裂解炉操作手册

PAGEPAGE3EN－U003（0703）页码：1／78（图）Shawstone&WebsterInternatonal，Inc（鲨威，斯通和韦伯斯特国际有限公司）项目技术作业单／工作号：127990编号：DOC－H－0005客户：中国石油－抚顺石化分公司项目：800KTA（年产80万吨）乙烯项目地点：中国辽宁省抚顺市裂解炉操作手册版本ＡＢＣ修订日期2008年4月18日修订说明IFRC编制总工程师项目经理本资料包含有“斯通和韦伯斯特国际有限公司（S&Wlntemqtional，Inc）”的私有信息，在要求时应该将它返回。未经斯通和韦伯斯特国际有限公司的书面许可，严禁复制本资料的内容、将它披露给第三方、或者用于其专用目的以外的其它用途。（图）Shawstone&WebsterInternatonal，Inc（鲨威，斯通和韦伯斯特国际有限公司）项目技术规范作业单／工作号：127990资料编号：DOC－H－0005客户：中国石油－抚顺石化分公司项目：800KTA（年产80万吨）乙烯项目地点：中国辽宁省抚顺市目录TOC\o\h\zHYPERLINK\l"_Toc261250695"1.1.介绍PAGEREF_Toc261250695\h4HYPERLINK\l"_Toc261250696"2.1.总则PAGEREF_Toc261250696\h5HYPERLINK\l"_Toc261250697"2.2.原料PAGEREF_Toc261250697\h7HYPERLINK\l"_Toc261250698"2.3.裂解条件PAGEREF_Toc261250698\h14HYPERLINK\l"_Toc261250699"2.4.裂解机理PAGEREF_Toc261250699\h22HYPERLINK\l"_Toc261250700"2.5.成焦机理PAGEREF_Toc261250700\h24HYPERLINK\l"_Toc261250701"2.6.裂解深度PAGEREF_Toc261250701\h25HYPERLINK\l"_Toc261250702"2.7.裂解深度对产品分布的影响PAGEREF_Toc261250702\h28HYPERLINK\l"_Toc261250703"3.1.工艺描述－总则PAGEREF_Toc261250703\h31HYPERLINK\l"_Toc261250704"3.2.新鲜进料炉，F－1110到F－1170PAGEREF_Toc261250704\h32HYPERLINK\l"_Toc261250705"3.3.新鲜进料炉－循环气体裂解，F－1160到F－1170PAGEREF_Toc261250705\h38HYPERLINK\l"_Toc261250706"3.4.循环炉－位号F－1180PAGEREF_Toc261250706\h38HYPERLINK\l"_Toc261250707"4.1.总则PAGEREF_Toc261250707\h43HYPERLINK\l"_Toc261250708"4.2.裂解炉控制PAGEREF_Toc261250708\h43HYPERLINK\l"_Toc261250709"4.3.裂解炉引风PAGEREF_Toc261250709\h47HYPERLINK\l"_Toc261250710"5.1.介绍PAGEREF_Toc261250710\h49HYPERLINK\l"_Toc261250711"5.2.急冷换热器PAGEREF_Toc261250711\h49HYPERLINK\l"_Toc261250712"5.3.急冷换热器中的结焦PAGEREF_Toc261250712\h51HYPERLINK\l"_Toc261250713"5.4.清理急冷换热器PAGEREF_Toc261250713\h52HYPERLINK\l"_Toc261250714"5.5.蒸汽发生系统PAGEREF_Toc261250714\h53HYPERLINK\l"_Toc261250715"5.6.汽包排污PAGEREF_Toc261250715\h55HYPERLINK\l"_Toc261250716"6.1.总则PAGEREF_Toc261250716\h57HYPERLINK\l"_Toc261250717"6.2.蒸汽发生系统的化学清洗PAGEREF_Toc261250717\h58HYPERLINK\l"_Toc261250718"6.3.裂解炉管道的清理PAGEREF_Toc261250718\h59HYPERLINK\l"_Toc261250719"6.4.裂解炉的操作前检查PAGEREF_Toc261250719\h61HYPERLINK\l"_Toc261250720"6.5.干燥操作PAGEREF_Toc261250720\h67HYPERLINK\l"_Toc261250721"6.6.测试裂解炉蒸汽系统的PSVPAGEREF_Toc261250721\h84HYPERLINK\l"_Toc261250722"7.1.裂解炉开车PAGEREF_Toc261250722\h87HYPERLINK\l"_Toc261250723"7.2.裂解炉正常操作PAGEREF_Toc261250723\h102HYPERLINK\l"_Toc261250724"7.3.裂解炉停车PAGEREF_Toc261250724\h108HYPERLINK\l"_Toc261250725"7.4.