冷凝在传热管内壁，缓慢进行脱氢缩聚反应，逐渐重质化，进而变成焦油状或焦炭状的物质，随着裂解炉运行时间增加，重质炉产汽率下降明显，上线初期，裂解炉产汽率在106%左右，末期下降至87%。

图1 乙烯装置蒸汽管网

2.2 冬季气温低，蒸汽消耗量大

该企业位于北部地区，冬季气温低，进入10月份后，气温在0 ℃以下，最低时可达-38 ℃。为保证装置正常运行，含油水线及易冻凝管线需加热水或蒸汽伴热，现场蒸汽消音器及减温减压器需开跨线阀防冻，同时各机泵房需增设暖气，这部分蒸汽消耗进一步增加装置蒸汽能耗，装置夏季及冬季蒸汽能耗对比见表1。

表1 装置夏季及冬季能耗数据

2.3 抽凝比偏低，蒸汽利用率低

裂解气压缩机透平（进汽S100，抽汽S14）、乙烯制冷压缩机透平（进汽S40，抽汽S3）和丙烯制冷压缩机透平（进汽S100，抽汽S19）均为抽汽凝汽式，透平的进汽量受压缩机负荷、投料量负荷、投料模式、原料组成等因素影响，其抽汽量不但受机组透平效率影响而且受蒸汽管网平衡制约［2］。由于受热电厂S100 外送能力限制，导致裂解气压缩机透平及丙烯制冷压缩机透平抽汽量未达设计值，抽汽量偏低，2 台汽轮机的运行效率降低，导致蒸汽能耗偏高，3机组透平进汽及抽汽数据见表2。

表2 3机组透平运行数据

2.4 稀释蒸汽发生器换热效率下降

在乙烯装置中，工艺水在急冷水塔釜经过油水粗分离后进入聚结器进一步脱除水中微量油脂，其中含有苯乙烯及茚等活性烯烃类化合物。这些活性烯烃类化合物在高温下容易形成聚合物，随着装置运行时间增加，附着在换热器管束内，降低急冷油/稀释蒸汽发生器的传热系数［3］。装置开工初期，稀释蒸汽发生器EH-3234A-F稀释蒸汽发生量约为235 t/h，到2019 年末稀释蒸汽发生量已降至185 t/h，由于稀释蒸汽发生量不足，导致外补中压蒸汽量大大增加，装置蒸汽能耗增高。

3 节能降耗优化措施

3.1 提高裂解炉产汽量

3.1.1 重质裂解炉急冷锅炉定期水力清焦为延长重质裂解炉急冷锅炉（SLE）清焦周期，已对烧焦曲线进行优化。在裂解炉烧焦末期，通过降低稀释蒸汽用量，增加工业风用量的方式，提高急冷锅炉的清焦效果。但由于在裂解炉清焦操作时，急冷锅炉仅清理部分焦垢［4］，结合裂解炉SLE 出口温度、产汽量等参数的变化情况，决定对重质裂解炉SLE 内管每年进行1～2 次定期水力清焦，裂解炉产汽率平均提高14%，平均每h多产S100蒸汽7.55 t。

3.1.2 减少超高压蒸汽泄漏损失根据炉水品质对汽包连排和间排量进行动态调整，减少排放量。同时定期对间排手阀及连排手操器进行检查，及时更换内漏阀门，减少因阀门内漏导致的泄漏损失。利用停炉机会处理内漏的超高压蒸汽放空阀，减少超高压蒸汽放空损失。

3.2 优化裂解炉烧焦曲线

裂解炉能耗约占装置总能耗的80%。随着裂解炉在线运行延长，其炉管内壁结焦加重，裂解炉需进行在线烧焦。烧焦时既产生了大量的能耗、物耗，又直接增加了裂解炉炉管等设备的损耗。为降低裂解炉烧焦时能耗，采用缩短裂解炉的烧焦时间、降低烧焦期间稀释蒸汽消耗量及提高工业风用量等措施来提高裂解炉的烧焦质量［5］。

3.2.1 降低烧焦末期稀释蒸汽消耗量E3 装置通过优化烧焦过程减小烧焦期间稀释蒸汽的消耗来降低蒸汽能耗。以往烧焦末期各路稀释蒸汽量为5 t/h，经优化后降至4 t/h，1 次烧焦，可减少外补中压蒸汽25.5 t，可降低能耗24.26 MJ/t。

3.2.2 增加工业风量，缩短烧焦时间提高空气量可加快烧焦速度，但由于烧焦反应是放热反应，空气量提高过快会导致反应加剧，炉管温度急剧升高，造成炉管损坏，以往每次烧焦时最大通工业风量为5 t/h，烧焦曲线优化后，通风10 h后，启动两台清焦空气压缩机再逐步将工业风用量提至7 t/h，烧焦时间由48 h缩短至40 h，显著降低装置能耗。

3.3 提高机组透平抽凝比

E3 装置由于稀释蒸汽发生器换热效率下降，外补中压蒸汽增多，导致蒸汽管网存在减温减压器开度偏大问题，尤其是次高压减中压减温减压器EZ-3704 开度长期在40%左右，减温减压器蒸汽量约为40 t/h，为提高蒸汽利用率，结合运行工况特点，压缩机透平抽汽由80 t/h 提高至120 t/h 左右，使减温减压器开度降为零。压缩机抽汽量明显增加，外引热电厂高压蒸汽量大幅降低，蒸汽使用得到进一步优化，能耗明显降低。

3.4 裂解气干燥器再生优化

石油烃裂解过程中加入了稀释蒸汽，在冷凝和脱除酸性气体的过程中，又有水洗，尽管裂解气在压缩过程中加压、降温，能脱除大部分的重烃和水。但裂解气中仍含有大约500×10-6的水，这些水分可与烃类生成白色结晶状的水合物，带入低温分离系统，会在低温下结冰而造成设备和管道的堵塞。为此在碱洗塔后设置2台裂解气干燥器，每24 h切换1次，冷再生气通过高压蒸汽经加热到大约232 ℃后通入干燥器，对干燥剂进行再生，热再生时间平均为8～10 h。通过手动关小冷再生气的阀位，在解耦控制下热再生气的量也将下降。在保证再生效果的前提下，将裂解气干燥器再生气用量由18 t/h 降至16 t/h，每次再生可降低高压蒸汽用量约15 t，全年可节省高压蒸汽5 475 t。

3.5 其它措施

（1）加强疏水器检查及更换，减少内漏损失；

（2）根据蒸汽管网压力，动态进行透平与电机切换，当蒸汽不足时，可以适当将透平切换至电机，当蒸汽过剩时，可将透平泵切至电泵；

（3）根据气温变化情况，动态调整热水伴热温度及工艺系统蒸汽伴热用量，以节省蒸汽消耗；

（4）加强管理，定期对稀释蒸汽发生器进行清焦或更换管束。

4 结束语

乙烯装置蒸汽系统能耗高的问题主要是重质裂解炉产汽量低、蒸汽管网利用率低、裂解炉烧焦及裂解气再生时蒸汽消耗量过大等因素导致。通过急冷锅炉水力清焦和操作优化提高了裂解炉产汽量，通过增加机组抽凝比提高蒸汽利用率，通过裂解炉烧焦及裂解气干燥器再生优化等措施，降低装置蒸汽能耗，节能效果明显。