乙烯裂解炉辐射段炉管堵塞原因分析及对策.doc

裂解炉辐射段炉管堵塞原因分析及对策张维祥（中国石油吉林石化公司乙烯厂，吉林，132022）摘 要：辐射段炉管堵塞是乙烯装置裂解炉常见故障之一。文中叙述了吉化大乙烯装置裂解炉辐射段炉管堵塞的主要现象和有效的处理措施，并阐述了辐射段炉管堵塞的主要原因，为同类装置避免类似现象发生和处理提供了依据。关键词：裂解炉；辐射段炉管；堵塞中国石油吉林石化公司乙烯厂（以下简称吉化乙烯）始建于1993年，1996年9月一次性开车成功，原装置共有六台LSCC1-1型“门式”裂解炉（F0101F0601），裂解原料石脑油、轻柴油、加氢尾油及循环乙烷/丙烷等，单台乙烯生产能力为60 kt/a，采用五开一备的生产方式，规模为300 kt/a乙烯。在2001年吉化乙烯进行了一期扩能改造，新建了一台PyroCrack6型裂解炉（F0701），裂解原料为装置自产的循环乙烷及丙烷，使吉化乙烯的生产能力达到了380 kt/a。在2004年吉化乙烯进行了二期扩能改造，新建了两台PyroCrack1-1SR型“门式”裂解炉（F0801F0901），裂解原料为石脑油、循环乙烷/丙烷，单台炉乙烯生产能力为120 kt/a，在二期改造过程中，为了实现装置生产能力达到700 kt/a的目标，结合原有六台裂解炉运行情况，2004年6月至2005年10月先后对F0101F0601裂解炉进行了扩能改造。改造采用KTI技术，将原有LSCC1-1型炉管更换为GK-6型炉管，单台裂解炉乙烯生产能力由原来的60 kt/a提高到80 kt/a以上。改造内容包括更换辐射段炉管、对流段部分管束（高压蒸汽过热段）、底部火嘴、增加除焦罐及燃料控制系统等。2007年11月，由于裂解炉周期的影响，新建了一台裂解炉（F1001），提高了裂解炉的备用系数，保证了装置的满负荷运行。从开车至今，裂解炉辐射段炉管在运行及升温过程中多次出现堵塞现象，给裂解炉的安全运行甚至是装置的平稳运行都带来严重威胁。下文对吉化乙烯装置裂解炉辐射段炉管堵塞的情况进行了总结分类和深入分析原因，并提出相应对策。1.处于横跨段集合管末端的炉管堵塞2004年至2005年F0101F0601裂解炉改造后，两侧高温的烃/蒸汽混合物离开对流段，分别汇集到一根横跨段集合管然后进入辐射段炉管。每一根辐射段炉管进口，都装有一个临界流量文氏管（亦称文丘里管），以确保在正常的操作中有良好的流量分布。每台裂解炉有112个进口（每侧炉膛有56组），对应于112组 GK6型辐射段炉管。改造后设计运行周期为60天，但是实际运行20天左右时，多次出现处于横跨段集合管末端的炉管对应的废热锅炉出口温度迅速上涨，现场检查发现处于集合管末端的辐射段炉管上升管变得红亮（对应的下降管还是黑色的），有堵塞的迹象，虽然采取了对该组炉出口温度进行大幅度低控等措施，但不久该炉管还是会堵塞。2006年至2007年每年发生类似事件都在10次以上。原因分析：1.1经过实际参数与设计参数对比发现，实际横跨压力远远低于设计值，确定原因为物料分配不均，物料在个别炉管及TLE内流速慢，停留时间过长，过度裂解，结焦严重致堵塞。裂解炉F0101F0601在扩能改造时更换了文丘里管，设计横跨压力为280 kPa(g)，而在实际运行过程中从来没有达到过，裂解石脑油时横跨段集合管处压力（以下简称横跨压力）一般在220 kPa(g)左右，裂解重质原料（加氢尾油）和（化工轻油）时横跨压力一般只能达到190 kPa(g)左右，远远低于设计值。