裂解炉操作模式切换PAGEREF_Toc261250725\h128HYPERLINK\l"_Toc261250726"8.1.清焦的条件PAGEREF_Toc261250726\h136HYPERLINK\l"_Toc261250727"8.2.蒸汽／空气清焦操作PAGEREF_Toc261250727\h138HYPERLINK\l"_Toc261250728"8.3.清焦的完整性PAGEREF_Toc261250728\h144HYPERLINK\l"_Toc261250729"9.1.高压水力清焦PAGEREF_Toc261250729\h144HYPERLINK\l"_Toc261250730"9.2.机械清理PAGEREF_Toc261250730\h145HYPERLINK\l"_Toc261250731"11.1.预计工况PAGEREF_Toc261250731\h147设计基础介绍抚顺石化分公司乙烯装置的成功运行要求所有操作人员都能理解其工艺设计，并熟悉影响装置产率、装置安全性、生产能力、以及运行连续性的因素。这包括了解所有主要设备的性能参数，熟练掌握为了保护人员和设备而组合到本装置设计中的所有联锁和安全装置，尤其是在紧急情况下如何应用这些装置。本手册中给出的说明主要是为了给装置管理人员提供一个总体指南。关于更详细的说明（例如，其内容包括逐个阀门的操作步骤，启动前的安全检查清单，目标设备操作条件，等），应该由抚顺方面在操作人员培训阶段进行编制。还应该认真遵守由设备制造商提供的说明书；它们可以作为本手册的补充资料。本手册中给出的温度、压力和组分应该理解为近似值，可在建立初始操作条件时作为指南使用。随着工厂操作经验的积累，应该对这些值进行优化，以获得最佳操作条件。本操作说明书给出了对工艺的详细描述，描述了裂解炉公用工程系统，并讨论了安全操作规程。这些说明也描述了典型的开车顺序，并给出了正常情况下和紧急情况下的停车规程。蒸汽裂解工艺总则乙烯在本装置中的生产原理是，通过在裂解炉中对烃和蒸汽混合物进行高温裂解，形成富含乙烯和其它烯烃气体的复杂混合物。本装置还生产原始裂解汽油和燃料油。其它副产品包括丙烯和混合的C4（四碳烃）；它们与乙烯一样，也是有价值的化工原料。乙烯、丙烯、和丁二烯含有一个或多个化学双键；从化学意义上讲，它们被归类为链烯烃。其它被裂解的产品包括氢气（它在装置内部的加氢反应器中消耗掉）和甲烷（它被用作燃料气）。裂解流出物也包含少量的乙炔（三键烃）；它们将在下游除去，以满足成品乙烯和丙烯的产品技术规格。装置内部生产的乙烷和丙烷被循环回到裂解炉区域，并被裂解，在循环炉内消耗掉，以增加乙烯产率。裂解反应可以划分成两大类：主反应和副反应。主反应涉及到打开大的分子来形成自由基（不稳定的基团）；然后，自由基重新组合、形成新的分子，包括链烯烃（乙烯，丙烯，和丁二烯）。这些主反应后面跟着副反应；在副反应中，链烯烃组合在一起，形成较大的分子和氢气。因此，快速冷却裂解后的流出物非常重要，以免发生我们不想要的副反应。快速冷却到副反应速度很低的温度，能够最大化乙烯产率。典型的裂解炉裂解炉管反应时间在0.15到0.20秒的范围内，而在离开反应区域开始急冷的的时间间隔在0.01秒内。高温、低压条件下，生成链烯烃的主反应得以加强。烃的分压是烃分子近似性的衡量方法。低烃分压有利于提高乙烯产量，这也是在裂解中使用稀释蒸汽的原因之一。尽管稀释蒸汽在最小化结垢反应方面有好处，但是裂解操作仍然会生成一些焦炭，因此裂解炉和换热器必须定期进行清焦处理。清焦是利用蒸汽／空气混合物对焦炭进行混合烧焦而实现的。在相同的裂解条件下，不同的原料产生的乙烯产量也不同。一般来说，较轻（比重）和较低沸点的原料裂解产生的乙烯产量也高。稀释蒸汽注入到原料中以降低其烃分压和较少焦质的沉积。烃分压越低，目标产物的产量越高，在裂解炉和急冷换热器中结焦速度也越低。稀释蒸汽最佳的注入量取决于原料类型及性质。总的来说，越轻的原料所需的稀释蒸汽也越少。由于以下原因增加稀释蒸汽用量是不可取的：较高的最终裂解炉炉管压力将会部分抵消通过较高的蒸汽与原料比而获得的较低烃压力。线速度越高越能侵蚀辐射段炉管出口管铸件和跨接管件。当稀释蒸汽到达某值时，再增加蒸汽比也不会产生额外的乙烯。乙烯活性很高；在辐射炉管出口处存在的较高温度下，它不稳定。为了防止副反应造成的乙烯损失，有必要尽快冷却离开辐射炉管的气体，以减少副反应造成的不利影响。这是在裂解气急冷换热器中进行的；这就是新鲜进料炉（F－1110到F－l170）中的“选择性线性换热器（SLE's）”，或者是循环炉（F－1180）中的USX's。原料新鲜进料炉（F－1110到F－1170）可以裂解的原料如下：液体进料石脑油加氢尾油（HTO）粗柴油轻质烃循环C5循环进料循环乙烷循环丙烷F－1110，F－1120，F－1130和F－1140属于重质进料裂解炉；它们既能裂解“重质进料”，也能裂解“轻质进料”。F－1150，F－1160和F－1170属于轻质进料裂解炉；它们只能裂解“轻质进料”。循环炉（F－1180）处于清焦操作，裂解循环进料C2/C3可进入F－1160和F－1170的A炉膛进行裂解。一（1）台重质进料裂解炉被指定作为备用。循环炉可裂解的原料如下：循环进料循环乙烷循环丙烷上述进料将被混合，作为单一进料物流在循环炉（F－1180）中一起裂解。