常用乙烯裂解炉简介
①鲁姆斯公司的SRT型裂解炉
鲁姆斯公司的SRT型裂解炉(短停留时间裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉，已从早期的SRT-I型发展为近期的SRT-Ⅵ型。
SRT型裂解炉的对流段设置在辐射室上部的一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设置进料、稀释蒸汽和锅炉给水的预热。从SRT-Ⅵ型炉开始，对流段还设置高压蒸汽过热，由此取消了高压蒸汽过热炉。在对流段预热原料和稀释蒸汽过程中，一般采用一次注入蒸汽的方式，当裂解重质原料时，也采用二次注汽。
早期SRT型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴烧燃料气，为适应裂解炉烧油的需要，目前多采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合的布置方案。底部烧嘴最大供热量可占总热负荷的70％。SRT-Ⅲ型炉的热效率达93.5％。图1—21为SRT型裂解炉结构示意图。
图1-21鲁姆斯SRT-Ⅱ型裂解炉结构示意图
②斯通-伟伯斯特(S.W)公司的USC型裂解炉
S.W的USC裂解炉(超选择性裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉，辐射盘管为W型或U 型盘管。由于采用的炉管管径较小，因而单台裂解炉盘管组数较多(16-48组)。每2组或4组辐射盘管配一台USX型(套管式)一级废热锅炉，多台USX废热锅炉出口裂解气再汇总送入一台二级废热锅炉。近期开始采用双程套管式废热锅炉(SLE)，将两级废热锅炉合并为一级。
USC型裂解炉对流段设置在辐射室上部一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设有原料和稀释蒸汽预热、锅炉给水预热及高压蒸汽过热等热量回收段。大多数USC型裂解炉为一个对流段对应一个辐射室，也有两个辐射室共用一个对流段的情况。
当装置燃料全部为气体燃料时，USC型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴；如装置需要使用部分液体燃料时，则采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧气也可烧油，其供热量可占总热负荷的60％-70％。
由于USC型裂解炉辐射盘管为小管径短管长炉管，单管处理能力低，每台裂解炉盘管数较多。为保证对流段进料能均匀地分配到每根辐射盘管，在辐射盘管入口设置了文丘里喷管。图1-22是USC型裂解炉结构示意图。
图1-22 USC型裂解炉结构示意图
③凯洛格(Kellogg)公司的毫秒炉
凯洛格公司的毫秒炉为立管式裂解炉，其辐射盘管为单程直管。对流段在辐射室上侧，原料和稀释蒸汽在对流段预热至横跨温度后，通过横跨管和猪尾管由裂解炉底部送入辐射管，物料由下向上流动，由辐射室顶部出辐射管而进入第一废热锅炉。裂解轻烃时，常设三级废热锅炉；裂解馏分油时，只设两级废热锅炉。对流段还预热锅炉给水并过热高压蒸汽。热效率为93％。
毫秒炉采用底部大烧嘴，可烧气也可烧油。
由于毫秒炉管径小，单台炉炉管数量大，为保证辐射管流量均匀，在辐射管入口设置猪尾管控制流量分配。图1-23是毫秒炉结构示意图。
图1-23 毫秒裂解炉结构示意图
④KTI公司的GK型裂解炉
早期的GK—I型裂解炉为双排立管式裂解炉，20世纪70年代开发的GK一Ⅱ型裂解炉为混排(入口段为双排，出口段为单排)分支变径管。在此基础上，相继开发了GK一Ⅲ型、GK一Ⅳ型和GK—V型裂解炉。GK—V型裂解炉为双程分支变径管，由于管程减少，管长缩短，停留时间可控制在O.2秒以内。GK型裂解炉一般采用一级废热锅炉。
对流段设置在辐射室上侧。对流段除预热原料、稀释蒸汽、锅炉给水外，还进行高压蒸汽的过热。
GK型裂解炉采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧油也可烧气，其最大供热量可占总热负荷的70％。侧壁烧嘴为烧气的无焰烧嘴。图1-24为GK型裂解炉结构示意图。
图1-24 GK型裂解炉结构示意图
⑤CBL型裂解炉
由我国自行设计、开发的CBL型裂解炉，即北方炉已从I型发展到IV型，单炉生产能力从20kt／a发展到100kt／a。
CBL裂解炉的对流段设置在辐射室上部的一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设置原料、稀释蒸汽、锅炉给水预热、原料过热、稀释蒸汽过热、高压蒸汽过热段。稀释蒸汽的注入：二次注汽的为I、Ⅱ型，一次注汽的为Ⅲ型。
主要特点是将对流段中稀释蒸汽与烃类传统方式的一次混合改为二次混合新工艺。一次蒸汽与二次蒸汽比例应控制在适当范围内。采用二次混合新工艺后，物料进入辐射段的温度可提高50℃以上。这样，当裂解深度不变时，裂解温度可降低5℃-6℃，辐射段烟气温度可相应降低20℃-25℃，最高管壁温度下降14℃-20℃，全炉供热量可降低约10％。
供热采用侧壁烧嘴与底部烧嘴联合布置方案,侧壁烧嘴为无焰烧嘴，底部烧嘴为油气联合烧嘴。
1.4 管式加热炉的基本构成与组成
管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器和通风系统等五部分组成，如图1-27所示。其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙（内衬）、燃烧器、孔类配件等。
图1-27 管式加热炉的一般结构
1.4.1 基本结构、炉膛与部件
1.4.1.1 炉膛与炉墙（炉衬）
炉膛是由炉墙、炉顶和炉底围成的空间，是对物质进行加热的地方。炉墙、炉顶和炉底通称为炉衬，炉衬是加热炉的关键技术条件之一。在加热炉的运行过程中，不仅要求炉衬能够在高温和荷载条件下保持足够的强度和稳定性，要求炉衬能够耐受烟气的冲刷和侵蚀，而且要求有足够的绝热保温和气密性能。
为此，炉衬通常由耐火层、保温层、防护层和钢结构几部分组成。其中耐火层直接承受炉膛内的高温气流冲刷和侵蚀，通常采用各种耐火材料经砌筑、捣打或浇注形成；保温层通常采用各种多孔的保温材料经砌筑、敷设、充填或粘贴形成，其功能在于最大限度地减少炉衬的散热损失，改善现场操作条件；防护层通常采用建筑砖或钢板，其功能在于保持炉衬的气密性，保护多孔保温材料形成的保温层免于损坏；钢结构是位于炉衬最外层的由各种钢材拼焊、装配成的承载框架，其功能在于承担炉衬、燃烧设施、检测仪器、炉门、炉前管道以及检修、操作人员所形成的载荷，提供有关设施的安装框架。
管式炉的炉墙结构主要有耐火砖结构、耐火混凝土结构和耐火纤维结构。其中耐火砖结构又分为砌砖炉墙、挂砖炉墙和拉砖炉墙。拉砖炉墙是目前应用比较广泛的炉墙，尤其是温度较高的管式加热炉，如裂解炉和转化炉。典型的拉砖结构如图1-28所示。
图1-28 拉砖炉墙
1.4.1.2 炉管
管式炉炉管是物料摄取热量的媒介。按受热方式不同可分为辐射炉管和对流炉管，前者设置于辐射室内，后者设置于对流室内。为强化传热，对流管图1-28 拉砖炉墙往往采用翅片管或钉头管，其安装方式多采用水平安装。
1.4.1.3 钢结构
钢结构是管式炉的承载骨架。管式炉的其它构件依附于钢结构，其基本元件是各种型钢，通过焊接或螺栓连接构成管式炉的骨架。老式管式炉，如方箱炉、斜顶炉等，其钢结构占整个管式炉投资的比重较小，近代管式炉其钢结构的投资比例越来越大。
1.4.1.4 其它部件
管式炉配件较多，主要有看火孔、点火孔、测试孔、炉用人孔、防爆门、吹灰器、烟囱挡板等。
1.4.2 辐射室
辐射室是加热炉进行热交换的主要场所，其热负荷约占全炉的70％-80％。烃类蒸汽转
辐射室内的炉管，通过火焰或高温烟气进行传热，以辐射热为主，故称之为辐射管。它直接受火焰辐射冲刷，温度高，其材料要具有足够的高温强度和高温化学稳定性。
1.4.3 对流室
对流室是靠辐射室排出的高温烟气进行对流传热来加热物料。烟气以较高的速度冲刷炉管管壁，进行有效的对流传热，其热负荷约占全炉的20％-30％。对流室一般布置在辐射室之上，有的单独放在地面。为了提高传热效果，炉管多采用钉头管或翅片管。
1.4.4 余热回收系统
