1、裂解爐輻射段爐管堵塞原因分析及對策歐陽家百（2021.03.07）張維祥（中國石油吉林石化公司乙烯廠，吉林，132022）摘要：輻射段爐管堵塞是乙烯裝置裂解爐常見故障之一。 文中敘述了吉化大乙烯裝置裂解爐輻射段爐管堵塞的主要現象和 有效的處理措旋，并闡述了輻射段爐管堵塞的主要原因，為同類 裝置避免類似現象發生和處理提供了依據。關鍵詞：裂解爐；輻射段爐管；堵塞中國石油吉林石化公司乙烯廠（以下簡稱吉化乙烯）始建于 1993年，1996年9月一次性開車成功，原裝置共有六臺LSCC1-1 型“門式"裂解爐（F0101F0601）,裂解原料石腦油、輕柴油、加 氫尾油及循環乙烷/丙烷等，單臺乙烯

2、生產能力為60 kt/a,采用五 開一備的生產方式，規模為300 kt/a乙烯。在2001年吉化乙烯逬 行了一期擴能改造，新建了一臺PyroCrack6型裂解爐（F0701）, 裂解原料為裝置自產的循環乙烷及丙烷，使吉化乙烯的生產能力 達到了 380 kt/ao在2004年吉化乙烯進行了二期擴能改造，新建 了兩臺PyroCrackl-lSR型門式'裂解爐 仃0801一F0901）,裂解 原料為石腦油、循環乙烷/丙烷，單臺爐乙烯生產能力為120kt/a,在二期改造過程中，為了實現裝置生產能力達到700 kt/a的目標, 結合原有六臺裂解爐運行情況，2004年6月至2005年10月先后 對

3、F0101F0601裂解爐進行了擴能改造。改造采用KTI技術， 將原有LSCC1-1型爐管更換為GK-6型爐管，單臺裂解爐乙烯生 產能力由原來的60kt/a提高到80 kt/a以上。改造內容包括更換輻 射段爐管、對流段部分管束（高壓蒸汽過熱段）、底部火嘴.增加 除焦罐及燃料控制系統等。2007年11月，由于裂解爐周期的影響, 新建了一臺裂解爐（F1001）,提高了裂解爐的備用系數，保證了 裝置的滿負荷運行。從開車至今，裂解爐輻射段爐管在運行及升溫過程中多次出 現堵塞現象，給裂解爐的安全運行甚至是裝置的平穩運行都帶來 嚴重威脅。下文對吉化乙烯裝置裂解爐輻射段爐管堵塞的情況進 行了總結分類和深入分

4、析原因，并提出相應對策。1 處于橫跨段集合管末端的爐管堵塞2004年至2005年F0101-F0601裂解爐改造后，兩側高溫的炷/蒸汽混合物離開對流段，分別匯集到一根橫跨段集合管然后進入輻射段爐管。每一根輻射段爐管進口，都裝有一個臨界流量文氏管（亦稱文丘里管），以確保在正常的操作中有良好的流量分布。每臺裂解爐有112個進（每側爐膛有56組）,對應于112組GK6型輻射段爐管。改造后設計運行周期為60天，但是實際運行20天左右時，多次出現處于橫跨段集合管末端的爐管對應的廢熱鍋爐出溫度迅速上漲，現場檢查發現處于集合管末端的輻射段爐歐陽索引創編2021.02.02管上升管變得紅亮(對應的下降管還杲黑

5、色的)，有堵塞的跡象， 雖然采取了對該組爐出溫度進行大幅度低控等措施，但不久該 爐管還是會堵塞。2006年至2007年每年發生類似事件都在10次 以上。原因分析：1.1經過實際參數與設計參數對比發現，實際橫跨壓力遠遠低于設 計值，確定原因為物料分配不均，物料在個別爐管及TLE內流速 慢，停留時間過長，過度裂解，結焦嚴重致堵塞。裂解爐F0101-F0601在擴能改造時更換了文丘里管，設計橫跨 壓力為280 kPa(g),而在實際運行過程中從來沒有達到過，裂解 石腦油時橫跨段集合管處壓力(以下簡稱橫跨壓力)一般在220 kPa(g)左右，裂解重質原料(加氫尾油)和(化工輕油)時橫跨 壓力一般只能達