表2.2.1石脑油技术规格序号名称直馏馏分石脑油1直馏馏分石脑油2焦化加氢的石脑油1比重D2０40.74-0.750.710.7262动力粘度mm2／s（20℃）0.853ASTM蒸馏（℃）IBP6141±1045±1010％9063±1076±1030％11080±10105±1050％12792±10127±1070％143102±10147±1090％161121±10175±10EP175154±10204±104组成：（重量％）烷烃58±342±10%53±10%异构烷烃N/I=1.220±10%21.3±10%烯烃0.15+0.010.4±0.1环烷烃37±335+520±2芳香烃5±22.85+1.55.3±1.5表2.2.1石脑油技术规格（续）序号名称直馏馏分石脑油1直馏馏分石脑油2焦化加氢的石脑油5硫（ppm）3203203006砷（ppb）3501501501507铅（ppb）5<558水（ppm）饱和饱和饱和9氮（ppm）210镍（ppm）<0.111钒（ppm）<0.05表2.2.2加氢尾油的技术规格序号名称加氢尾油1比重D2０40.83222动力粘度mm2／s（50℃）8.993ASTM蒸馏（℃）IBP345±1010％365±1030％378±1050％393±1070％423±1090％499±10EP522±104硫（ppm）105砷（ppb）56铅（ppb）17氮（ppm）5表2.2.3粗柴油的技术规格序号名称1比重D2０40.83-0.842动力粘度mm2／s（31℃）3ASTM蒸馏（℃）Ｄ－1160IBP274±1010％300±1030％322±1050％333±1070％340±1090％362±10EP377±104硫（ppm）4005砷（ppb）506铅（ppb）1７氮（ppm）5表2.2.4轻质烃的技术规格组成％摩尔表2.2.5循环C5的技术规格组成％摩尔n－C40.244i－C40.145环－戊烷52.034n－C522.653表2.2.5循环C5的技术规格（续）组成％摩尔i－C524.129环－己烷0.133n－C60.130i－C60.130苯0.402裂解条件裂解炉中乙烯和丙烯的总体产量受进料类型和裂解深度的影响。裂解条件应该保证，对于每一种OMB情况工况，下游要求都能满足。表2.3.1、表2.3.2和表2.3.3中显示了基于OMB情况工况的每个裂解炉的烃进料数量。每一种OMB情况工况的裂解条件显示在表2.3.4中。表2.3.1OMB：裂解炉进料分布，第1种工况情况，A／B工况情况1Ａ工况情况1Ｂ裂解炉炉膛象限进料数量，kg／h进料数量，kg／hF-111011,5651HTO11,565HTO11,56511,5652HTO11,565HTO11,56511,5651HTO11,565HTO11,56511,5652HTO11,565HTO11,565F-112011,5651HTO11,565HTO11,56511,5652HTO11,565HTO11,56511,3061粗柴油13,853粗柴油11,30611,3062粗柴油13,853粗柴油11,306F-113011,3061混合石脑油13,135粗柴油11,30613,7452混合石脑油13,135混合石脑油13,74513,7451混合石脑油13,135混合石脑油13,74513,7452混合石脑油13,135混合石脑油13,745F-1140备用1备用备用备用备用备用2备用备用备用备用备用1备用备用备用备用备用2备用备用备用备用F-115013,7451混合石脑油13,135混合石脑油13,74513,7452混合石脑油13,135混合石脑油13,74513,7451混合石脑油13,135混合石脑油13,74513,7452混合石脑油13,135混合石脑油13,745F-116013,7451混合石脑油13,135混合石脑油13,74513,7452混合石脑油13,135混合石脑油13,74513,7451混合石脑油13,135混合石脑油13,74513,7452混合石脑油13,135混合石脑油13,745F-117013,7451混合石脑油13,135混合石脑油13,74513,7452混合石脑油13,135混合石脑油13,74513,7451混合石脑油13,135混合石脑油13,74513,7452混合石脑油13,135混合石脑油13,745F-1180C2／C3循环19,488C2／C3循环19,620表2.3.2OMB：裂解炉进料分布，第2种工况情况，A／B工况情况2Ａ工况情况2Ｂ裂解炉炉膛象限进料数量，kg／h进料数量，kg／hF-1110A1HTO11,565HTO11,5652HTO11,565HTO11,565B1HTO11,565HTO11,5652HTO11,565HTO11,565F-1120A1HTO11,565HTO11,5652HTO11,565HTO11,565B1混合石脑油12,860混合石脑油12,8822混合石脑油12,860混合石脑油12,882F-1130A1混合石脑油12,860混合石脑油12,8822混合石脑油12,860混合石脑油12,882B1混合石脑油12,860混合石脑油12,8822混合石脑油12,860混合石脑油12,882F-1140A1备用备用备用备用2备用备用备用备用B1备用备用备用备用2备用备用备用备用F-1150A1混合石脑油12,860混合石脑油12,8822混合石脑油12,860混合石脑油12,882B1混合石脑油12,860混合石脑油12