余热回收系统用以回收加热炉的排烟余热。回收方法有两类：一类是靠预热燃烧空气来回收，使回收的热量再次返回炉中；另一类是采用另外的回收系统回收热量。前者称为空气预热方式，后者通常用水回收称为废热锅炉方式。空气预热方式有直接安装在对流室上面的固定管式空气预热器，还有单独放在地面上的管式空气预热器等型式。
目前，炉子的余热回收系统多采用空气预热方式，只有高温管式炉(烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉)和纯辐射炉才使用余热锅炉，这类高温管式炉的排烟温度较高，安装余热回收系统后，炉子的总效率可达到88％-90％。
1.4.5 燃烧器
燃烧器的作用是完成燃料的燃烧，为热交换提供热量。燃烧器由燃料喷嘴、配风器、燃烧道三部分组成。燃烧器按所用燃料的不同可分为燃油燃烧器、燃气燃烧器和油-气联合燃烧器。燃烧器性能的好坏，直接影响燃烧质量及炉子的热效率。操作时，特别应注意火焰要保持刚直有力，调整火嘴尽可能使炉膛受热均匀，避免火焰舔炉管，并实现低氧燃烧。要保证燃烧质量和热效率，还必须有可靠的燃料供应系统和良好的空气预热系统。
1.4.6 通风系统
通风系统的作用是把燃烧用空气导入燃烧器，将废烟气引出炉子。它分为自然通风和强制通风两种方式。前者依靠烟囱本身的抽力，后者使用风机。
过去，绝大多数炉子都采用自然通风方式，烟囱通常安装在炉顶。近年来，随着炉子结构的复杂化，炉内烟气侧阻力增大，加之提高炉子热效率的需要，采用强制通风方式日趋普遍。
1.5 管式加热炉的主要技术指标
1.5.1 热负荷
每台管式加热炉单位时间内管内介质吸收的热量称为有效热负荷，简称热负荷。管内介质所吸收的热量用于升温、汽化或化学反应。热负荷的理论值，可根据介质在管内的工艺过程(加热、化学反应)进行计算。加热炉的设计热负荷(Q)通常取计算热负荷(Q’)的1.15-1.2倍。热负荷的大小表示炉子生产能力的大小。
1.5.2 炉膛体积热强度
炉膛单位体积在单位时间内燃料燃烧的放热量，称为炉膛体积热强度。即
式中gv-炉膛体积热强度，KW／m3
B- 燃料用量，kg/h
Q1-燃料低热值，kJ/ kg燃料
V- 炉膛（辐射室）体积，m3
gv值越大炉膛温度越高，不利于长周期安全运行，因此炉膛体积热强度不允许过大，一般控制在1.16×102 kW／m3以下。
1.5.3 辐射表面热强度
辐射炉管单位表面积(一般按炉管外径计算表面积)、单位时间内所传递的热量称为炉管的
辐射表面热强度gR,也称为辐射热通量或热流率。
gR表示辐射室炉管传热强度的大小。应注意gR一般指辐射室所有炉管的平均值。由于辐射室内各部位受热不一致，不同的炉管以及同一根炉管的不同部位，实际局部热强度相差很大。gR值越大，完成一定加热任务所需的辐射炉管就越少，辐射室体积越紧凑，投资也可降低，所以要尽可能提高炉管表面热强度。各种炉子的辐射表面热强度推荐值见表1-2。
表1-2 辐射炉管表面热强度的经验数据
16 转化炉(制氢)
1.5.4 对流表面热强度
对流炉管单位面积在单位时间内所传递的热量称为对流表面热强度。目前，加热炉对流室多以钉头管或翅片管代替过去的光管，以强化传热。钉头管或翅片管的热强度一般为光管的两倍以上。也就是说，一根钉头管或翅片管相当于两根以上光管的传热能力。
1.5.5 热效率
加热炉有效利用的热量与燃料燃烧时所放出的总热量之比叫热效率，
即热效率是衡量燃料利用情况，评价炉子设计和操作水平，标定炉子性能的主要指标。热效率越高，燃料的有效利用率越高，燃料耗量越少，运行越经济。
1.5.6 火墙温度
火墙温度又称炉膛温度，是指烟气离开辐射室进入对流室时的温度。它代表炉膛内烟气温度的高低，是炉子操作中的重要控制指标。
火墙温度高，说明辐射室传热强度高。火墙温度过高时，炉管易结焦，甚至烧坏炉管和管板等。所以火墙温度一般控制在约850℃以下(烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉，炉温可达900℃以上)。
2节能途径和措施
管式炉的燃料消耗在化工装置能耗中占60％-80％。因此，提高管式炉的热效率，减少
燃料消耗，对降低装置能耗具有十分重要的意义。热效率是衡量管式炉先进性的一个重要指标。
图2-1 效率与燃料的关系
图2-5 翅片管
图2-6钉头管
新建的化工管式炉的散热损失并不大，一般仅占炉子总能量的l％-2％。因此靠减少散热损失来提高热效率的余地并不大。但对于已经使用多年，炉墙已有损坏的炉子，及时修补炉墙对减少散热损失，提高热效率却是很有必要的。
2.7 扭曲片强化传热技术在裂解炉辐射炉管上的应用
?在流体力学中，当气相或液相物料在管道内沿着一个方向做平直流动时，在摩擦力的作用下，靠近管壁的流体速度相对于管道中心的流体流速要慢得多，易发生滞留现象；
而流速慢的物料在外界高温作用下则容易结焦，从而影响传热效果。
?裂解炉辐射管扭曲片技术改造就是在炉管上间隔焊接两段内部预制有一个S型的扭曲片短管，强制改变了裂解炉管内物料的流向，使其中的物料由原来的柱塞流改变成旋转流，对炉管管壁产生一个强烈的横向冲刷作用，从而减薄边界滞留层，减缓管壁的结焦趋势，进而提高了传热效果，并延长了裂解炉的运行周期。
?扭曲片技术是北京化工研究院将航空空心叶片强制冷却原应用于乙烯裂解炉强化传热的技术发明。经过十多年的试验和开发，该技术目前已经日臻成熟，经在企业的整炉工业试验表明，扭曲片管对轻重原料都有很好的适应性，加装扭曲片管可使裂解炉辐射段炉管管壁温度下降20℃以上，对裂解炉的操作和运行没有不良影响，石脑油在正常裂解条件下延长运行周期110%，石脑油在提高处理量7％和提高裂解温度8℃
的条件下延长运行周期70％，重柴油在提高处理量7%条件下延长运行周期27%，扭曲片对裂解炉的主要产品收率影响不大。
2.8 裂解炉空气预热技术的应用
?充分利用乙烯装置过剩的低压蒸气、急冷水等热源，在裂解炉底部燃烧器采用空气预热器回收低温热技术，节能效果明显。
?该项技术由北京航天动力研究所开发。通过增设在裂解炉底部燃烧器的空气预热器加热入口空气，从而提高进入炉膛的空气温度，降低裂解炉的燃料消耗。
?这种新技术的核心之处是它的节能性，即选用的加热介质是装置余热，而不是有用热介质；节能系统不增加公用工程水、电、气、汽的消耗；用裂解炉本身设备储备的动力余量来推动整个节能系统的正常运转，即仅消耗很少的原设备动力就可满足运行。
这种新技术已在中石化几套大型乙烯装置上成功投用，空气温度加热达到50℃-130℃，节约燃料气1.5%-5%。此项技术已获得国家发明专利。
2.9 应用高温辐射涂料增强换热效果
?加热炉的燃料通常为瓦斯、燃料油，这两种能源燃烧所放出的化学能，在加热炉内是以辐射和对流的方式传给介质的，而靠辐射方式传递的热量占总的传热量的70％，可见辐射传热的效果如何，直接影响加热炉的效率。要想强化辐射传热那就必须增加反辐射率，燃料燃烧所放出的化学能传到炉墙后要马上反给炉管，最终传给介质，而不是被炉墙所吸收。
?因此，在管式炉炉膛内表面喷涂高温辐射涂料,可以增强辐射传热量。炉内壁常用的耐火材料(耐火砖、耐火混凝土和耐火纤维毡三大类)辐射系数小,而高温辐射涂料的幅射系数大,涂抹后会增加热源对炉壁的辐射传热量,使炉壁表面温度上升,达到增大炉管的传热量和加热炉的热负荷之目的。
3、检测技术
通过对加热炉的效率、炉管温度、衬里、烟气露点温度等的监测，可以了解运行中烟气参数是否正常，炉管的表面热负荷是否均匀，炉管是否结焦，衬里是否完好，预热器是否存在露点腐蚀等状况。它对于节能降耗，提高加热炉的热效率，特别是对延长生产周期，降低加热炉的故障，具有重大的意义。
3.1 测试、检查执行的标准(见表3-1)
3.1 消耗量测试方法
液体燃料：容积式流量计或计量罐，允许误差±1％
气体燃料：压差式流量计，允许误差±1％
被加热介质：容积式，压差式或涡轮流量计，允许误差±1％
3.2 温度离线检测
3.3.2 热电偶
热电偶作为温度的检测元件，通常与显示仪表配套，用于直接测量各种生产过程中流体、
蒸汽和气体介质以及金属表面等的温度，也可以将其毫伏信号送给巡测装置、温度变送器、自动调节器和计算机等。
热电偶由一对不同材料的导电体(热电偶丝)组成，其一端(热端、测量端)相互连接并感受被测温度；另一端(冷端、参比端)则连接到测量装置中。根据热电效应，测量端和参比端的温度之差与热电偶产生的热电动势随着测量端的温度升高而加大，其数值只与热电偶材料及两端温差有关，而与热电偶的长度、直径无关。
热电偶的结构有热电偶元件、保护套管、安装固定装置、接线盒等部件。
为提高测量精确度，减少测量误差，在热电偶使用过程中，除要经常校对外，安装时还应特别注意以下问题：
