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摘要：本文以A 石化公司为例，对乙烯装置能耗指标分析与优化措施进行探讨。
关键词：乙烯装置;能耗指标;优化措施
1概述
A 石化有限责任公司乙烯装置采用美国 s & w 公司专利技术。裂解单元由 7 台 UsC-176U 型液体原料裂解炉 （6 开 1 备 ） 和 1 台 UsC-12M型循环气裂解炉组成。分离采用前脱丙烷、前加氢、双塔脱丙烷、乙烯精馏塔和乙烯制冷压缩机形成开式热泵的乙烯分离工艺。生产过程中由于装置原料从乙烷到加氢裂化尾油等种类较多且工况复杂，造成裂解气组成和流量变化较大，使设备效率下降、运行数据不稳定，导致装置能耗、物耗 指标不理想。通过对装置能耗指标的分析，进而提出优化措施。装置于2018 年 4 月进行停工大检修，2018 年 7 月完成检修后恢复开车。
2装置能耗指标分析
乙烯装置能耗组成中占比较大的是燃料气、蒸汽、循环水。下面针对这几个方面加以分析。乙烯装置主要单耗和综合能耗对比情况见表 1。
2.1蒸汽单耗
对比相同工艺流程的同类装置，A 石化乙烯装置蒸汽单耗相对较高。蒸汽单耗过高的原因是：裂解炉急冷锅炉产汽量过低，超高压蒸汽产量低于设计指标约 40t/h，导致裂解气压缩机透平抽汽量低于设计流量 50t/h。裂解炉 1 ～ 4 号为重质炉裂解气容易结焦，其运行初期和末期产汽量相差较大，且急冷锅炉采用二合一结构，换热面积为 57.5m2，比轻质炉急冷锅炉换热面积少 19%。总体来看，重质炉产汽量低于设计流量，需要从自备电站接人大量蒸汽保持装置蒸汽管网平衡。自备电站由于机组抽汽发电能力不足，高、中压蒸汽直接减温、减压量较大，造成蒸汽生产能耗较高。乙烯装置接人的蒸汽量越多对装置综合能耗影响越大。乙烯装置蒸汽平衡参数见表 2。
2.2燃料气单耗
燃料气单耗低于行业平均水平，主要取決于两方面：一是裂解炉热效率较高 （93.3% ～ 95.6%），二是裂解炉燃烧空气预热器投用后平均每台裂解炉降低 200kf/t 的燃料用量。燃烧空气预热器利用炼油区多余的热水作为加热源，将裂解炉燃烧器助燃空气预热到 73℃后进人炉膛助燃，达到减少燃料气消耗的目的。
2.3水综合消耗
水综合消耗高于行业平均水平，主要原因是循环水消耗量偏大。原工艺设计中乙烯装置循环水的污垢系数取值偏高 （5.16×10-4m2﹒K/w）、冷换热面积偏大，循环水设计用量偏高;地区气温较高循环水上水和回水温差仅 5℃，造成 A 石化乙烯装置循环水流量大于其它乙烯生产单位;装置部分备用循环水换热器的蝶阀密封性能差一直有泄漏。为保护进出口蝶阀，只能保持循环水的流通而浪费了部分循环水。
3装置能耗指标进一步优化
3.1蒸汽系统优化
影响乙烯装置蒸汽系统能耗的主要因素有：透平凝汽量、减温减压蒸汽量、蒸汽放空量。抽汽式透平尽量减少凝汽量，多抽蒸汽以减少各等级蒸汽的补人量;做好蒸汽品质监控，防止蒸汽透平叶片结垢、强化蒸汽换热器工艺腐蚀管理，防止蒸汽及凝液污染，保证蒸汽换热器及蒸汽透平高效率运行;研究各等级蒸汽的阶梯利用，避免高等级蒸汽未经做功直接减温、减压到下一级蒸汽，在蒸汽系统不平衡时利用各压力等级的透平进行平衡以减少蒸汽浪费;加强锅炉给水水质管理及时调整优化药剂注人，根据汽包排污品质及时调整连续排污和间歇量;加大裂解炉热能回收，增加超高压蒸汽的产量。因加氢尾油品质偏低，裂解加氢尾油时裂解炉急冷锅炉内部结焦严重，超高压蒸汽产量持续降低，相对裂解炉运行初期单炉超高压蒸汽产量降低约 30%，目前有 4 台裂解炉存在此类现象。为最大量产出超高压蒸汽，提高高位热能的回收，计划对裂解炉 1 ～ 4 号炉的急冷锅炉进行清洗，届时超高压蒸汽产量可提高到 378t/h。优化工艺水品质防止稀释蒸汽发生器腐蚀、及时清理稀释蒸汽发生器急冷油侧的结焦，多产稀释蒸汽，降低中压蒸汽补充量。