,8822混合石脑油12,860混合石脑油12,882F-1160A1混合石脑油12,860混合石脑油12,8822混合石脑油12,860混合石脑油12,882B1混合石脑油12,860混合石脑油12,8822混合石脑油12,860混合石脑油12,882F-1170A1混合石脑油12,860混合石脑油12,8822混合石脑油12,860混合石脑油12,882B1混合石脑油12,860混合石脑油12,8822混合石脑油12,860混合石脑油12,882F-1180C2／C3循环21727C2／C3循环21458表2.3.3OMB：裂解炉进料分布，第3种工况情况，A／B工况情况3Ａ工况情况3Ｂ裂解炉炉膛象限进料数量，kg／h进料数量，kg／hF-1110A1粗柴油14,759粗柴油14,7592粗柴油14,759粗柴油14,759B1粗柴油14,759粗柴油14,7592粗柴油14,759粗柴油14,759F-1120A1HTO12,116HTO12,1162HTO12,116HTO12,116B1HTO12,116HTO12,1162HTO12,116HTO12,116F-1130A1HTO12,116HTO12,1162HTO12,116HTO12,116B1HTO12,116HTO12,1162混合石脑油13114混合石脑油13,268F-1140A1备用备用备用备用2备用备用备用备用B1备用备用备用备用2备用备用备用备用F-1150A1混合石脑油13,114混合石脑油13,2682混合石脑油13,114混合石脑油13,268B1混合石脑油13,114混合石脑油13,2682混合石脑油13,114混合石脑油13,268F-1160A1混合石脑油13,114混合石脑油13,2682混合石脑油13,114混合石脑油13,268B1混合石脑油13,114混合石脑油13,2682混合石脑油13,114混合石脑油13,268F-1170A1混合石脑油13,114混合石脑油13,2682混合石脑油13,114混合石脑油13,268B1混合石脑油13,114混合石脑油13,2682混合石脑油13,114混合石脑油13,268F-1180C2／C3循环19,589C2／C3循环19670备注：1．裂解炉F－1150，F－1160，和F－1170只是“混合石脑油进料裂解炉”。2．“混合石脑油”是加氢C5循环、轻质烃、直馏馏分石脑油1、直馏馏分石脑油2、和焦化加氢石脑油的混合物。3．对于裂解炉F－1130的情况1Ｂ、3Ａ和3Ｂ，以及对于裂解炉F－1120的情况1Ａ、1Ｂ、2Ａ、和2Ｂ（此处，不同的进料在裂解炉的一个炉膛或半个炉膛中裂解），可以调节进料流量或稀释蒸汽比例，以保证在两个炉膛（四个进料方向）上均匀的热量分布和裂解条件。表2.3.4所有情况的裂解条件进料类型混合石脑油HTO粗柴油C2／C3循环工况1AP／E（重量／重量）0.540.540.58~65（当量C2转换）蒸汽／HC（重量／重量）0.500.800.800.30SLE出口压力（兆帕表压）0.07090.07090.07090.0915工况1BP／E（重量／重量）0.460.540.58~65（当量C2转换）蒸汽／HC（重量／重量）0.500.800.800.30SLE出口压力（兆帕表压）0.07090.07090.07090.0915工况2AP／E（重量／重量）0.550.540.58~65（当量C2转换）蒸汽／HC（重量／重量）0.500.800.800.30SLE出口压力（兆帕表压）0.07090.07090.07090.0915工况2BP／E（重量／重量）0.470.540.58~65（当量C2转换）蒸汽／HC（重量／重量）0.500.800.800.30SLE出口压力（兆帕表压）0.07090.07090.07090.0915工况3AP／E（重量／重量）0.530.540.58~65（当量C2转换）蒸汽／HC（重量／重量）0.500.800.800.30SLE出口压力（兆帕表压）0.07090.07090.07090.0915表2.3.4所有情况的裂解条件（续）进料类型混合石脑油HTO粗柴油C2／C3循环工况3BP／E（重量／重量）0.430.540.58~65（当量C2转换）蒸汽／HC（重量／重量）0.500.800.800.30SLE出口压力（兆帕表压）0.07090.07090.07090.0915裂解机理从饱和或是富氢的原料生成有用的烯烃如乙烯和丙稀的主反应基本取决于反应的温度和时间，尤其是取决于最高的反应温度或炉管出口温度（COT）。副反应是涉及裂解主反应的产品；因为它们通过分子的组合而构成的，所以它们受反应中这些分子结合在一起时紧密程度的影响；换句话说，也就是受烃分压的影响。可以把分压看作蒸汽比例和总反应压力共同作用的结果。高的烃分压不利于生成乙烯产品，因此，降低蒸汽比例或增大炉管出口压力能减小特定产原料的乙烯产率。丙烯不受此方式的影响，因为它自身裂解产生乙烯和甲烷。这样，虽然可以通过改变蒸汽比例和压力而改变丙烯与乙烯的产率，但对于实际而言，这些变量与烃原料速度一样保持固定。因此，对产品产率分布的主要通控制COT即炉管出口温度。裂解反应是从烃分子分解成不稳定的甲基和/或乙基这样的化学活性基团开始的。这些活性基团会引起如下一系列的其他反应：CH3·和Ｈ·自由基与原料的反应。C2H5·与原料的反应或分解。大自由基的分解。