6、到190 kPa(g)左右，遠遠低于設計值。而文丘里 下游壓力投油初期在140kPa(g)左右，運行一段時間后文丘里下游 壓力上升至170kPa(g)左右，達到裂解爐清焦指標之一文丘里出口 入絕對壓力比接近0.9。因此懷疑改造后文丘里孔徑過大，橫跨 段集合管處壓力低，導致文丘里處物料分配不均。以裂解爐F0101 為例，A側橫跨段集合管所對應的末端是TIA0111組爐管，B側 橫跨段集合管所對應的末端是TIA0118組爐管，這兩組爐管最容 易出現流通物料少，停留時間延長，過度裂解導致結焦嚴重，逬 而發生堵塞現象。這種情況多發生在裂解爐運行至中期階段。L2進料不干凈，可能含有一定量的雜質，由于原料

7、從高溫對流段 出來到橫跨段集合管處有4m左右的爬升高度，因此這些雜質可 能在對流段水平管內積存，當物流發生變化時，就被帶到橫跨段 集合管里。而裂解爐所有下降管入的取點不杲在水平設置的橫 跨段集合管的最低部，而是在橫跨段集合管的兩側，因此這些雜 質很可能在物流變化時被帶到裂解爐兩側橫跨段集合管末端，逬 入末端對應的TIA0111組爐管和TIA0118組爐管內，造成這兩組 個別爐管內物料流速低，停留時間延長，結焦嚴重進而堵塞，或 者由大顆粒雜質直接堵在文丘里喉管處（如下圖所示）。這種情況 多發生在裂解爐升溫過程或投油過程中，氣流發生較大變化時。 應對措施：1.1經設計部門核算，目前文丘里管喉徑處直

8、徑為19.2mm 大， 應為18mm。2008年將F0101_F0601的文丘里全部更換成喉徑為 18mm的新文丘里管（如下圖）。此后上述堵管現象大為減少。1.2但是，2009至2011年還杲發生堵管事件3次。檢修時割開堵 塞的文丘里管和橫跨段集合管末端的盲頭。在其中取出了較多的 雜質。這些雜質在橫跨段集合管末端處形成堆積，當流量發生變 化時，雜質被吹起，隨氣流進入處于橫跨段末端的爐管而造成堵 塞（如下圖）。檢修時發現橫跨段集合管末端和文丘里處存有的雜質情況如下 圖：文丘里處的雜質橫跨段集合管末端的雜質經分析雜質的主要成分為氧化鐵.三氧化二鋁.焦炭，針對這些雜質采取以下措施，詳見下表。橫跨段集

9、合管雜質成分雜質來源應對措施氧化鐵金屬管中鐵的氧化物每三年利用停爐機會割開橫跨段 集合管末端淸理一次焦炭對流段存在一泄結焦現象每三年利用停爐機會割開橫跨段 集合管末端淸理一次三氧化二鋁脫呻催化劑的成分之一去往爐前進料線增加過濾器通過采取上述應對措施以后，F0101-F0601再未發生上述類似堵 管現象。2.處于每臺廢熱鍋爐對應14組爐管中間的爐管堵塞改造后112組GK6型輻射段爐管進入8臺廢熱鍋爐，即每臺廢 熱鍋爐對應有14組輻射段爐管。由于14組輻射段爐管與廢熱鍋 爐連接處存在變徑，位于14組輻射段爐管中間的是第七組和第八 組。在以往運行中發生過，備用一段時間的裂解爐，升溫后發現 位于14組

10、輻射段爐管中間的是第七組和第八組堵塞，而在降溫前 的檢查，并未發現該爐管堵塞。原因分析：檢修時發現在下降管與上升管連接的底部“U”型彎內，存有較多 碎焦。起初懷疑杲裂解爐燒焦不徹底爐管或廢熱鍋爐內焦層脫落 而致堵塞，但如果是爐管焦層脫落致堵塞的話，隨機性較大，不 合只堵在中間的是第七組和第八組爐管。而裂解爐燒焦完全是按 照方案進行，每一步的時間和空氣量均得到保障，因此基本排除 裂解爐燒焦不徹底導致爐管、廢熱鍋爐焦層脫落致堵塞的可能。 從拆開的廢熱鍋爐來看，在廢熱鍋爐上部管板及出管存在較多 碎焦，并且有少量蒸汽及凝液從出管夾帶著碎焦逆流而下逬入 廢熱鍋爐，由于14組輻射段爐管中間的是第七組和第八