3.2循环水系统优化
在满足工艺要求的前提下，循环水厂采用变频调速、可调节叶片等技术适当提高循环水上水与回水的温差，降低循环水系统流量;加强循环水水质分析检测，避免循环水换热器结垢或者腐蚀后换热效果变差;对装置的循环水换热器进行全面检修和清理，采用反冲洗的方法打通管束、清理壳体，消除因管束堵塞等原因造成的换热效率下降。将备用循环水换热器的蝶阀更换为闸阀，避免备用换热器的循环水浪费;配合第三方检测机构对循环水换热器进行检测，发现腐蚀或者结构缺陷等现象及时处理，同时对于无法满足工艺要求的循环水换热器及时进行报废和换新。
3.3提高装置处理能力
乙烯装置裂解气中甲烷设计收率为 14.7%，由于裂解原料性质变化，目前实际甲烷收率高达 19%; 脱甲烷塔和尾气精馏塔负荷已经超过 110%，成为乙烯装置负荷提高的瓶颈。为提高装置负荷现设计增加 1 台甲烷氢压缩机，把返回裂解气压缩机的甲烷氢送至燃料气管网，降低系统中甲烷氢循环量。新增甲烷氢压缩机后增大甲烷氢外送量减少循环量，有效解决了乙烯装置高负荷瓶颈，裂解炉每小时可增加 10t 负荷。装置高负荷平稳运行对公司效益有着重要意义，随着加工量的增加，综合能耗指标明显下降; 加工量越接近设计负荷单位能耗越小，这是由于随着装置负荷的提高，燃料气、蒸汽、电、循环水等单耗下降所致。2019 年以来装置平均负荷达到 101%，产能优势得到有效释放，整体能耗指标达到最佳值。2018 年和2019 年 1 季度装置指标情况见表 3。
3.4 裂解炉新技术的应用与维护
通过结焦抑制剂、低氮氧化物燃烧器、炉管强化传热等技术延长裂解炉的运行周期。裂解炉运行周期是衡量乙烯装置运行水平的一个重要指标， 中石油集团公司各裂解炉平均运行周期在 40 ～ 65c。为延长裂解炉运行周期，各单位除了在原料优化和工艺参数优化外，还可在新型结焦抑制剂、 炉管强化传热、原位涂层等先进技术方面开展生产攻关，争取早日应用于 装置并取得良好效果。A 石化公司裂解炉目前试用 2 种结焦抑制剂，并且取得一定的效果;优化裂解炉操作降低对流段末端物料人口温度，控制过剩空气系数，从而保证裂解炉的热效率;定期使用高声强中频声波除灰器清洁对流段炉管表面，保证对流段炉管的传热; 加强对烧嘴的维护定期排绿油防止烧嘴的堵塞;对于停下的裂解炉打开人孔进人炉膛检查，清理堵塞的烧嘴，更换损坏的保温。
结束语
A 石化乙烯装置 2018 年大检修后，通过原料轻质化改造、原料结构优化，工艺操作调整、与大庆研究院兰州研究院合作进行原料标定，优化 裂解深度等措施，使双烯收率明显提高。乙烯收率增加了 0.4%、丙烯收率增加了 0.3%，目前双烯收率已处于全国同行业上游水平，同时裂解炉排烟温度下降 4℃、热效率提升 0.2%、运行周期也有所延长，装置整体能耗指标达到了历史最低值。
参考文献
[1]优化乙烯装置工艺流程降低能耗的研究 [J]. 王振坤.科技传播 .2014（18）