链增长反应：自由基CH3·或Ｈ·从反应物上提取一个氢原子，生成具有更大分子量的基团，（图）加成反应：一个基团和一个分子结合生成一个单个基团：（图）链终止反应：两个基团结合生成一个分子：（图）由主反应生成烯烃的副反应类型很多。上述的加成反应就是典型例子。主要链烯烃的脱氢反应也会发生。也能发生形成较大稳定分子的缩合反应，例如环二烯烃和芳香烃。反应物在较低的转化率和裂解深度时，副反应并不非常明显，这是因为主要链烯烃的浓度低，从而它们的分压也低。在高的主反应物转换率条件下，伴随着较高的温度和链烯烃分压副反应将占主导地位。副反应除了能减少我们希望的链烯烃产品以外，它还能最终导致结焦。在相同的裂解条件下，不同的原料的乙烯产率也不同。一般来说，原料中的氢气含量越高，能获得的乙烯产率就越高；也就是说，乙烷原料能生产的乙烯比石脑油多，而石脑油的生产的乙烯量要大于常压粗柴油生产的。成焦机理在裂解操作过程中，裂解炉辐射段炉管的材料和内部表面的涂层容易集炭或是结焦。这种结焦机理涉及到脱氢反应，即小的芳香族原子转变成大的复杂的芳香族聚合物，继而形成的混合物的脱氢反应，然后这些混合物就附着在炉管的内表面而形成焦炭。产物母体分子可能存在于原料中，或者在热裂解过程中合成。因此，如果原料中含有相当数量的芳香烃或重组分，那么将很容易形成焦炭。乙烯生产所使用的原料相对来说富氢（单分子）。随着裂解反应的进行，富氢逐渐被分离生成氢气，而剩余部分的氢（单分子）含量会越来越小。这种缺乏氢的现象表现为生成分子量不断增大的芳香烃分子；它们倾向于生成焦炭，从而在辐射炉管与下游热量回收设备的表面上结垢。最终，如果在较高的裂解深度下，原料中几乎所有氢被消耗掉，留下含有很少氢或不含氢的类似于焦炭的残余物。通过尽可能具有选择性的裂解，烯烃产量增加，结焦被降低到最小程度。此过程是在辐射裂解炉管中，通过短停留时间、高温、低压力降、和最佳稀释蒸汽与烃进料比的组合来实现。USC裂解炉系统具有这些特点：实现最大化乙烯和其他有价值的副产品的产量，最小化非期望产品。随着裂解裂解深度的增大，由于炉管中温度的不断提高，焦炭产物母体分子变得越来越丰富，它们的热力学活性也越来越高。因此，具有低氢含量和高芳香烃及高重质成分含量的粗柴油将能够比石脑油更容易结焦。焦质也可通过其他的机理和环境条件形成。乙烷裂解需要较高裂解温度才能达到高转化率。这样，由乙炔形成焦质的反应更容易，特别是当辐射段管壁的热点产生时，靠近管壁涂层的裂解温度使分解反应更容易进行：（图）这种反应生成的焦质与芳香烃形成的较软的焦层相比，更硬，更致密。裂解深度2.6.1裂解深度的概念对于特定的反应物／原料来说，转化的程度是裂解裂解深度的指标。该反应物的特定产品分布与反应的剧烈程度相关。为了以恒定的方式预测产率分布、并设计出能满足性能要求的热裂解炉管，Stone&Webster（斯通和韦伯斯特公司）使用了“动态裂解深度函数（KSF）概念”，其中，（图）它类似于：（图）式中：Kt＝反应速度常数，秒－1，处于任何反应物的温度（t）时K5＝正戊烷的反应速度常数，秒－1　θ＝停留时间，秒＝反应物的消失分数（转化率）KSF是给定原料的辐射裂解炉管中分解程度的一个定量指标。这个函数考虑了辐射炉管内部的时间／温度关系，是用于裂解产率纠正的一个可靠参数。KSF关系能够采用正戊烷消失率的术语来表示，因为它能够针对进料和流出物分析而容易地测定。因此，它的分解是石脑油转换程度的一个良好衡量指标。反应速度的测定需要使用阿仑尼乌斯（Arrhenius），频率系数和正戊烷的活化能。Stone&Webster公司进一步将KSF原理用于诸如正癸烷之类的重质原料，作为除了正戊烷以外的消失率的衡量指标。对于气相原料的情况，例如乙烷和丙烷裂解，使用重要组分之一的转换速度。按照裂解裂解深度而言，1.0的KSF指示非常低的裂解深度，而4.0的KSF则代表高的裂解深度，最大的KSF依赖于原料。在相同的裂解深度下，裂解炉管操作的不同停留时间能产生截然不同的产率格式。短停留时间裂解炉（USC）具有较低的甲烷／乙烯产出比，以及相对较高的链烯烃产率。2.6.2裂解深度的经验纠正经验表明，裂解深度的一个有意义、可靠的方法就是在裂解气中通过测量甲烷、乙烯和丙烯的摩尔浓度来得到。这些值联合成裂解深度的分析解析函数（ASF）,定义如下，单位：mol。（图）尽管ASF所取的数值时纯经验的，但它的优点是不需测定裂解气中汽/油比，就可以通过测定裂解气组成来测定ASF。因为在室温下，以上的组成都不是液相，所以并不需要总的物料平衡。通过n-戊烷来测定KSF需要通过抽样来测定气/油比，因为相当一部分常态戊烷将和液相汽油馏分一起冷凝。总之，对于石脑油裂解来说，0.2的ASF对应于低的裂解深度，而0.65则代表高裂解深度。对于重质油裂解，0.2的ASF数代表相当高的裂解深度。在某种程度上讲，ASF依赖于原料质量。根据经验，我们将可以补偿ASF和KSF计算值之间的差异，从而根据原料的变化对裂解进行调整。2.6.3裂解深度的实际测定由于KSF不能在裂解炉上容易地测得，所以能够使用其它方法来控制操作裂解深度。对于给定的原料和裂解炉操作条件，可以利用下列参数中的任何一个对操作裂解深度进行日常检查；这些参数与KSF有直接关系：裂解气密度（有用，但目前的做法是通过裂解气分析测得）裂解气分析的解析裂解深度函数（ASF）裂解气分析－丙烯与甲烷比裂解炉炉管出口温度裂解炉配备了裂解气在线分析仪；它们周期性地监测裂解炉的裂解深度。裂解深度对产品分布的影响当在辐射炉管中裂解典型原料时，主要裂解产物的分布取决于裂解深度。