第3篇乙烯装置.ppt

1、第一节 概述 乙烯是最简单的烯烃 。分子式CH2=CH2 。少量存在于植物体内，是植物的一种代谢产物，能促进叶落和果实成熟 。无色易燃气体 。熔点169 ，沸点103.7 。几乎不溶于水，难溶于乙醇，易溶于乙醚和丙酮。 烃类裂解制乙烯与前述炼油的裂化有明显的不同： 炼油厂裂化的原料是各种油，裂化温度约500，主产物是多种成分组成的油品，产物的用途主要是做燃料。 烃类裂解制乙烯的原料可分为油、气两种，裂解温度高，一般在700-800，主产物是高纯度乙烯，副产(因产量可观，有时称为联产)丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等。,第三篇 乙烯装置腐蚀与防护,乙烯用量最大的是生产聚乙烯（一种塑料，可用于食品

2、包装等 )，约占乙烯耗量的45%； 其次是由乙烯生产二氯乙烷和氯乙烯（生产塑料，作冷冻剂）； 乙烯氧化制环氧乙烷和乙二醇（乙二醇俗名甘醇，用途广泛，可用来合成“涤纶”（的确良）等高分子化合物，还可用作薄膜、橡胶、增塑剂、干燥剂、刹车油等原料，又是常用的高沸点溶剂，其60%的水溶液的凝固点为-40，所以可用作冬季汽车散热器的防冻剂和飞机发动机的致冷剂。乙二醇也可用于玻璃纸、纤维、皮革、粘合剂的湿润剂。乙二醇经加热后产生的蒸气可用作舞台烟幕，乙二醇的硝酸酯是一种炸药。）。 另外乙烯烃化可制苯乙烯，乙烯氧化制乙醛、乙烯合成酒精、乙烯制取高级醇。,乙烯工业的生产能力和水平是衡量一个国家综合经济实力和科

3、技水平的重要标志。现代乙烯工业是技术密集型和资金密集型产业，是发展国民经济的支柱产业之一。有以下特点： 1.装置规模大，投资大，连续运行周期长； 2.装备、工艺技术、自动化控制水平高 3.安全和环保治理技术成熟； 4.产业链长，经济和社会效益显著。,乙烯裂解炉,乙烯产品压缩机K-1440及乙烯/丙烯制冷压缩机 K-1510/1500,图3-1-1 乙烯生产原则工艺流程示意图,一、工艺流程 工艺流程原理图如下：,第二节 工 艺 流 程,二、主要反应 ()裂解 RlHR2十R3 R2十R1HR 2H十R1 R3十R1HR 3H十R1 R1CnH2n十R4 Rl十R4生成物 (二)分离 碱洗： H2

4、S十2NaOHNa2S十2H 2O H2S十Na2S2NaHS COS十2NaOHNaSCOONa十H 2O NaSCOONa十2NaOHNa 2CO3十Na2S十H2O CO2十2NaOHNa2C03十H2O,杂质甲烷化： CO十3H 2CH4十H 2O CO2十4H 2CH4十2H2O O 2十2H22H2O 炔烃加氢： C2H2十H2C2H4 C2H2十2H2C2H6 C2H4十H2C2H6 C3加氢： C3H4十H 2C3H6 C3H6十H 2C3H 8,C4加氢: C4H6十H2C4H8 C4H8十H 2C4H10 nC4H 6高分子聚合物,第三节 主要易腐蚀设备、 腐蚀形态及腐蚀原

5、因 裂解法生产乙烯的装置大都存在以下几种腐蚀： 1)由于超温结焦引起的炉管渗碳造成炉管损伤； 2)原料中的硫腐蚀； 3)工艺水含酸性气体的腐蚀； 4)锅炉给水水质引起设备的垢下缺氧腐蚀； 5)清焦与开车过程引起的温差及热变应力腐蚀； 6)高速物料的冲刷腐蚀； 7)焊缝的应力腐蚀； 8)超低温腐蚀； 9)高温氧化腐蚀及高温下的热疲劳； 10)循环冷却水引起的腐蚀。,乙烯裂解炉分为对流段和辐射段。一般地说，对流段作用是回收烟气余热,用来预热（538 ）并汽化原料油，并将原料油和稀释蒸汽过热至物料的横跨温度（770798 ），剩余的热量用来过热超高压蒸汽和预热锅炉给水。在原料预热汽化过程中，注入稀释

6、蒸汽，以降低原料油的汽化温度，防止原料油在汽化过程中焦化。裂解炉对流段每一组盘管主要由换热炉管(光管或翅片管)通过回弯头组焊而成，端管板和中间管板支持起炉管，有些盘管的进出口通过集箱汇集到一起。每一组盘管的四周再组对上炉墙，则构成一个模块，模块从下往上。,一、轻柴油裂解炉与乙烷炉 （一）炉管的工作条件 炉管的工作环境包括有介质、工作温度和各种应力作用的集合。 1介质 炉管内壁接触的介质可分为三大类型： 第一种类型介质：原料油中含有的大量烷烃、环烷烃、芳烃、烯烃等烃类混合物； 第二种类型介质：为促进生成乙烯、抑制二次反应的发生，以利提高乙烯收率及减轻结焦而通入一定比例的水蒸汽或氢、氮、甲烷作为稀