[2]富乙烯气对乙烯装置碳二系统的影响分析 [J]. 章三林.何燕锋.石油化工技术与经济 .2015（02）
关键词：乙烯装置;能耗指标;优化措施
1概述
A 石化有限责任公司乙烯装置采用美国 s & w 公司专利技术。裂解单元由 7 台 UsC-176U 型液体原料裂解炉 （6 开 1 备 ） 和 1 台 UsC-12M型循环气裂解炉组成。分离采用前脱丙烷、前加氢、双塔脱丙烷、乙烯精馏塔和乙烯制冷压缩机形成开式热泵的乙烯分离工艺。生产过程中由于装置原料从乙烷到加氢裂化尾油等种类较多且工况复杂，造成裂解气组成和流量变化较大，使设备效率下降、运行数据不稳定，导致装置能耗、物耗 指标不理想。通过对装置能耗指标的分析，进而提出优化措施。装置于2018 年 4 月进行停工大检修，2018 年 7 月完成检修后恢复开车。
2装置能耗指标分析
乙烯装置能耗组成中占比较大的是燃料气、蒸汽、循环水。下面针对这几个方面加以分析。乙烯装置主要单耗和综合能耗对比情况见表 1。
2.1蒸汽单耗
对比相同工艺流程的同类装置，A 石化乙烯装置蒸汽单耗相对较高。蒸汽单耗过高的原因是：裂解炉急冷锅炉产汽量过低，超高压蒸汽产量低于设计指标约 40t/h，导致裂解气压缩机透平抽汽量低于设计流量 50t/h。裂解炉 1 ～ 4 号为重质炉裂解气容易结焦，其运行初期和末期产汽量相差较大，且急冷锅炉采用二合一结构，换热面积为 57.5m2，比轻质炉急冷锅炉换热面积少 19%。总体来看，重质炉产汽量低于设计流量，需要从自备电站接人大量蒸汽保持装置蒸汽管网平衡。自备电站由于机组抽汽发电能力不足，高、中压蒸汽直接减温、减压量较大，造成蒸汽生产能耗较高。乙烯装置接人的蒸汽量越多对装置综合能耗影响越大。乙烯装置蒸汽平衡参数见表 2。
2.2燃料气单耗
燃料气单耗低于行业平均水平，主要取決于两方面：一是裂解炉热效率较高 （93.3% ～ 95.6%），二是裂解炉燃烧空气预热器投用后平均每台裂解炉降低 200kf/t 的燃料用量。燃烧空气预热器利用炼油区多余的热水作为加热源，将裂解炉燃烧器助燃空气预热到 73℃后进人炉膛助燃，达到减少燃料气消耗的目的。
2.3水综合消耗
水综合消耗高于行业平均水平，主要原因是循环水消耗量偏大。原工艺设计中乙烯装置循环水的污垢系数取值偏高 （5.16×10-4m2﹒K/w）、冷换热面积偏大，循环水设计用量偏高;地区气温较高循环水上水和回水温差仅 5℃，造成 A 石化乙烯装置循环水流量大于其它乙烯生产单位;装置部分备用循环水换热器的蝶阀密封性能差一直有泄漏。为保护进出口蝶阀，只能保持循环水的流通而浪费了部分循环水。
3装置能耗指标进一步优化
3.1蒸汽系统优化
影响乙烯装置蒸汽系统能耗的主要因素有：透平凝汽量、减温减压蒸汽量、蒸汽放空量。抽汽式透平尽量减少凝汽量，多抽蒸汽以减少各等级蒸汽的补人量;做好蒸汽品质监控，防止蒸汽透平叶片结垢、强化蒸汽换热器工艺腐蚀管理，防止蒸汽及凝液污染，保证蒸汽换热器及蒸汽透平高效率运行;研究各等级蒸汽的阶梯利用，避免高等级蒸汽未经做功直接减温、减压到下一级蒸汽，在蒸汽系统不平衡时利用各压力等级的透平进行平衡以减少蒸汽浪费;加强锅炉给水水质管理及时调整优化药剂注人，根据汽包排污品质及时调整连续排污和间歇量;加大裂解炉热能回收，增加超高压蒸汽的产量。因加氢尾油品质偏低，裂解加氢尾油时裂解炉急冷锅炉内部结焦严重，超高压蒸汽产量持续降低，相对裂解炉运行初期单炉超高压蒸汽产量降低约 30%，目前有 4 台裂解炉存在此类现象。为最大量产出超高压蒸汽，提高高位热能的回收，计划对裂解炉 1 ～ 4 号炉的急冷锅炉进行清洗，届时超高压蒸汽产量可提高到 378t/h。优化工艺水品质防止稀释蒸汽发生器腐蚀、及时清理稀释蒸汽发生器急冷油侧的结焦，多产稀释蒸汽，降低中压蒸汽补充量。