(1)安装热电偶要注意检查测点附近的炉墙及热电偶元件的安装孔须严密，以防漏风，不应将测点布置在炉膛或烟道的死角处。
(2)测量流体温度时，应将热电偶插到流速最大的地方。
(3)应避免或尽量减少热量沿着热电极及保护管等元件的传导损失。
安装位置有：
(1) 辐射室处
根据要求，为保证辐射室温度的均匀性，可在辐射室内不同位置安装数支热电偶。最重要的一个点是辐射室出口处所测的炉膛温度(火墙温度)，一般是指烟气离开辐射室进入对流室时的温度，它代表炉膛内烟气温度的高低，是加热炉操作中一个很重要的控制指标。炉膛温度与加热炉的负荷有关，一般情况下炉子负荷愈大，加热炉的炉膛温度就愈高。在炉膛内，燃料燃烧放出的热量是通过辐射和对流两种传热方式传给加热炉炉管，炉膛温度高，辐射室传热量就大，但太高的炉膛温度容易造成炉管内油品结焦，甚至烧坏炉管和管板等。
3.3.4 流量计
流量是指流体(气体或液体)通过管道或容器内的数量，常用瞬时流量及累计流量表示。前者指检测的瞬间流体在单位时间内所流过的数量；后者指检测的一段时间内流过的流体数量总和。流量的表示方法常用体积流量和质量流量表示。体积流量的瞬时流量是单位时间内流过管道某处截面流体的体积，单位用m3／s表示。质量流量是指在单位时间流过管道某截面处流体的质量，用kg／s表示。
流量计是用来测定加热炉所使用的燃料(气体或液体)、空气、水、水蒸气等用量的仪器。有时还需要自动调节流量及两种介质的流量比，如燃料与助燃空气的流量比。准确地检测及调节流量对加热炉的经济指标十分重要，对节能工作具有重要意义。
流量计的种类繁多，按其测量原理，通常分为容积式流量计和速度式流量计两大类。加热炉上常用的是节流式差压流量计，即速度式流量计。
表4-1 裂解炉主要数据加权平均计算汇总
5.1 加热炉的操作
5.1.1 正常停炉操作
(1) 接到停炉命令后，应做好停炉的准备工作，准备好必要的工具。
(2) 降温降量。根据停工过程的降温降量要求，逐步停掉油火、瓦斯火；对油气混烧的燃烧器，先停油火，并及时给汽吹扫油枪和燃料油软管，待燃料油软管与油枪中的燃料油吹净后，再熄灭瓦斯火。降温过程要缓慢，降温速度一般控制在50 ℃/h左右，要保证火嘴燃烧正常，炉出口分支及炉膛温度分布均匀。
(3) 炉温降到300℃左右时，打开烟道挡板和快开风门，改为自然通风，停掉预热器和风机。
(4) 相关岗位停用过热蒸汽后，应将过热蒸汽放空。
(5) 加热炉进料泵停车前，炉子熄火。为了便于炉管扫线和退油，全部熄火后，及时停掉各火嘴吹扫蒸汽，进行闷炉操作，关闭烟道挡板和自然通风门，避免炉膛温度下降速度过快。
(6) 炉管不烧焦时，则停止燃料油循环，联系相关单位进行燃料油扫线。
(7) 扫线结束后，炉膛温度降至150℃以下时。可全开烟道挡板和自然通风门，使炉膛通风冷却。
(8) 根据需要适时对燃料气、燃料油系统进行蒸汽吹扫。注意加热炉全部熄火后严禁将燃料气吹入炉膛。
(9) 炉内爆炸气体检测。停止向炉内吹汽，联系化验对炉内做爆炸气体分析，如不合格再继续吹汽，直至爆炸气分析合格为止。
(10) 拆下油枪和瓦斯枪，清扫、除垢妥善保管，以备开工时安装使用。扫线、蒸罐、加盲板完毕后，炉内爆炸气分析合格，加热炉及附属系统的停工过程结束。
5.1.3 加热炉的开工操作
加热炉及其附属系统所有检修项目结束，炉内检修杂物清理干净，脚手架拆除，封闭人孔，加热炉就进入了开工过程。炉子开工在整个装置开工过程中占据重要的地位，它制约着整个装置的开工进度，从加热炉第一个火嘴点燃就标志着生产装置又一个新周期的开始，因此加热炉的开工操作历来都被人们所重视。
而点好、用好燃烧器是炉子开工和运转中最为重要的环节，燃烧状态直接关系着炉子操作的安全和炉子热效率的高低，炉子的日常管理实际上主要就是指对燃烧的管理。
5.1.3.1点火前的准备工作
(1) 检查燃烧器尤其是喷枪的安装位置(高度、角度)，保证正确无误。
(2) 检查所有烟、风道挡板的开、关和开启方向，保证与设计相符。
(3) 先用空气或蒸汽将炉管和燃烧器管系清扫干净。
(4) 对新建或修理过炉衬的旧炉子需先进行烘炉作业。
(5) 烘炉过程中，要严格按照加热炉烘炉曲线进行，严禁升降温速度过快。
5.1.4 加热炉的正常操作
5.1.4.1 检查内容
(1)介质总出口温度，介质炉出口温差、炉膛温度、炉膛温差、过热蒸汽温度、炉膛负压、燃料压力、蒸汽压力、各路流量等参数是否控制在工艺指标范围内或满足生产的要求。
(2) 辐射室过剩空气系数是否符合要求。
(3) 紧盯仪表，发现有不正常的波动或异常现象应引起高度警惕，必要时应采取相应措施进行处理。
(4) 检查各燃烧器的燃烧状况，火焰形状、颜色是否符合要求，火焰是否扑炉管、打火墙。
(5)检查引风机、鼓风机、预热器等运行是否正常。
管式炉裂解 guanshilu liejie 管式炉裂解 pyrolysis in tubular furnace 石油烃通过管式裂解炉进行高温裂解反应以制取乙烯的过程。它是现代大型乙烯生产装置普遍采用的一种烃类裂解方法。 管式炉裂解生产乙烯的工艺已有60多年的历史。管式裂解炉是其核心设备。为了满足烃类裂解反应的高温、短停留时间和低烃分压的要求，以及提高加热炉的热强度和热效率，炉子和裂解炉管的结构经历了不断的改进。新型的管式裂解 炉的热强度可达290～375MJ/（m h），热效率已可达92％～93％,停留时间可低于0.1s,管式炉出口温度可到900℃，从而提高了乙烯的产率。 工艺流程可分为裂解和急冷-分馏两部分（图1[管式炉裂解工艺流程]
①裂解裂解原料经预热后，与过热蒸汽（或称稀释蒸汽）按一定比例（视原料不同而异）混合，经管式炉对流段加热到500～600℃后进入辐射室，在辐射炉管中加热至780～900℃，发生裂解。为防止高温裂解产物发生二次反应，由辐射段出来的裂解产物进入急冷锅炉，以迅速降低其温度并由换热产生高压蒸汽，回收热量。 ②急冷-分馏裂解产物经急冷锅炉冷却后温度降为350～600℃，需进一步冷却，并分离出各个产品馏分。来自急冷锅炉的高温裂解产物在急冷器与喷入的急冷油直接接触，使温度降至200～220℃左右，再进入精馏系统，并分别得到裂解焦油、裂解柴油、裂解汽油及裂解气等产物。裂解气则经压缩机加压后进入气体分离装置。 裂解原料和产品分布最初，美国管式炉裂解原料是用天然气、油田伴生气和炼厂气中回收的轻质烃，其中主要含有乙烷、丙烷、丁烷及碳五馏分。50年代，西欧和日本的石油化工兴起，由于缺乏石油及天然气资源，因而采用石脑油作裂解原料。60年代后，又相继开发以轻柴油、重柴油和减压瓦斯油为原料的裂解技术，扩大了裂解原料来源。对于不同的原料，裂解工艺参数不同、在适宜条件下的裂解产品分布也各异（见表[不同原料管式炉裂解产品
乙烯裂解炉基础-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
中油吉林石化分公司60万吨/年乙烯装置改扩建项目 裂解炉基础施工技术方案 1.编制说明 裂解炉工程为60万吨/年乙烯装置改扩建项目的第一个分部工程，定于2004年5月18日正式开工，为确保工程质量达到国家施工验收规范要求并保证施工进度，特编制本施工方案。由于施工图纸未完全下发，本方案编制时仅考虑灌注桩与承台的施工，其它分项待图纸出齐后另行编制方案。施工中如遇不可预见的情况，应根据现场实际情况确定解决。 2.编制依据 .施工图纸 1705Ⅱ-800F-062-2、3； .地质勘测报告；. .采用的规范和标准 《建筑桩基技术规程》 JGJ94－94； 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 GB50202-2002； 《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB50204-2002； .甲方对工程施工进度的要求； .施工现场实际情况； 3.工程概况 .工程情况简介 新建裂解炉位于原裂解炉西侧，基础采用钻孔灌注桩，桩径φ400，桩身进入中风化岩至少500mm深，且桩长必须≥，桩数共计：241根(包括3根极限荷载试验桩)，承台为大体积砼结构，厚度1200㎜，砼量共计：791m3。 .现场情况 由于地质情况比较复杂，勘测与设计部门建议本工程采用边试验、边施工的方式，施工的过程中不可予见的因素较多，基础下部原有管线保护给施工带来一定的难度，也对各有关单位（建设单位、施工单位、监理单位）的组织管理、协调配合提出了更高要求。