7、释剂； 第三种类型介质：碳。各种烃的反应产物在高温下都是不稳定的，将分解为碳和氢。,炉管外壁接触的介质是高温燃烧气体，燃料燃烧时需要氧，燃料燃烧后生成H2O和CO2所以炉管外壁接触的是氧化气氛。 在裂解所接触的介质中，对裂解炉管危害最大的是渗碳介质和氧化气氛。 2工作温度,3应力作用 应力的来源：由于在内壁结焦和温度的分布不均，以及周期性的开停炉。（内压小：0.10.5MPa） A.内壁结焦引起应力增加的是： 1）结焦层比裂解管材料线胀系数小，在停炉时，将造成裂解管受拉应力； 2）若裂解管产生渗碳层，则由于渗碳层与非渗碳层的比容和膨胀系数不同而引起附加应力； 3）内壁结焦后使内径变小，引起物料

8、流线速度增加，压力降增大，若保持出口压力不变，必然增加入口压力，从而引起管内平均压力增大。,B.由于温度分布的不均匀造成的附加应力有： 1）在裂解炉管的轴向由于温度分布不均引起的应力； 2）由于裂解炉管存在向火面使周向温度不均引起的热应力； 3）裂解管外壁温度高于管内壁温度引起的应力； 4）由于结焦或渗碳层不均匀导致温度分布不均引起的热应力； 5）由于停、开炉引起的热应力。,（二）炉管渗碳 1.渗碳 合金炉管的渗碳，通常发生在裂解炉辐射段炉管，是介质中的碳在合金中被吸收和扩散的过程。 2渗碳过程(P87) 在合金中，由于碳化物形成元素的存在，使固溶体中的碳不断以碳化物的形式消耗，又从介质中不断

9、进行碳的吸收，使合金中的碳累积量逐渐增多，使碳从金属表面向内不断迁移、扩散。在乙烯炉管系统中，炉管从内壁向外壁形成碳化物的类型是从Me7C3向Me23C6的顺序过渡的。,3渗碳引起金相显微组织发生变化 渗碳越严重，碳化物含量越多。 在渗碳时间较短或者是温度较低而时间较长的合金中，在析出的碳化物周围有宽窄不同的“无析出带”或称贫铬区存在。但高温长时间渗碳后，碳化物周围这个区域很小，或不能被观察到。,4渗碳引起合金物理机械性能变化 随着金相组织的变化，渗碳后合金的物理机械性能也发生变化。 1）在室温和650以下冲击韧性很低，显示严重脆化。 2）材料持久强度下降，但与渗碳程度无明显对应关系。 3）密

10、度减小，体积增大，线胀系数减小。,5渗碳带来危害 几种失效状态也是与渗碳有关的： 1）渗碳裂纹； 2）蠕变断裂； 3）热疲劳与热冲击； 4）650以下的脆性断裂； 5）渗碳引起的金属粉化； 6）壁厚减薄。,（三）工艺条件对腐蚀的影响 1温度 裂解炉管的使用在管壁温度低于940时，渗碳现象不严重，但在982时，渗碳明显增加，至1093时，渗碳更严重。,2结焦 乙烯、丙烯、丁二烯等一次反应产物若不尽快离开反应区，会发生二次反应和过度裂解，即在较高温度下易脱氢，并使芳烃缩合成多环芳烃，进一步可生成焦炭。 当裂解炉运行一段时间后管内会产生结焦。结焦首先在管内滞流层出现，结焦的速度由气流传递到滞流层的速

11、度所决定。结焦后会出现局部热阻增大。炉管表面出现过热点，引起渗碳。除此而外，炉管与焦的热膨胀系数不一样，一旦管壁结焦在升、降温时炉管容易开裂。,3清焦 清焦有在线清焦与停炉清焦之分 同时高速物料流是工艺上采取短停留时间的必然趋势。这种高速物料流也对管壁带来强烈的冲刷作用使金属的表而膜受到冲蚀。清焦是促进材料损伤的又一客观条件。 4原料含硫腐蚀 相对于炉管渗碳，硫的腐蚀显得次要且不甚明显 。 乙烷裂解炉原设计中，为提高炉管的抗渗碳性，工艺上要求注加CS2 ，导致乙烷炉管的损伤频数最高，而轻柴油裂解炉中无补加硫，相对损伤频数要低得多。其次，乙烷炉的工艺温度高于轻柴油炉。,（四）腐蚀损坏部位及形态

12、渗碳多发生于裂解炉辐射段出口炉管、焊口周围及弯头部分，温度最高区域、有缺陷或出现局部过热点部位。 值得注意的是：单一的渗碳引起炉管报损的事例并不多见。渗碳、温度、热应力变化、热冲击、自重等诸多因素引起炉管的综合损伤比较多见 。,实际上，渗碳并不直接造成合金炉管的损伤，而是炉管发生渗碳后出现裂纹。未渗碳层和渗碳层的热膨胀系数不同，裂纹通常在渗碳与未渗碳层之间最先生成。,综合损伤主要是炉管等发生蠕变。 蠕变开裂的主要损坏形式：贯穿性开裂、横向开裂、混合类型、焊接部位的开裂四种，以及弯头部位的环向开裂、鼓胀、弯曲等。 硫的腐蚀问题不如渗碳那样突出，主要发生在裂解管中温度较低的部位，特别是像炉顶死角处

13、的弯头，而温度较高的部位和直管部分硫的腐蚀要轻些。硫会在高温腐蚀严重情况下，大量耗去合金基体中的Cr、Ni元素，造成组织恶化，严重降低材料的高温持久强度和韧性。,二、急冷废热锅炉 （一）炉型结构种类 目前引进的急冷废热锅炉炉型很多，有施密特型、包西格、M-TLX、USX、TLX等。 （二）易腐蚀部位及原因 1施密特型 2M-TLX型 三、碳钢水冷器,第四节 防腐措施,炉管的抗渗碳措施：,铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用