3.2循环水系统优化
在满足工艺要求的前提下，循环水厂采用变频调速、可调节叶片等技术适当提高循环水上水与回水的温差，降低循环水系统流量;加强循环水水质分析检测，避免循环水换热器结垢或者腐蚀后换热效果变差;对装置的循环水换热器进行全面检修和清理，采用反冲洗的方法打通管束、清理壳体，消除因管束堵塞等原因造成的换热效率下降。将备用循环水换热器的蝶阀更换为闸阀，避免备用换热器的循环水浪费;配合第三方检测机构对循环水换热器进行检测，发现腐蚀或者结构缺陷等现象及时处理，同时对于无法满足工艺要求的循环水换热器及时进行报废和换新。
3.3提高装置处理能力
乙烯装置裂解气中甲烷设计收率为 14.7%，由于裂解原料性质变化，目前实际甲烷收率高达 19%; 脱甲烷塔和尾气精馏塔负荷已经超过 110%，成为乙烯装置负荷提高的瓶颈。为提高装置负荷现设计增加 1 台甲烷氢压缩机，把返回裂解气压缩机的甲烷氢送至燃料气管网，降低系统中甲烷氢循环量。新增甲烷氢压缩机后增大甲烷氢外送量减少循环量，有效解决了乙烯装置高负荷瓶颈，裂解炉每小时可增加 10t 负荷。装置高负荷平稳运行对公司效益有着重要意义，随着加工量的增加，综合能耗指标明显下降; 加工量越接近设计负荷单位能耗越小，这是由于随着装置负荷的提高，燃料气、蒸汽、电、循环水等单耗下降所致。2019 年以来装置平均负荷达到 101%，产能优势得到有效释放，整体能耗指标达到最佳值。2018 年和2019 年 1 季度装置指标情况见表 3。
3.4 裂解炉新技术的应用与维护
通过结焦抑制剂、低氮氧化物燃烧器、炉管强化传热等技术延长裂解炉的运行周期。裂解炉运行周期是衡量乙烯装置运行水平的一个重要指标， 中石油集团公司各裂解炉平均运行周期在 40 ～ 65c。为延长裂解炉运行周期，各单位除了在原料优化和工艺参数优化外，还可在新型结焦抑制剂、 炉管强化传热、原位涂层等先进技术方面开展生产攻关，争取早日应用于 装置并取得良好效果。A 石化公司裂解炉目前试用 2 种结焦抑制剂，并且取得一定的效果;优化裂解炉操作降低对流段末端物料人口温度，控制过剩空气系数，从而保证裂解炉的热效率;定期使用高声强中频声波除灰器清洁对流段炉管表面，保证对流段炉管的传热; 加强对烧嘴的维护定期排绿油防止烧嘴的堵塞;对于停下的裂解炉打开人孔进人炉膛检查，清理堵塞的烧嘴，更换损坏的保温。
结束语
A 石化乙烯装置 2018 年大检修后，通过原料轻质化改造、原料结构优化，工艺操作调整、与大庆研究院兰州研究院合作进行原料标定，优化 裂解深度等措施，使双烯收率明显提高。乙烯收率增加了 0.4%、丙烯收率增加了 0.3%，目前双烯收率已处于全国同行业上游水平，同时裂解炉排烟温度下降 4℃、热效率提升 0.2%、运行周期也有所延长，装置整体能耗指标达到了历史最低值。
参考文献
[1]优化乙烯装置工艺流程降低能耗的研究 [J]. 王振坤.科技传播 .2014（18）
[2]富乙烯气对乙烯装置碳二系统的影响分析 [J]. 章三林.何燕锋.石油化工技术与经济 .2015（02）