4.施工准备 .施工现场准备 施工人员入场，确定施工暂设区，布设施工所用模板、钢筋、砼原材料及脚手工具等堆放、加工场地； 各项机具、材料进场后，分规格、型号堆放尽量减少在厂内的二次倒运； 组织好施工所需人员、劳动力，选择技术能力强、业务素质好、质量意识高的管理人员及操作班组进行本项目施工。 动土证办理，定位测量基准点确定。 .施工技术准备 熟悉图纸并领会设计意图，设计交底，及时自审、会审； 确定施工方法，计算工程量，提出材料计划； 对施工人员进行技术培训，准备施工所需各种技术标准、规范并熟练掌握；5.施工方法 .施工程序 定桩位→地表草坪清理→土方开挖→试钻→钻孔→验孔→下钢筋笼→砼浇注→砼养护→凿桩头→桩检测→砼垫层→承台钢筋绑扎→承台砼浇筑→拆模→土方回填 .施工方法 灌注桩 根据甲方要求，定出试验桩位后在桩孔处采用人工破除原有草坪及下部土方，首先进行3根试验桩的施工，即需要钻孔机第一次布设钻孔，试验桩施工结束后，撤除钻孔机，进行机械挖土，由于桩位站装置西侧消防检修道 路，故需要采用凿岩机拆除沥青砼路面（附图1）； 测量放线确定开挖界限，挖土方式为基础坑端开挖法：挖土采用WY80反铲挖掘机，后退式挖土，挖出的土方由20t自卸汽车外运，应由甲方指定卸土场，并对运距给予确认。 鉴于地下存在管线，，建设单位要求施工单位在土方施工前，人工挖“十”形探坑，用以确认地下埋藏物（管线、地沟等）的位置，采取相应的处理措
第６２卷 第８期 化 工 学 报 Ｖ ｏｌ．６２ Ｎｏ．８ ２０１１年８月 ＣＩＥＳＣ Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｕｇ ｕｓｔ ２０１１檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭殐 殐 殐 殐 研究论文 乙烯裂解炉先进控制系统开发与应用 李 平１，李奇安１，雷荣孝２，陈爱军２，任丽丽２，曹 巍２ （１辽宁石油化工大学信息与控制工程学院，辽宁抚顺１１３００１；２ 中国石油兰州石化分公司自动化研究院，甘肃兰州７３００６０ ）摘要：以中国石油兰州石化公司４６万吨／年乙烯装置裂解炉为对象，设计并实施了５台ＳＣ－１型乙烯裂解炉先进控制系统，包括平均ＣＯＴ温度控制、管间温度平衡控制、总进料流量控制。详细描述了该系统的工程实施，介绍了先进控制系统硬软件结构、先进控制与常规控制的切换逻辑、先进控制ＤＣＳ操作界面。本系统的投用极大地提高了裂解炉控制的平稳性和控制精度，带来了显著的经济效益。关键词：乙烯裂解炉；先进控制；温度控制；乙烯装置ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ．ｉｓｓｎ．０４３８－１１５７．２０１１．０８．０２２中图分类号：ＴＰ ２７３ 文献标志码：Ａ文章编号：０４３８－１１５７（２０１１）０８－２２１６－０５ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙ ｓｔｅｍｆｏｒ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｈｅａｔｅｒｓＬＩ Ｐｉｎｇ１，ＬＩ Ｑｉ’ａｎ１，ＬＥＩ Ｒｏｎｇｘｉａｏ２，ＣＨＥＮ Ａｉｊ ｕｎ２，ＲＥＮ Ｌｉｌｉ ２，ＣＡＯ Ｗｅｉ ２（１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｓｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｓｈｕｎ１１３００１，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ Ｌａｎｚｈｏｕ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌ ａｎｚｈｏｕ７３００６０，Ｇａｎｓｕ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ＳＣ－１ｔｙｐｅ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｈｅａｔｅｒｓ ａｔ ＬａｎｚｈｏｕＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ ４６０ＫＴＡ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｌａｎｔ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｃｏｉｌ ｏｕｔｌｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ，ｔｈｅ ｐａｓｓ ｏｕｔｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂａｌａｎｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ，ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｔｈｒｏｕｇ ｈｏｕｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ．Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｌｏｇｉｃ ｂｅｔｗｅｅｎａｄｖａｎｃｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ＤＣＳ ｒｅｇｕｌａｒ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ ＤＣＳ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ ａｄｖａｎｃｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｅａｄｉｎｅｓｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｃｃｕｒａｃｙ ｆｏｒ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｈｅａｔｅｒｓ ａｒｅ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｈｅａｔｅｒｓ；ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｌａｎｔ ２ ０１１－０５－０１收到初稿，２０１０－０５－１１收到修改稿。联系人及第一作者：李平（１９６４—），男，博士，教授。基金项目：辽宁省高等学校优秀人才支持计划（２００８ＲＣ３２）；辽宁省高校创新团队支持计划（２００７Ｔ１０３ ）。 引 言 乙烯装置是石化工业中能耗最大的装置之一。裂解炉是乙烯装置的关键设备，也是乙烯装置的能 耗大户，其能耗占装置总能耗的５０％～６０％［１］ 。 降低裂解炉的能耗是降低乙烯生产成本的重要途径之一。随着节能降耗任务的日趋紧迫，相关企业近 年来积极开展裂解炉节能降耗的攻关，采取一系列 措施，收到可喜的效果［ ２－ ４］。其中，采用先进控制技术，优化裂解炉操作，能够提高乙烯、丙烯收 Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２０１１－０５－０１．Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＬＩ Ｐｉｎｇ，ｌｉｐｉｎｇ＠ｌｎｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｔｅｍ：ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ＬｉａｏｎｉｎｇＥｘｃｅｌｌｅｎｔ Ｔａｌｅｎｔｓ ｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（２００８ＲＣ３２）ａｎｄ ｔｈｅ Ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒＣｒｅａｔｉｖｅ Ｔｅａｍ ｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ（２００７Ｔ１０３）． 率，使乙烯装置生产能耗明显下降［ ５－ ７］。因此，充分利用ＤＣＳ与计算机技术的优势，运用现代控制技术，有针对性地开发ＡＰＣ先进控制和优化系统，对于充分发挥现有生产装置的运行潜力，有效实现