我们假设烃和稀释蒸汽的流量为恒定的，炉管出口压力也是常数。通过将裂解深度划分成三个区域，就能形象地表达裂解反应的进程。这些区域将在下面讨论。在区域1中，直到KSF1的裂解深度，主要反应涉及到原料中饱和烃的消失。产生的丁二烯大部分在二次反应中脱除，因此，在此裂解深度区，此种有价值的副产品的产率是低的。在区域2中，随着C5及C5+原料的迅速减少，主反应继续进行，但二次反应变得重要。该区域的范围是KSF值为2至2.5之间。氢气、甲烷、总的C2以及丁二烯的产量开始是持续迅速增加的，随后以逐渐减少的速度反应之本区的终点。在KSF值为1.7时，丙烯的产率达到最高，在此点，丙烯的消失速度与其生成速度相等。在区域3中，主反应已经基本上停止，混合物组分进一步的变化是由于副反应；其中，稳定芳香化合物的形成、以及丙烯的和C4'直到C5＋产率则随着裂解深度的增大而继续减少。柴油的裂解机理与石脑油的裂解机理类似。轻质组分的收率与石脑油裂解遵循相同的方式。但液相产品的收率是不同的。未裂解的AGO的沸点范围是250至365℃，而汽油产品的终熘点是205℃。在裂解深度为零时，将产品定义为100%的燃料油。随着裂解深度的增加，燃料油或者未裂解的进料迅速减少，汽油产品增加。最后，随着裂解裂解深度的增加，汽油的消失速度超过其形成速度。在裂解粗柴油时，产品中的汽油部分在相当低的裂解深度下经过一个峰值。不过，由于二次缩合反应，燃料油的产率随着粗柴油的高裂解深度裂解而增加。在辐射段炉管出口处的乙烯，在高温下，具有极强的活性。为了防止乙烯损失，有必要将辐射段炉管出口处的裂解气尽可能的冷却，以减少副反应发生。该冷却将在急冷换热器中进行。USC裂解炉工艺描述－总则装置的热解炉段包括用于裂解新鲜液体进料的七（7）个“Ｕ”形“超级选择性转换（USC）”裂解炉（F－1110到F－I170），以及一（1）个用于裂解气相循环进料的“Ｍ”形USC裂解炉（F－1180）。这些裂解炉的设计能够生产800,000MTA乙烯（年产80万吨）。裂解新鲜液体进料的七（7）台裂解炉中的每一个都采用双炉膛配置，每个炉膛中具88根Ｕ型辐射炉管，每台裂解炉总共有176根Ｕ形炉管。每个U形炉管由两个串联的管组成；出口管的直径稍微大于入口管（或者称为变径）。USC-12M型循环气裂解炉为单炉膛（辐射室）结构，12根M型炉管在炉膛中一字排列，每个Ｍ形炉管包括六（6）个串联的垂直管，具有一个变径管，在顶部和底部利用回流弯头连接起来，形成一个螺旋形炉管。点火是通过内部生成的残余气体燃料和开车燃料（LPG，液体石油气），采用用从炉底垂直向上的100%的底部燃烧，。燃烧器烧嘴采用低NＯx（氮氧化物）型，供燃烧的氧只通过环境空气来提供。每个加热器配备有一个补偿（相对于辐射室）对流段，设计用于从离开辐射段的热烟气中回收余热。烟气最后通过烟囱排放到大气中。裂解炉运行所需的引风由在安装在对流段上方的引风机提供。从每台USC176U型裂解炉的辐射炉管中出来的裂解气体在“选择性线性换热器（SLE）”中急冷，在直接急冷管件急冷器中进一步冷却，然后送到急冷油塔。离开循环炉辐射炉管的裂解气体在“超级选择性换热器（USX）”中急冷，在直接急冷管件急冷器中进一步冷却，然后送到重质燃料油汽提塔。裂解炉设计上能够处理各种新鲜原料和循环物流，运行中不会有任何干扰。下列将描述每个类型的裂解炉：新鲜进料炉，F－1110到F－11703.2.1对流段对流段热量回收能够从离开辐射炉膛的烟气中回收热量。回收的热量用于各种用途，从而提高裂解炉的整体热效率。对流段将用于预热烃（HC）进料和超高压（SHP）锅炉给水（BFW），并用于过热稀释蒸汽（DS）和SHP蒸汽。新鲜进料炉包含一个单独的补偿对流段；它布置在成对辐射炉膛的中上方。每个对流段包含下列炉管（从顶部到底部）：a．烃预热HCPH1b．锅炉给水省煤器BFWc．烃预热HCPH2d．烃＋稀释蒸汽1HC＋DS1e．稀释蒸汽预热DSPHf．SHP蒸汽过热1SHPSS1，温度调节之减温器前g．SHP蒸汽过热2SHPSS2，温度调节之减温器后h．烃＋稀释蒸汽2HC＋DS2新鲜烃进料通过四个（4）流量控制阀，在单独通道控制之下进入裂解炉。在整个对流段中，都维持这种四（4）通道配置。原料在四（4）通道的逆流HCPH1炉管中预热，在对流段的两侧各有两（2）个通道进入。进料随后在HCPH2炉管中进一步预热。稀释蒸汽在流量控制之下进入裂解炉；具有四（4）个流量控制阀，以便维持单独通道控制。稀释蒸汽进入四（4）通道逆流DSPH管束；在对流段的两侧各有两（2）个通道进入。来自每个通道的过热后的稀释蒸汽被送去与烃进料混合。在轻质进料裂解炉中，在外部混合三通中，来自稀释蒸汽预热对流段炉管的过热稀释蒸汽将注入到来自HCPH2对流段炉管的经过预热的烃进料中，然后重新进入对流段。稀释蒸汽根据需要在进稀释蒸汽预热炉管前与DMDS混合，并与预热后的烃混合。烃和稀释蒸汽混合物将进一步在HC＋DS1对流段炉管中、接着在HC＋DS2对流段炉管中相继预热。在重质进料裂解炉内，当裂解重质进料时，稀释蒸汽将分两次喷入到烃进料中。整个稀释蒸汽中的一部分（对于粗柴油进料为5%，对于HTO进料为20%）将注入到来自HC预热2对流段炉管的预热后的重质进料中。重质进料烃和部分稀释蒸汽混合物在HC＋DS1对流段炉管中进一步加热。将一部分稀释蒸汽喷入到重质进料中不仅能保护HC＋DS1对流段炉管、防止其结焦，而且还能改善传热效果。