而文丘里下游压力投油初期在140 kPa(g)左右，运行一段时间后文丘里下游压力上升至170 kPa(g) 左右，达到裂解炉清焦指标之一文丘里出口入口绝对压力比接近0.9。因此怀疑改造后文丘里孔径过大，横跨段集合管处压力低，导致文丘里处物料分配不均。以裂解炉F0101为例，A侧横跨段集合管所对应的末端是TIA0111组炉管，B侧横跨段集合管所对应的末端是TIA0118组炉管，这两组炉管最容易出现流通物料少，停留时间延长，过度裂解导致结焦严重，进而发生堵塞现象。这种情况多发生在裂解炉运行至中期阶段。1.2进料不干净，可能含有一定量的杂质，由于原料从高温对流段出来到横跨段集合管处有4m左右的爬升高度，因此这些杂质可能在对流段水平管内积存，当物流发生变化时，就被带到横跨段集合管里。而裂解炉所有下降管入口的取点不是在水平设置的横跨段集合管的最低部，而是在横跨段集合管的两侧，因此这些杂质很可能在物流变化时被带到裂解炉两侧横跨段集合管末端，进入末端对应的TIA0111组炉管和TIA0118组炉管内，造成这两组个别炉管内物料流速低，停留时间延长，结焦严重进而堵塞，或者由大颗粒杂质直接堵在文丘里喉管处（如下图所示）。这种情况多发生在裂解炉升温过程或投油过程中，气流发生较大变化时。应对措施：1.1经设计部门核算，目前文丘里管喉径处直径为19.2mm过大，应为18mm。2008年将F0101F0601的文丘里全部更换成喉径为18mm的新文丘里管（如下图）。此后上述堵管现象大为减少。1.2但是，2009至2011年还是发生堵管事件3次。检修时割开堵塞的文丘里管和横跨段集合管末端的盲头。在其中取出了较多的杂质。这些杂质在横跨段集合管末端处形成堆积，当流量发生变化时，杂质被吹起，随气流进入处于横跨段末端的炉管而造成堵塞（如下图）。检修时发现横跨段集合管末端和文丘里处存有的杂质情况如下图： 文丘里处的杂质 横跨段集合管末端的杂质经分析杂质的主要成分为氧化铁、三氧化二铝、焦炭，针对这些杂质采取以下措施，详见下表。横跨段集合管杂质成分杂质来源应对措施氧化铁金属管中铁的氧化物每三年利用停炉机会割开横跨段集合管末端清理一次焦炭对流段存在一定结焦现象每三年利用停炉机会割开横跨段集合管末端清理一次三氧化二铝脱砷催化剂的成分之一去往炉前进料线增加过滤器通过采取上述应对措施以后，F0101F0601再未发生上述类似堵管现象。2.处于每台废热锅炉对应14组炉管中间的炉管堵塞改造后112组 GK6型辐射段炉管进入8台废热锅炉，即每台废热锅炉对应有14组辐射段炉管。由于14组辐射段炉管与废热锅炉连接处存在变径，位于14组辐射段炉管中间的是第七组和第八组。在以往运行中发生过，备用一段时间的裂解炉，升温后发现位于14组辐射段炉管中间的是第七组和第八组堵塞，而在降温前的检查，并未发现该炉管堵塞。原因分析：检修时发现在下降管与上升管连接的底部“U”型弯内，存有较多碎焦。起初怀疑是裂解炉烧焦不彻底炉管或废热锅炉内焦层脱落而致堵塞，但如果是炉管焦层脱落致堵塞的话，随机性较大，不会只堵在中间的是第七组和第八组炉管。而裂解炉烧焦完全是按照方案进行，每一步的时间和空气量均得到保障，因此基本排除裂解炉烧焦不彻底导致炉管、废热锅炉焦层脱落致堵塞的可能。