常用乙烯裂解炉简介 ①鲁姆斯公司的SRT型裂解炉 鲁姆斯公司的SRT型裂解炉(短停留时间裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉，已从早期的SRT-I型发展为近期的SRT-Ⅵ型。 SRT型裂解炉的对流段设置在辐射室上部的一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设置进料、稀释蒸汽和锅炉给水的预热。从SRT-Ⅵ型炉开始，对流段还设置高压蒸汽过热，由此取消了高压蒸汽过热炉。在对流段预热原料和稀释蒸汽过程中，一般采用一次注入蒸汽的方式，当裂解重质原料时，也采用二次注汽。 早期SRT型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴烧燃料气，为适应裂解炉烧油的需要，目前多采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合的布置方案。底部烧嘴最大供热量可占总热负荷的70％。SRT-Ⅲ型炉的热效率达93.5％。图1—21为SRT型裂解炉结构示意图。 图1-21鲁姆斯SRT-Ⅱ型裂解炉结构示意图 ②斯通-伟伯斯特(S.W)公司的USC型裂解炉 S.W的USC裂解炉(超选择性裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉，辐射盘管为W型或U型盘管。由于采用的炉管管径较小，因而单台裂解炉盘管组数较多(16-48组)。每2组或4组辐射盘管配一台USX型(套管式)一级废热锅炉，多台USX废热锅炉出口裂解气再汇总送入一台二级废热锅炉。近期开始采用双程套管式废热锅炉(SLE)，将两级废热锅炉合并为一级。 USC型裂解炉对流段设置在辐射室上部一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设
有原料和稀释蒸汽预热、锅炉给水预热及高压蒸汽过热等热量回收段。大多数USC型裂解炉为一个对流段对应一个辐射室，也有两个辐射室共用一个对流段的情况。 当装置燃料全部为气体燃料时，USC型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴；如装置需要使用部分液体燃料时，则采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧气也可烧油，其供热量可占总热负荷的60％-70％。 由于USC型裂解炉辐射盘管为小管径短管长炉管，单管处理能力低，每台裂解炉盘管数较多。为保证对流段进料能均匀地分配到每根辐射盘管，在辐射盘管入口设置了文丘里喷管。图1-22是USC型裂解炉结构示意图。 图1-22 USC型裂解炉结构示意图 ③凯洛格(Kellogg)公司的毫秒炉 凯洛格公司的毫秒炉为立管式裂解炉，其辐射盘管为单程直管。对流段在辐射室上侧，原料和稀释蒸汽在对流段预热至横跨温度后，通过横跨管和猪尾管由裂解炉底部送入辐射管，物料由下向上流动，由辐射室顶部出辐射管而进入第一废热锅炉。裂解轻烃时，常设三级废热锅炉；裂解馏分油时，只设两级废热锅炉。对流段还预热锅炉给水并过热高压蒸汽。热效率为93％。 毫秒炉采用底部大烧嘴，可烧气也可烧油。
ENERGY CONSERV ATION AND CONSUMPTION REDUCTION TECHNOLOGY IN ETHYLENE CRACKING FURNACE XIE Xu-Dong CHENG Guang-Hui SONG Jian-Jun 中国石化齐鲁烯烃厂 Abstract:This article introduces the operation of energy conservation and consumption reduction in recent years of Ethylene cracking furnace at QILU petrochemical Co.Ltd. key words: cracking furnace energy conservation and consumption reduction 乙烯装置裂解炉节能降耗 谢旭东程广慧宋建军 中国石化齐鲁烯烃厂，淄博，255411 摘要：本文综述了齐鲁乙烯装置近年来在裂解炉节能方面所作的工作及取得的进展。 关键词：裂解炉；节能 乙烯装置的能耗占石油化学工业总能耗的三分之一以上，是化学工业之中能耗最大的装置。裂解炉为乙烯装置的核心,裂解炉的能耗占整个装置的大部分(大于50%)〔1〕。乙烯装置中的裂解炉一般由对流段、辐射段和急冷系统3部分构成。反应所需的高位热能是在辐射段通过燃烧器燃烧燃料的方式提供。对流段的目的是回收高温烟气余热,以用来气化原料,并将其过热至横跨温度,送入辐射段进行热裂解;多余的热量用来预热锅炉给水和过热由急冷锅炉系统产生的高压蒸汽。急冷锅炉系统的作用是回收离开辐射段的高温裂解气的能量以产生饱和超高压蒸汽。燃烧热中约42%在辐射段提供反应热和升温,约51.5%在对流段被回收,约1.5%为热损失,其余为排烟损失〔2〕。裂解炉的节能正是围绕上述各部分来进行的。本文主要针对齐鲁乙烯装置近年来通过技术改造、新技术应用和精细化管理等措施，降低裂解炉能耗的工作进行简要介绍。 1.裂解炉技术改造，节能降耗 对裂解炉进行技术改造，往往是出于扩能、节能及提高原料灵活性等目的。2010年对GK-6（BA-107）进行了整炉裂解气体原料的技术改造，在增提高原料灵活性的同时又降低了能耗。 BA-107于2004年采用KTI的专有技术改造为GK-VI型裂解炉，开车一段时间后裂解炉存在排烟温度过高，热效率偏低的问题。为提高裂解炉的热效率，降低装置的能耗，需要对裂解炉进行改造。另外，GK-VI辐射段炉管采用双排排布，管径又小，换热面积较小，热强度比较大；同时，由于炉管采用双排，炉管受热不均，在高热强度下也会导致炉管弯曲；另外，原有炉管的底部导向结构，对施
中油吉林石化分公司60万吨/年乙烯装置改扩建项目 裂解炉基础施工技术方案 1.编制说明 裂解炉工程为60万吨/年乙烯装置改扩建项目的第一个分部工程，定于2004年5月18日正式开工，为确保工程质量达到国家施工验收规范要求并保证施工进度，特编制本施工方案。由于施工图纸未完全下发，本方案编制时仅考虑灌注桩与承台的施工，其它分项待图纸出齐后另行编制方案。施工中如遇不可预见的情况，应根据现场实际情况确定解决。 2.编制依据 .施工图纸 1705Ⅱ-800F-062-2、3；.地质勘测报告；. .采用的规范和标准 《建筑桩基技术规程》 JGJ94－94；《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 GB50202-2002；《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB50204-2002； .甲方对工程施工进度的要求； .施工现场实际情况； 3.工程概况 .工程情况简介 新建裂解炉位于原裂解炉西侧，基础采用钻孔灌注桩，桩径φ400，桩身进入中风化岩至少500mm深，且桩长必须≥，桩数共计：241根(包括3根极限荷载试验桩)，承台为大体积砼结构，厚度1200㎜，砼量共计：791m3。 .现场情况 由于地质情况比较复杂，勘测与设计部门建议本工程采用边试验、边施工的方
式，施工的过程中不可予见的因素较多，基础下部原有管线保护给施工带来一定的难度，也对各有关单位（建设单位、施工单位、监理单位）的组织管理、协调配合提出了更高要求。 4.施工准备 .施工现场准备 施工人员入场，确定施工暂设区，布设施工所用模板、钢筋、砼原材料及脚手工具等堆放、加工场地； 各项机具、材料进场后，分规格、型号堆放尽量减少在厂内的二次倒运； 组织好施工所需人员、劳动力，选择技术能力强、业务素质好、质量意识高的管理人员及操作班组进行本项目施工。 动土证办理，定位测量基准点确定。 .施工技术准备 熟悉图纸并领会设计意图，设计交底，及时自审、会审； 确定施工方法，计算工程量，提出材料计划； 对施工人员进行技术培训，准备施工所需各种技术标准、规范并熟练掌握；5.施工方法 .施工程序 定桩位→地表草坪清理→土方开挖→试钻→钻孔→验孔→下钢筋笼→砼浇注→砼养护→凿桩头→桩检测→砼垫层→承台钢筋绑扎→承台砼浇筑→拆模→土方回填 .施工方法 灌注桩 根据甲方要求，定出试验桩位后在桩孔处采用人工破除原有草坪及下部土方，首先进行3根试验桩的施工，即需要钻孔机第一次布设钻孔，试验桩施工结束后，撤除钻孔机，进行机械挖土，由于桩位站装置西侧消防检修道路，故需