稀释蒸汽的剩余部分将在DSPH对流段炉管中过热，然后通过S&W公司的专利重质进料喷淋器混合器，添加到来自HC＋DSl炉管的重质进料烃和部分稀释蒸汽混合物中。此喷淋器混合器能保证，重质进料在进入到HC＋DS2对流段炉管中进行最终预热之前能够完全气化。在重质进料裂解炉内，当裂解轻质进料时，来自DSPH对流段炉管的过热后的稀释蒸汽将被喷入到来自HCPH2对流段炉管的预热后的烃进料中。烃和稀释蒸汽混合物在HC＋DS1对流段炉管中进一步加热。烃和稀释蒸汽混合物然后被送到HC＋DS2对流段炉管中，进行最终预热。当循环炉（F－1180）停下来进行清焦时，循环气体被送到轻质进料裂解炉（F－1160或F－1170）的一（1）个炉膛；此处，它以大约0.6S／HC比例和65%当量乙烷转换率进行裂解。循环物流送到进料分布总管，通过进料控制阀分配给轻质进料裂解炉的两（2）个对流段通道。在HCPH1炉管底下，设置了两（2）通道、逆流式BFW省煤器管束；其设计意图是，预热裂解炉急冷系统中产生SHP蒸汽所需的BFW。BFW的流量通过三（3）元件控制系统设定；而BFW流量控制则通过离开汽包的饱和蒸汽流量与汽包中的液位而重置。裂解炉急冷系统生成的蒸汽在一个两段式SHPSS炉排中过热。第一个管束SHPSS1为六（6）通道的逆流管束。过热后的蒸汽在出口处组合到一个通道中，然后在外部温度调节站中进行调温。温度调节器的设计意图是，通过在温度控制的条件下将BFW喷入过热蒸汽中，将SHP输出的最终过热温度控制在520℃。然后，经过调温的蒸汽在六（6）通道逆流SHPSS2管束中进一步加热到期望的过热温度。3.2.2辐射段每个新鲜进料炉均采用双炉膛配置，具有两（2）个相同的镜像对称辐射炉膛。USC-176U型裂解炉共有176根U型辐射管，分为两个炉膛，每个炉膛内悬挂单排88根炉管。在对流段预热过的原料烃和稀释蒸汽的混合物由4根横跨管分别引入到16个辐射段入口集合管中，每根横跨管连接4个集合管，每个集合管再通过11根辐射管将裂解原料输送进炉膛中。每个辐射炉管的入口处布置的文丘里喷嘴保证了到所有辐射炉管的进料的均匀分布。这种流量文丘里元件能形成临界流量；在此条件下，流量只是上游压力的函数，与下游压力无任何关系。这样，即使通过单独辐射炉管的压力降因不均匀的结焦速度而变化，到达每根炉管的流量也能始终维持相等。只要绝对出口压力与绝对入口压力之比小于等于0.90，文丘里管就能提供均匀的流量分布。每个裂解炉包含一百七十六（176）根USC“Ｕ”型辐射炉管，有八十八（88）根炉管沿着每个炉膛的中心线布置在单独一排中。单根炉管在裂解炉顶部进出辐射段。辐射炉管的直径将大约在炉管的中部增大或“变径”，以提高产率，并减小剥落的焦炭堵塞炉管的风险。辐射炉管入口管的内径为45mm，辐射炉管出口管的内径为51mm。每个辐射炉管的有效长度通常为23m，相应的解停留时间大约为0.2秒。对于重质进料裂解炉，两（2）个辐射炉管出口在“Ｙ”形管件中组合。然后，“Ｙ”形管件的单一出口被连接到短的输送管线上。对于轻质进料裂解炉，每个辐射炉管直接连接到短的输送管线上。输送管线具有非常低的绝热容积；这能将副反应导致的产率下降的影响最小化。对于轻质和重质两种进料裂解炉，输送管线都连接到一（1）个SLE急冷换热器气体入口上。来自每个辐射炉膛的四（4）个SLE模块的公共出口总管直接连接到一（1）个急冷管件急冷器。每个新鲜进料裂解炉有两（2）个急冷管件急冷器。辐射炉管通过入口处的恒定张力弹簧支架垂直悬挂并支撑。天花板穿孔是通过具有活动盖板的暗箱。3.2.3急冷系统裂解气急冷系统将划分成如下两个阶段：第一级：液体裂解炉的主要急冷将发生在拥有专利权的封闭耦合式、炉顶安装的SLE急冷换热器中。轻质进料裂解炉中，每一（1）根辐射炉管对应一（1）个SLE元件；在重质进料裂解炉中，每两（2）根辐射炉管对应一（1）个SLE元件。SLE是一种套管式线性换热器，在外部套管中生成SHP蒸汽。离开每个SLE模块的裂解气直接进SLE上方的水平总管中。总管中的高流速能保证，任何焦炭颗粒都能被夹带到焦炭捕集器中。SLE中的焦炭沉积将减小，不需要频繁的机械清理。对于重质进料裂解炉，SLE内管的内径为84毫米，有效传热长度为19.8米；对于轻质进料裂解炉，SLE内管的内径为57.4毫米，有效传热长度为17.9米。裂解气自下而上穿过急冷换热器内管，套管外走从汽包降液管来的锅炉给水，经急冷裂解气产生的超高压蒸汽通过上升管进入汽包。水侧的循环流动靠热虹吸作用自然循环。第二级：来自各辐射炉膛的所有SLE的裂解气将收集在一起，在S&W专利急冷管件急冷器中进一步冷却。裂解气被急冷到所需的温度，然后送到急冷油塔。新鲜进料炉－循环气体裂解，F－1160到F－1170新鲜进料炉F－1160和F－1170是专门为了裂解循环气体而设计的。这样，当循环气体裂解炉（F－1180）退出运行进行清焦或维护时，循环气体也能得到裂解。专门裂解允许循环物流在比共同裂解更高的裂解深度下进行裂解，从而能将最小化对装置产量的影响最小化。这种改变要求给每个裂解炉的进料分布总管提供一个原料供应管线，使用气体进料阀来控制到每个通道的循环进料分布；其它操作与液体裂解操作相同。DCS裂解炉模式开关能改变停车的联锁设定，也能在图形上重新设置进料控制范围。循环炉－位号F－11803.4.1对流段裂解炉对流段包含下列管束（从顶部到底部）：a．烃预热1HCPH1b．锅炉给水省煤器BFWc．烃预热2HCPH2d．SHP蒸汽过热1SHPSS1，温度调节之减温器前e．SHP蒸汽过热2SHPSS2，温度调节之减温器后f．