11、組爐管正 好對準廢熱鍋爐入管，所以這些碎焦最終進入該臺廢熱鍋爐14 組輻射段爐管中間的是第七組和第八組爐管內，積聚在底部“IT 型彎內而致堵塞（如下圖）。這種情況多發生在停爐期間，但是只 有在裂解爐升溫后才能夠被發現。應對措施：2.1完善操作，在裂解爐降溫結束及時關閉清焦閥閥道防焦蒸汽， 防止蒸汽及凝液反塞，防止沿途的碎焦被帶進爐管系統。同時在 升溫過程中，通入稀釋蒸汽之前一小時，先通入燒焦空氣，起擾 動作用，防止爐管內水被蒸干后，碎焦結成塊狀，將爐管徹底堵 死。2.2由于是兩臺裂解爐共用一個除焦罐，當一臺裂解爐處于停用狀 態時，與其共用一個除焦罐的另一臺裂解爐處于燒焦狀態時，應 提前關閉停用

12、裂解爐的清焦閥，防止大量的蒸汽及焦進入停用裂 解爐爐管系統而造成堵塞。2.3在拆廢熱鍋爐封頭時，應避免產生大的震動，防止將廢熱鍋爐 上部管板的焦震落進入爐管。拆幵廢熱鍋爐后及時將爐出管口 封好，防止雜物進入爐管。3裂解爐爐管堵塞的其它情況3.1 2006年為了增加裝置的操作彈性和裂解爐的原料適應性，在F0801_F0901的A側輻射室增加了乙烷、丙烷線，增加了石腦油 與乙烷、丙烷混合裂解的工況，但因沒有設計的工藝參數，混合 逬料量、爐出溫度、稀釋比以及注硫量等均靠摸索，導致 F0801F0901在石腦油和乙烷、丙烷混合裂解時，多次出現輻射 段爐管連同對應的線型廢熱鍋爐管束堵塞，處理起來較為棘手

13、。 目前F0801F0901很少混合裂解石腦油和乙烷、丙烷，如特殊需 要混合裂解石腦油和乙烷、丙烷時，適當加大二甲基二硫的注入 量。3.2裝置還出現過因稀釋蒸汽（DS）帶水，夾帶大量雜質進入爐 管系統造成大面積堵管現象。發現F0801裂解爐DS帶水嚴重的A側爐管大面積堵塞，經過燒 焦無效后，只能停爐檢修。在經過切割處理時發現，管內堵塞的 大量物質為鈉鹽，經水浸泡后能夠溶解，處理后恢復，但再次通 DS后，爐管再次發生大量堵塞，經分析為對流段管線中殘存大量 的鈉鹽，導致爐管再次堵塞，經在進料線導淋配制臨時管線，向 爐管系統通入鍋爐給水，在除焦罐卸料排放，并在文丘里下游 壓力表處通入空氣擾動，對整個

14、爐管系統進行了全面徹底水洗， 清除了大量的沉積鈉鹽，在排放取樣分析鈉離子濃度合格后恢 復，裂解爐爐管未再發生堵塞。這種情況一般是發生在處于DS 總管末端的裂解爐。3.3投用輕柴油的裂解爐因輕柴油質量嚴重劣化，BMCI值由17 左右升至21左右，平均密度由806kg/m3左右漲至818kg/m3左右,歐陽索引創編2021.02.02導致廢熱鍋爐及其出管結焦嚴重，險些造成該廢熱鍋爐對應的 輻射段爐管全部堵塞。廢熱鍋爐結焦情況廢熱鍋爐出管結焦情況3.4廢熱鍋爐入泄漏造成輻射段爐管堵塞，由于漏點位置和角度 特殊，泄漏的高壓蒸汽形成扇廂將廢熱鍋爐入封鎖住，導致對 應的輻射段爐管中裂解氣流通不暢過度裂解結焦而致堵塞。4結語(1)每天對運行裂解爐輻射段爐管表面溫度進行監測，發現 偏差增大、超高，要及時調整。(2)經常檢查燒均勻。(3) 每天跟蹤原料質量，根據原料質量及時調整稀釋比、爐 出溫度等，在硫含量低的原料中適當注入結焦抑制劑。(4) 在裝置DS帶水后，要及時在爐前DS總管末端進行排 放，避免DS帶水時將長期積存在罐