乙烯裂解炉的几种节能措施 裂解炉是乙烯装置的能耗大户，其能耗占装置总能耗的50%-60%。降低裂解炉的能耗是降低乙烯生产成本的重要途径之一。随着能源价格的不断上涨，国内外相关部门均加强了裂解炉节能措施的研究。裂解炉的能耗在很大程度上取决于裂解炉系统本身的设计和操作水平，近年来，裂解炉技术向高温、短停留时间、大型化和长运转周期方向发展。通过改善裂解选择性、提高裂解炉热效率、改善高温裂解气热量回收、延长运转周期和实施新型节能技术等措施，可使裂解炉能耗显著下降。 1 改善裂解选择性 对相同的裂解原料而言，在相同工艺设计的装置中，乙烯收率提高1%，则乙烯生产能耗大约相应降低1%。因此，改善裂解选择性，提高乙烯收率是决定乙烯装置能耗的最基本因素。通过裂解选择性的改善，不仅达到节能的效果，而且相应减少裂解原料消耗，在降低生产成本方面起到十分明显的作用。 （1）采用新型裂解炉。新型裂解炉均采用高温-短停留时间与低烃分压的设计。20世纪70年代，大多数裂解炉的停留时间在0.4s左右，相应石脑油裂解温度控制在800-810℃，轻柴油裂解温度控制在780-790℃。近年来，新型裂解炉的停留时间缩短到0。2s左右，并且出现低于0.1s 的毫秒裂解技术，相应石脑油裂解温度提高到840℃以上，毫秒炉达890℃；轻柴油裂解温度提高到820℃以上，毫秒炉达870℃。由于停留时间大幅度缩短，毫秒炉裂解产品的乙烯收率大幅度提高。对丁烷和馏分油而言，与0.3-0.4s停留时间的裂解过程相比，毫秒炉裂解过程可使乙烯收率提高10%-15%。 （2）选择优质的裂解原料。在相同工艺技术水平的前提下，乙烯收率主要取决于裂解原料的性质，不同裂解原料，其综合能耗相差较大。裂解原料的选择在很大程度上决定乙烯生产的能耗水平。通过适当调整裂解原料配置结构，优化炼油加工方案，增加优质乙烯原料如正构烷烃含量高的石脑油等供应，改善原料结构和整体品质，在提高乙烯收率的同时，达到节能降耗的目标。 （3）优化工艺操作条件。通过优化裂解炉工艺操作条件，不仅能使原料消耗大幅度降低，也能够使乙烯生产能耗明显下降。不同的裂解原料对应于不同的炉型具有不同的最佳土艺操作条件。对于一定性质的裂解原料与特定的炉型来说，在满足目标运转周期和产品收率的前提下，都有其最适宜的裂解温度、进料量与汽烃比。如果裂解原料性质与原设计差别不大，裂解炉最优化的工艺操作条件可以参照设计值。反之，则需要利用SPYR软件或裂解试验装置对原料重新评价，以确定最佳的工艺操作条件。 2 延长裂解炉运行周期 （1）优化原料结构与工艺条件。裂解原料组成与性质是影响裂解炉运行周期的重要因素。一般含氢量高、低芳烃含量的原料具有良好的裂解性能，是裂解炉长周期运行的必要条件。对不饱和烃含量较高的原料进行加氢处理，是提高油品质量的有效途径。当裂解原料一定时，工艺条件是影响裂解炉运行周期的主要因素。低烃分压、短停留时间和低裂解温度有利于延长裂解炉运行周期。但考虑到
乙烯装置裂解技术进展及其国产化历程 王子宗，何细藕 （中国石化工程建设有限公司，北京100101） 摘要：简述了蒸汽裂解技术的发展过程、发展方向以及目前的现状。介绍了目前裂解技术在与辐射炉管相关技 术、与节能环保相关技术、大型化、裂解炉改造、先进控制及优化等方面的主要进展，并介绍了哪些技术效果 好、哪些技术仍然存在问题。简要回顾了中国石化北方炉（CBL）裂解技术的发展过程，以及工艺国产化、设备 国产化、工程设计国产化以及大型化的情况。介绍了CBL 裂解技术在裂解炉节能改造、天津与镇海1000 kt/a 乙 烯装置中的工业应用情况、150 CBL-Ⅶ型kt/a 裂解炉的工业应用情况及200 kt/a 裂解炉的开发情况。最后指出了 蒸汽裂解技术取得突破进展所存在的瓶颈在于防止结焦，总结了CBL 技术经历30 年发展并最终进入国际市场的 过程中每个阶段所解决的问题。介绍了CBL 裂解技术特点，并指出了其与国外技术相比所占的优势。 关键词：蒸汽裂解；裂解炉；北方炉；国产化 中图分类号：TQ 02 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2014）01–0001–09 DOI：10.3969/j.issn.1000-6613.2014.01.001 Progress of cracking technology of ethylene plant and its development in China WANG Zizong，HE Xi’ou （Sinopec Engineering Incorporation，Beijing 100101，China） Abstract：The development history，direction and current status of steam cracking technology are reviewed. The major progress of steam cracking technology in recent years include the technology related to the radiant coil，energy saving and environmental protection，single furnace capacity increase，revamp of cracking furnace，advanced control and optimization in operation. Some technologies have good effect in operation，and some technologies have problems or need to make improvement. The development history of Sinopec CBL steam cracking technology is reviewed，and the following aspects are included：process technology，major equipment domestic fabrication， engineering design and large-scale of cracking furnace capacity. The application of CBL cracking technology in furnace revamp，Tianjing and Zhenhai 1000 kt/a ethylene unit is introduced. The application of 150 kt/a CBL-Ⅶ cracking furnace and the development of 200 kt/a CBL cracking furnace are also introduced. The bottleneck of steam cracking technology is pointed out to be the anti-coke technology，and the problems solved in the different stages during 30 years