烃＋稀释蒸汽HC＋DS乙烷／丙烷（C2／C3）循环进料通过三（3）个流量控制阀，在单独通道控制之下进入裂解炉。在整个对流段中，都维持这种三（3）通道配置。原料在三（3）通道逆流式HCPH1和HCPH2管束中预热；对于对流段，有两（2）个通道进入一端，而一个（1）通道进入另一端。然后，每个单独通道中的进料与新鲜稀释蒸汽混合；在此，通过外部跨接管输送到HC＋DS管束。在HC＋DS管束中，混合物（循环气体＋稀释蒸汽）继续被过热到刚好低于初始裂解温度的一个温度。随着管束中三个并联通道中每一个的混合物离开对流段的底部管束，它通过外部跨接管被送到裂解炉的辐射段。在HCPH1炉管底部安装了的单一通道省煤器管束，用于预热裂解炉急冷系统中生成SHP蒸汽所需的BFW。BFW的流量通过三（3）元件控制系统设定；流量控制通过离开汽包的饱和蒸汽流量与汽包中的液位而重置。由裂解炉急冷系统生成的蒸汽在一个两段式SHP管束中从饱和温度过热。第一个管束SHPSS1为两（2）通道的逆流管束。过热后的蒸汽在出口处组合到单一通道中，然后在外部温度调节站中进行调温。温度调节器的设计意图是，通过在温度控制的条件下将BFW喷入过热蒸汽中，将SHP输出的最终过热温度控制在520℃。然后，经过调温的蒸汽在两（2）通道逆流SHPSS2管束中进一步加热到期望的过热温度。3.4.2辐射段三（3）个对流段通道通过进料分布总管的方式输送到辐射炉膛。每个管对应四（4）个辐射“Ｍ”炉管，总共12根辐射炉管。每个辐射炉管的入口处安装的文丘里喷嘴保证了到所有辐射炉管的进料的均匀分布。这种流量元件能形成临界流量；在此条件下，流量只是上游压力的函数，与下游压力无任何压力。这样，即使经单独辐射炉管的压力降因不均匀的结焦速度而变化，到每个炉管的流量也能始终维持相等。只要绝对出口压力与绝对入口压力之比小于等于0.90，文丘里管就能提供均匀的流量分布。裂解炉含有十二（12）根USC型“Ｍ”辐射炉管，沿着炉膛的中心线单排双面辐射布置。辐射炉管尺寸为105mm入口内径／111mm出口内径；长度66.5m。炉管在顶部和底部通过静态铸造合金返回弯头连接，以形成螺旋形。来自废碱处理的排放气体和加氢再生气也将被送到裂解炉炉膛。其中，来自废碱处理单元的排放气体是连续排放的，加氢再生气是间歇排放的。当加氢反应器再生的时候才会有气体被排放进炉膛。此时炉膛应尽量避免在清焦时有再生气排放到炉膛，以免影响清焦效果。F-1160和F-1170，这两个裂解炉的底部炉膛，除裂解炉自身的清焦气进炉膛外，另外还有四种来自乙烯装置内不同设备的排放气进入炉膛。注意：来自R-1801A/B中的再生废气中有蒸汽。由于该反应器是间歇再生的。所以当该反应器停止再生的时候，蒸汽可能在管道中冷凝。等到下一次反应器再生的时候，这些冷凝水很有可能被再生气冲进裂解炉的炉膛或者直接冲击管道弯头，造成管道破裂。这是非常危险的。未避免以上情况。每当该管线需要输送废气进炉膛燃烧的时候，都需要检查管线所有可能有袋型的地方以及已经设置的水靴和蒸汽疏水器。尽快将蒸汽凝液排空。同时当反应器再生完成后，停止排放再生气后的一段时间后，依然需要检查管线中是否有蒸汽凝液。如果有，排放凝液。由于再生反应器再生时的复杂性，操作人员一定要注意管线中可能有烃类随凝液排除，蒸汽凝液排放点禁止明火。同时由于再生废气的温度高，需要注意管线烫伤人员或排放的凝液再沸灼伤人员。3.4.3急冷系统通过来自辐射室的短停留时间转接管线，每个辐射炉管的出口被连接到天花板上固定的USX急冷换热器。共有六对相同的USX并联布置。USX急冷系统能为热解反应产物提供快速有效的急冷，同时能以超高压蒸汽的形式回收热量。USX换热器包括垂直固定的套管元件，工艺物料在内管中流动，而锅炉给水则在外环中流动。USX换热器内管的内径为112.9毫米，有效传热长度为13.35米。离开每个USX元件的裂解气到达大直径焦炭收集总管的顶部（F-1180的管道配置中，没有焦炭收集总管。裂解气直接进入急冷器中）。总管的中低速度能保证，裂解气中夹带的任何焦炭颗粒都能从物流中分离出来，并收集在总管的底部。来自收集总管的裂解气被送到急冷管件急冷器。裂解炉控制理论总则三个基础蒸汽裂解变量（分别是停留时间，烃的分压，和反应温度）在工业裂解炉上借助于四个主要操作变量［分别是烃进料流量，稀释蒸汽流量，炉管出口压力，和炉管出口温度（COT）］进行调节。流量或多或少地是由裂解炉管的设计固定的，但是，如果特殊情况有要求，那么它也能略微向下调节。炉管出口压力是由裂解气体压缩机的吸入压力固定的，因此基本上无法改变。能够在实用程度上改变的唯一操作变量是COT。这是主导性的裂解变量；不过，COT这么小的变化（20到30℃）将会对裂解裂解深度有明显的影响，因此也影响裂解产率。这样，控制裂解炉的本质就是控制COT's。裂解炉控制4.2.1新鲜进料炉（位号F－1110到F－1170）HC进料通过四（4）个并联的流量控制阀进入每个裂解炉。稀释蒸汽流量通过四（4）个并联的阀门控制；每个稀释蒸汽物流通过与它对应的HC进料物流的比例来控制。关于裂解炉的完整描述见3.1节。燃烧在通过每个辐射炉膛中的单个独立的燃烧区域的辐射段中完成，因此每个裂解炉需要两个燃料气流量控制阀。新鲜进料裂解炉设计使用燃料气作燃料。燃料气流量通过在SLE入口处测得的平均炉管出口温度（COT）来控制。每个炉管中的COT利用TI（温度指示器）监测。每个HC进料流量控制阀供应四（4）个辐射炉管模块，每个模块中有11根辐射炉管。每个