从拆开的废热锅炉来看，在废热锅炉上部管板及出口管存在较多碎焦，并且有少量蒸汽及凝液从出口管夹带着碎焦逆流而下进入废热锅炉，由于14组辐射段炉管中间的是第七组和第八组炉管正好对准废热锅炉入口管，所以这些碎焦最终进入该台废热锅炉14组辐射段炉管中间的是第七组和第八组炉管内，积聚在底部“U”型弯内而致堵塞（如下图）。这种情况多发生在停炉期间，但是只有在裂解炉升温后才能够被发现。应对措施：2.1完善操作，在裂解炉降温结束及时关闭清焦阀阀道防焦蒸汽，防止蒸汽及凝液反窜，防止沿途的碎焦被带进炉管系统。同时在升温过程中，通入稀释蒸汽之前一小时，先通入烧焦空气，起扰动作用，防止炉管内水被蒸干后，碎焦结成块状，将炉管彻底堵死。2.2 由于是两台裂解炉共用一个除焦罐，当一台裂解炉处于停用状态时，与其共用一个除焦罐的另一台裂解炉处于烧焦状态时，应提前关闭停用裂解炉的清焦阀，防止大量的蒸汽及焦进入停用裂解炉炉管系统而造成堵塞。2.3 在拆废热锅炉封头时，应避免产生大的震动，防止将废热锅炉上部管板的焦震落进入炉管。拆开废热锅炉后及时将炉出口管口封好，防止杂物进入炉管。3裂解炉炉管堵塞的其它情况3.1 2006年为了增加装置的操作弹性和裂解炉的原料适应性，在F0801F0901的A侧辐射室增加了乙烷、丙烷线，增加了石脑油与乙烷、丙烷混合裂解的工况，但因没有设计的工艺参数，混合进料量、炉出口温度、稀释比以及注硫量等均靠摸索，导致F0801F0901在石脑油和乙烷、丙烷混合裂解时，多次出现辐射段炉管连同对应的线型废热锅炉管束堵塞，处理起来较为棘手。目前F0801F0901很少混合裂解石脑油和乙烷、丙烷，如特殊需要混合裂解石脑油和乙烷、丙烷时，适当加大二甲基二硫的注入量。3.2装置还出现过因稀释蒸汽（DS）带水，夹带大量杂质进入炉管系统造成大面积堵管现象。发现F0801裂解炉DS带水严重的A侧炉管大面积堵塞，经过烧焦无效后，只能停炉检修。在经过切割处理时发现，管内堵塞的大量物质为钠盐，经水浸泡后能够溶解，处理后恢复，但再次通DS后，炉管再次发生大量堵塞，经分析为对流段管线中残存大量的钠盐，导致炉管再次堵塞，经在进料线导淋配制临时管线，向炉管系统通入锅炉给水，在除焦罐卸料口排放，并在文丘里下游压力表处通入空气扰动，对整个炉管系统进行了全面彻底水洗，清除了大量的沉积钠盐，在排放口取样分析钠离子浓度合格后恢复，裂解炉炉管未再发生堵塞。这种情况一般是发生在处于DS总管末端的裂解炉。3.3投用轻柴油的裂解炉因轻柴油质量严重劣化，BMCI值由17左右升至21左右，平均密度由806kg/m3左右涨至818kg/m3左右，导致废热锅炉及其出口管结焦严重，险些造成该废热锅炉对应的辐射段炉管全部堵塞。 废热锅炉结焦情况 废热锅炉出口管结焦情况3.4废热锅炉入口泄漏造成辐射段炉管堵塞，由于漏点位置和角度特殊，泄漏的高压蒸汽形成扇面将废热锅炉入口封锁住，导致对应的辐射段炉管中裂解气流通不畅过度裂解结焦而致堵塞。4 结语（1）每天对运行裂解炉辐射段炉管表面温度进行监测，发现偏差增大、超高，要及时调整。（2）经常检查烧嘴燃烧状态，保证烧嘴燃烧状态良好、分布均匀。（3）每天跟踪原料质量，根据原料质量及时调整稀释比、炉出口温度等，在硫含量低的原料中适当注入结焦抑制剂。（4）在装置DS带水后，要及时在炉前DS总管末端进行排放，避免DS带水时将长期积存在罐内的大