国内一大型乙烯厂裂解炉爆炸原因及建议分析 摘要：乙烯是石油化工生产的重要基本原料之一，广泛应用于合成纤维、合成 橡胶、塑料的生产，乙烯的产量代表着一个国家石油化工发展的水平。我国已建 成了一批大型乙烯生产企业，还有大量生产乙烯的中小型企业遍布全国各地。乙 烯的发展不仅推动了石油化学工业的发展，在整个国民经济中也起着日益重要的 作用。然而，乙烯生产具有较大火灾、爆炸危险性，生产操作在高温压力条件下 进行，并且还有深冷操作，生产过程中物料多是气态，装置复杂，连续性强。因此，做好防火防爆工作极为重要。 关键词：乙烯；裂解；乙烯原料 引言 国内一大型乙烯厂裂解炉装置在暴雨中突然爆炸并起火，，现场蹿起40～50 米的火光，上空几乎被浓烟覆盖。事发后，当地紧急出动10多辆消防车和大批 人员前往扑救。居住在厂区周围的数千名群众紧急冒雨撤离，被疏散到安全地带。大火于当晚7时40分被控制。。据悉，爆炸点是厂区内的乙烯裂解装置二号炉。 1、什么是乙烯----------------------------- 2、我国乙烯原料概况----------------------- 2.1 我国乙烯原料构成-------------------------- 3、工艺火险分析 3.1 设备、管线、阀门泄漏是致灾的重要原因 乙烯厂内常备有大量液化气原料，裂解气也多以液态储存。储槽有一定压力，如槽体有不严密处，物料将会泄漏散发出来，遇明火而爆炸燃烧。 设备或阀门破裂造成高温原料和裂解气的泄漏是致灾的重要因素。例如某化 学公司的裂解装置曾因泄漏而喷出乙烯形成的云雾，仅30秒后即发生爆炸，2~3 分钟后又引起第二次爆炸，形成巨大的球形火焰，破坏了管道和设备，爆炸力相 当于数吨TNT炸药，损失严重。 3.2 高温裂解气火灾危险 高温裂解气，若遇生产过程中停水、水压不足，或误操作导致气体压力高于 水气压而冷却不下来，会烧坏设备而引起火灾。 裂解反应温度远远高于物料的自燃点，一旦泄漏，便会立即发生自燃。 3.3 管式裂解炉易产生结焦 裂解过程中，由于二次反应，在裂解炉管管内壁上和急冷换热器的管内壁上 结焦，随着裂解的进行，焦的积累不断增加，影响管壁的导热性能，造成局部过热，烧坏设备，甚至堵塞炉管，引起事故。 3.4 高压分离系统有爆炸危险 分离操作在压力下进行。若设备材质有缺陷、误操作造成负压或超压；或压 缩机冷却不够、润滑不良；或管线、设备因腐蚀穿孔、裂缝，引发设备爆炸或泄 漏物料着火。 3.5 深冷分离易发生冻堵 深冷分离在超低温下进行。若原料气或设备系统残留水分，深冷系统设备就 会发生冻堵胀裂而引起爆炸着火。例如1990年12月，大庆乙烯裂解炉516#冷箱因此焊缝裂开，导致可燃气大量泄漏；幸亏发现及时，采用氮气和水蒸气掩护烯释，才避免了一起重大火灾、爆炸事故。 3.6 加氢过程火险性较大
常用乙烯裂解炉简介 ①鲁姆斯公司的SR叫裂解炉 鲁姆斯公司的SRT型裂解炉（短停留时间裂解炉）为单排双辐射立管式裂解炉，已从早期的SRT-I型发展为近期的SRT-VI型。 SRT型裂解炉的对流段设置在辐射室上部的一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设置进料、稀释蒸汽和锅炉给水的预热。从SRTM型炉开始，对流段还设置高压蒸汽过热，由此取消了高压蒸汽过热炉。在对流段预热原料和稀释蒸汽过程中,一般采用一次注入蒸汽的方式，当裂解重质原料时，也采用二次注汽。 早期SRTS裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴烧燃料气，为适应裂解炉烧油的需要，目前多采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合的布置方案。底部烧嘴最大供热量可占总热负荷的70%。SRT-m型炉的热效率达93.5%。图1 — 21为SRT?裂解炉结构示意图。 ②斯通-伟伯斯特（S.W）公司的USCffi裂解炉 S.W的USCS解炉（超选择性裂解炉）为单排双辐射立管式裂解炉，辐射盘管为W型或U型盘管。由丁采用的炉管管径较小，因而单台裂解炉盘管组数较多（16-48组）。每2组或4组辐射盘管配一台USXffl（套管式）一级废热锅炉，多台USX废热锅炉出口裂解气再汇总送入一台二级废热锅炉。近期开始采用双程套管式废热锅炉（SLE）,将两级废热锅炉合并为一级。 USC?裂解炉对流段设置在辐射室上部一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设
有原料和稀释蒸汽预热、锅炉给水预热及高压蒸汽过热等热量回收段。大多数为一个对流段对应一个辐射室，也有两个辐射室共用一个对流段的情况。 当装置燃料全部为气体燃料时，US卵裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴；如装置需要使用部分液体燃料时，则采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧气也可烧油，其供热量可占总热负荷的60% -70%。 由丁USC型裂解炉辐射盘管为小管径短管长炉管，单管处理能力低，每台裂解炉盘管数 较多。为保证对流段进料能均匀地分配到每根辐射盘管，在辐射盘管入口设置了文丘里喷管 图1-22是USC?裂解炉结构示意图 烟简 引风机支架* 总曾 图1-22 USC型裂解炉结构示意图 ③凯洛格（Kellogg）公司的毫秒炉 凯洛格公司的毫秒炉为立管式裂解炉，其辐射盘管为单程直管。对流段在辐射室上侧， 原料和稀释蒸汽在对流段预热至横跨温度后，通过横跨管和猪尾管由裂解炉底部送入辐射管, 物料由下向上流动，由辐射室顶部出辐射管而进入第一废热锅炉。裂解轻轻时，常设三级废热锅炉；裂解8留分油时，只设两级废热锅炉。对流段还预热锅炉给水并过热高压蒸汽。热效率为93%。 毫秒炉采用底部大烧嘴，可烧气也可烧油
······ · ···········经验交流收稿日期：2012-04-10；修回日期：2012-04-16 乙烯裂解炉的优化操作标定 周丛张永刚李蔚郏景省 （中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，北京100013） 摘要介绍了乙烯裂解炉产物含量标定的目的、意义及方法，以某100kt/a 乙烯裂解炉操 作优化为实例，对该裂解炉在不同工艺条件下的含量进行标定，根据标定结果对操作条件 进行了优化。结果表明，将操作条件调整后，裂解温度从815℃降低至805℃，裂解炉双烯 的质量分数提高0.84个百分点。 关键词裂解炉；收率；标定；优化 中图分类号TQ221.21+1文献标识码B DOI 10.3969/j.issn.1006-6829.2012.03.020 乙烯工业是石油化工的龙头，裂解炉则是乙烯生产的核心，是乙烯、丙烯、丁二烯、芳烃等重要化工原料的主要生产装置[1]。国内裂解炉技术早期以引 进国外技术为主，国外几大裂解炉专利商设计的裂 解炉在国内都有应用。20世纪80年代，国内开始开 发国产裂解炉[2]。至1984年投产第1台裂解炉，陆续推出了CBL-I ～CBL-VII 型裂解炉，在产裂解炉单炉生产能力达到150kt/a ，单套乙烯装置生产能力1Mt/a 。裂解炉建设时，裂解炉专利商提供的裂解炉工艺包以及设计资料均以设计原料性质和负荷为基础。但在生产中，乙烯装置的裂解原料往往与设计条件并不相同，且上、下游的调整以及生产调度需要，负荷也会发生变化。此时，设计工艺条件并不是最佳操作条件，如果照搬设计参数进行操作，显然会影响装置效益。要优化裂解炉操作，就要掌握具体裂解炉的产品组成。对裂解炉产物进行含量标定是获得裂解炉目标产物收率行之有效的方法。对裂解炉以至具体某组炉管的产品含量分布进行实时取样，标定产品分布，由此可以准确判断标定对象的运行状况，作为裂解炉优化的依据。1收率标定方法及意义1.1方法裂解炉收率标定就是通过对裂解炉废锅出口的裂解产物、水蒸汽混合物进行计量、样品采集，并分析气、液相样品组成，计算得到裂解产物的产品收率分布。 裂解炉收率标定过程如图1所示。 图1裂解装置现场取样 Fig 1Fieldsampling of cracking facilities 裂解炉收率标定方法如下： 1)裂解产物和水蒸汽混合物经废锅出口侧线进入取样换热器； 2)经过换热冷却后的气液混合物，进入现场取样设备，经过水冷、冰冷等步骤，使水及裂解产物重组分冷凝，分离收集； 3)气相产物进行计量、采样； 4)分析气、液相样品，得到各自的详细产物组成； 5)根据气、液相产物组成和标定的气、液相质量，计算得到裂解炉产物组成。 在标定过程中，同时记录裂解炉操作工艺条件，标定得到的产品收率即与操作条件对应，可作为裂解炉精细控制、优化操作的数据基础。 1.2意义 裂解炉收率标定，可应用在以下方面： 1)对裂解炉进行评价分析，即通过某原料在具 体操作条件下的裂解产物分布来判断裂解炉所存在 的系统误差。把裂解炉产品收率分布与模拟计算软件计算得到的该原料在该操作条件下的产品收率进行对比，得到该裂解炉存在的系统偏差（最常见的是周丛等乙烯裂解炉的优化操作标定经验交流·58·
1裂解炉安装方案 1.1编制说明 此方案主要对裂解炉的施工顺序、施工方法、施工技术要求、交叉施工、注意事项进行了重点叙述。对于施工网络计划以及主要施工机具、劳动力需用计划也作了较详细的叙述。 本方案不包括炉管焊接；吹扫、试压；引风机单机试车；筑炉工程。 1.2裂解炉结构简述 裂解炉是由钢结构、设备、管道、筑炉等结构组成的综合块组合体。每台裂解炉由引风机、汽包、废热锅炉、对流盘管、辐射盘管、燃烧器和视孔、检修门等附件及主体钢结构等组成。主体钢结构由辐射段、对流段及附属构架等组成。 1.3准备工作 1.3.1技术方面工作准备 1）认真作好设计交底和图纸会审工作。 2）熟悉图纸和资料，编制切实可行的施工方案。 3）详细向施工班组进行技术交底。 1.3.2现场准备 1）修通道路，平整施工现场，选定材料、构件存放场地。 2）接通水源、电源，按平面布置图放置焊接集装箱及工具、休息室集装箱。 3）铺设制造拼装平台。 4）设置塔吊（QTZ-200型起重机）。 5）在安装工作开始之前，要对设备构件进行清点和检查，以确认是否够数，是否有损坏和变形，几何尺寸是否能满足要求，在清点和检查过程中要实作好记录。 1.3.3基础 1）作好基础检查验收工作，对基础座标位置、外形尺寸、标高、表面平整度等项检查，并做好记录。 2）基础处理：基础表面铲平整，清除浮土、沙砂、划好中心线，测量好各基础的标高及之间对角线。 3）垫铁准备（斜垫铁、平垫铁等）。
1.4 施工顺序及网络计划 1.4.1 施工顺序的原则 先施工F-1110和F-1120炉，再施工F-1130和F-1140炉，后施工F-1150、F-1160和F-1170炉；先施工下段结构，后施工上段结构；先施工主体结构，后施工附属结构；先施工钢结构，后施工炉管系统；先施工炉本体，后施工附属设备。 1.4.2 施工顺序 准备工作→辐射段和过渡段炉体施工→对流段钢结构施工→对流段盘管施工→对流段墙板、烟道箱和筑炉交叉施工→辐射段炉顶及对流段炉顶以上钢结构施工→视孔、燃烧器等附件检查及施工→弹簧支吊架及配重系统安装→辐射盘管安装→辐射段筑炉→对流段连接管的施工→连接梁的施工→烟道及风机安装→废热锅炉安装→汽包安装→炉体配管→跨越管道及汽包配管施工→废热锅炉与汽包连接管安装→梯子、平台、栏杆随各段安装→防腐随各工序施工→水压试验和气压试验→弯头箱安装→风机试车→管及设备保温→烟囱安装→检查、验收、交工存档。 1.4.3 网络计划 注：序号1至序号23段的工作在2004年3月~2004年9月间完成，序号43至序号45段的工作在2004年10月~2004年11月间完成。 此网络计划必须和下面的序号说明配合使用。 裂解炉施工网络计划序号说明： 1）序号1-23为主体钢结构施工顺序号：1、施工准备工作；2、基础验收及构件、设备检验；3、辐射段墙板在平台上拼装、焊接；4、安装辐射段墙板；5、安装辐射段炉底；6、安装辐射段侧上方的过渡段；7、安装辐射段炉顶；8、辐射段、过渡段确定中心，并调整各部位符合要求；9、自检、共检；10、二次灌浆；11、搭设脚手架；12、辐射段、过渡段及护柱板的焊接；13、对流段钢架施工；14、安装两炉对流段之间横梁；15、安装上部钢结构；16、
管式裂解炉及其工艺流程 管式裂解炉是用于烃类裂解制乙烯及其联产品的一种生产设备，为目前世界上大型石油化工厂所普遍采用。 组成 管式裂解炉是在炉管内进行烃类裂解反应的设备。主要由辐射室(炉膛)、对流室、烟囱和供给热源的喷嘴组成。燃料油从喷嘴喷到炉膛内燃烧，生成的烟气流经对流室后从烟囱排出。辐射室、对流室内均装有炉管，原料油在炉管内加热到所需温度进行裂解反应生成裂解气(烯烃)，裂解气经急冷后进入分离装置。炉管选用合金钢浇铸管。由于温度和流速对炉管内裂解反应产品有重大的影响，因而要求严格控制炉管长度方向的温度分布及产品在炉管内的停留时间，对炉型选择、喷嘴及炉管的布置都有特别的要求。 发展 早期的管式裂解炉是沿用石油炼制工业的加热炉的结构采用横置裂解炉管的方箱炉。反应管放置在靠墙内壁处，采用长火焰烧嘴加热，炉管表面热强度低，约为85～125MJ/(mh)。20世纪50年代，裂解炉结构有较大改进，炉管位置由墙壁处移至辐射室中央，并采用短焰侧壁烧嘴加热，提高了炉管表面热强度和受热均匀性。热强度可达210MJ/(mh)。至60年代，反应管开始由横置式改为直立吊装式，这是管式炉的一次重大技术改进。它采用单排管双面辐射加热，进一步把炉管表面热强度提高到约250MJ/(mh)，并采用多排短焰侧壁烧嘴，以提高反应的径向和轴向温度分布的均匀性。美国鲁姆斯公司短停留时间裂解炉（简称SRT炉）是初期立
管式裂解炉的典型装置。现在世界上大型乙烯装置多采用立式裂解反应管。 种类 早年使用裂解管水平布置的方箱式炉，由于热强度低，裂解管受热弯曲，耐热吊装件安装不易，维修预留地大等原因，已被淘汰。由于裂解管布置方式和烧嘴安装位置及燃烧方式的不同，管式炉的炉型有多种。管式裂解炉种类较多，按炉型分为方箱炉、立式炉、梯台炉等；按炉管布置方式分为横管式和竖管式裂解炉；按燃烧方式分为直焰式和无焰辐射式裂解炉等。近年各国竞相发展垂直管双面辐射管式裂解炉，炉型各具特色，其中美国炉姆斯公司开发的短停留时间裂解炉采用的国家较多。 反应管材料 过去，一般采用主要成分为含镍20％、铬25％的HK-40合金钢作为裂解反应管材料,可耐1050℃高温。由于工艺要求进一步提高炉管表面热强度，至70年代以后又改用含镍35％、铬25％的HP-40合金钢,可耐1100℃高温。反应管管径为2～7in（1in等于2.54cm），用离心浇铸法制成，内部经机械加工平整以减少反应过程的结焦。 炉型 目前国际上应用较广的管式裂解炉有短停留时间炉、超选择性炉、林德- 西拉斯炉、超短停留时间炉。 1、短停留时间炉 是鲁姆斯公司在60和70年代开发的炉型（SRT）,有三种:即SRT-、SRT-1及SRT-型，其中SRT-又可分为高选择性(HS)和高生产能力(HC)两种。SRT-
乙烯裂解炉的结焦原理及其抑制方法 摘要：本文介绍了乙烯裂解炉结焦的原因及危害性，分析了裂解炉结焦的影响 因素，同时对装置现状进行了分析，并提出了抑制裂解炉结焦的措施，以实现裂 解炉的平稳安全长期运行。 关键词：裂解炉；烃类；结焦；措施 前言 在烃类裂解过程中，生成乙烯，丙烯，丁二烯等产物的同时，会结焦生炭。 结焦过程一般发生在对流段、辐射段和废热锅炉工艺侧。随着结焦过程的加剧， 管内流动阻力和传热过程恶化，导致管内压降增大、辐射炉管表面温度和废热锅 炉出口温度升高，迫使裂解炉进行周期性停料清焦，严重影响裂解炉的正常运行，造成经济损失。 1、结焦原因及危害性 在乙烯裂解装置中，裂解炉和急冷锅炉内的结焦是影响乙烯装置长周期运行 的大问题。产生结焦的原因是：（1）原料烃在裂解反应中的高温二次反应形成 的脱氢成碳反应；（2）高温裂解气进入急冷锅炉内，高沸点组分在低温管壁上 冷凝后长时间与高温裂解气接触而发生脱氢、缩合等反应形成含氢量极低的焦垢。 结焦会引起两个方面的后果，对生产装置具有严重的危害性。一是结焦会使 裂解炉管的传热性能下降，为了维持管内物料的正常温度，必然要提高炉管外壁 的温度，这样很容易达到炉管金属材料所承受的高温极限而损伤炉管。另一方面，炉管内结焦会使管径变小，在处理量不变时，物料在炉内的停留时间将减少，炉 管内的压力降也会增大，这种裂解工艺条件的变化可使裂解的选择性变坏，致使 目的产物乙烯的收率显著下降。 2、影响裂解炉结焦的主要因素 2.1 原料性质 烃类裂解过程中结焦主要由原料中的芳烃化合物以及裂解气二次反应物形成。原料中芳烃与烯烃含量愈多，结焦速率也就愈快。 （1）芳烃因素。对芳烃指数较高的裂解原料，在中度裂解时，结焦母体主要来自裂解原料中的芳烃；深度裂解时，结焦母体主要来自于裂解炉辐射段生成的 烯烃、双烯烃经聚合、环化脱氢缩合生成的稠环芳烃；对芳烃指数较小的裂解原料，在中深度裂解时，结焦母体来自裂解炉辐射段生成的烯烃、双烯烃聚合、环 化脱氢缩合生成的环芳烃和稠环芳烃。 （2）原料“分层”。石脑油是一种多馏分的油品，进入贮罐后存在严重的“分层”现象。从同一石脑油罐的不同部位取样分析，石脑油刚切完罐时原料以重组分为主，其中芳烃含量较高，炉管容易结焦。 （3）烯烃因素。烯烃裂解可发生断链、脱氢、二烯合成、芳构化等反应，在高温下易于缩合成芳香烃、环烷烃和环烯烃，焦炭生成较多，所以原料中烯烃越 少越好。当分离操作不稳定时烯烃含量高，炉管结焦的速度快。 2.2 裂解温度 烃类裂解主要是断链和脱氢反应，均为强吸热反应，必须在高温下对系统提 供足够的热量，从化学平衡的角度考虑，提高反应温度，吸热反应的平衡常数增大，能使化学反应平衡转化率增高；从反应动力学的角度分析，提高裂解温度能 增加一次反应目标产物对二次反应的相对速度；但考虑到热力学，裂解温度提高，导致裂解深度增加，二次反应加快，因此结焦速率会加快。