Печь крекинга этилена: конструкция, материалы труб и аспекты эксплуатации

Представьте себе момент, когда на излучающем змеевике печи крекинга этилена в середине производственного цикла появляется горячая точка. Температура металла трубки начинает расти быстрее, чем во время предыдущего цикла, и команда технического обслуживания заказывает незапланированное отключение декодирования. На заводе по производству этилена мощностью один миллион тонн в год каждый потерянный производственный день может стереть значительную часть квартальной операционной прибыли. Вот почему печь для крекинга этилена , основная установка по конверсии всего этиленового комплекса, заслуживает такого же внимания при закупках, как и в повседневной работе.

Печь крекинга этилена, также называемая печью пиролиза или установкой парового крекинга, термически расщепляет углеводородное сырье, такое как нафта, этан, пропан и бутан, на этилен, пропилен, бутадиен и пиролизный бензин в присутствии разбавляющего пара. Хотя это и называется печью, реальная реакция происходит внутри излучающей катушки, где температура на выходе змеевика достигает 820–870 °C, а температура металла трубы часто превышает 1000 °C. Эти условия определяют как выход ценных олефинов, так и интервал между остановками декодирования, поэтому выбор конструкции печи оказывает прямое влияние на рентабельность установки.

Для EPC-подрядчиков и владельцев заводов практический вопрос покупки заключается не просто в том, может ли печь нагревать сырье. Вопрос в том, сможет ли выбранная конструкция выдержать металлургию, противостоять коксованию, поддерживать стабильный тепловой поток и поддерживать гарантированный срок службы в течение многих рабочих циклов. Полный печь для крекинга этилена supply package необходимо объединить геометрию змеевика, выбор горелки, площадь поверхности конвекционной секции и конструкцию системы охлаждения в одно последовательное решение, которое можно спроектировать, смонтировать и ввести в эксплуатацию в рамках графика проекта.

Китайский производитель печей для крекинга этилена, завод по индивидуальному заказу Tuopu Industry — китайский производитель печей для крекинга этилена и фабрика по индивидуальному заказу. Мы поставляем полномасштабные EPC для печей для крекинга этилена... Посмотреть продукт →

Основы процесса: откуда берется доходность

Реакция крекинга внутри радиантной катушки происходит по свободнорадикальному цепному механизму. Селективность по этилену улучшается, когда время пребывания короткое, парциальное давление углеводородов низкое, а температурный профиль приближается к максимуму только вблизи выхода змеевика. Современные печи работают со временем пребывания от 0,1 до 0,5 секунды, в зависимости от конфигурации змеевика, и используют соотношение пара к углеводороду примерно от 0,3 до 0,8 по весу для подавления коксования и ограничения повышения температуры металла труб.

Излучающая секция, конвекционная секция и система охлаждения

В лучистой секции фактически происходит растрескивание. Сырье сначала поступает в конвекционную секцию, где оно предварительно нагревается и испаряется горячими дымовыми газами; Здесь также перегревается разбавляющий пар. После выхода из радиантного змеевика при температуре от 820 до 870 °C газ крекинга быстро охлаждается в теплообменнике линии передачи (TLE), чтобы остановить вторичные реакции и восстановить пар высокого давления, который обычно приводит в действие турбину компрессора крекированного газа. Таким образом, печь работает как интегрированная энергетическая система, а не как простой пламенный нагреватель, поэтому термический КПД и рекуперация тепла должны оцениваться одновременно с выходом процесса.

Распространенные типы печей и конфигурации змеевиков

Промышленные крекинговые печи превратились в несколько хорошо известных семейств конфигураций змеевиков, каждое из которых оптимизировано для определенного диапазона сырья и степени тяжести крекинга. В таблице ниже приведены основные различия.

Практическая разница не ограничивается доходностью. Конфигурации с более коротким временем пребывания обычно требуют использования усовершенствованных трубных сплавов, способных выдерживать более высокие температуры на выходе, что увеличивает первоначальную стоимость оборудования, но может уменьшить отложение кокса и увеличить длину цикла. Оптимальный выбор зависит от состава сырья на заводе, ограничений последующей секции рекуперации и значения, которое оператор придает эксплуатационной готовности.

Материалы излучающих катушек и механизмы отказа

Излучающая катушка является наиболее важным с точки зрения безопасности компонентом печи. Большинство змеевиков изготавливают методом центробежного литья из аустенитных жаропрочных нержавеющих сталей. Классическая марка НК-40 (25Cr-20Ni) в современных печах высокой жесткости в значительной степени заменена модификациями HP-40 (25Cr-35Ni) и стабилизированными ниобием HP-40, которые обладают более высокой длительной прочностью и лучшей стойкостью к науглероживанию. Ориентировочная прочность на разрыв при ползучести в течение 100 000 часов при температуре 1000 °C составляет примерно 15–20 МПа для HK-40 по сравнению с 25–35 МПа для марок HP-40, модифицированных ниобием. Именно этот металлургический запас является причиной того, что практически во всех новых крекинговых печах используется высоколегированный материал.

Науглероживание остается доминирующим долгосрочным механизмом разложения. Углерод из технологического газа диффундирует в стенку трубы, осаждает карбиды хрома и делает металл более хрупким. Ползучесть, термическая усталость и окисление приводят к появлению трещин, которые в конечном итоге приводят к необходимости замены катушки. По этим причинам операторам и покупателям EPC нужен поставщик излучающих катушек, который контролирует химический состав сплавов, качество литья и процедуры сварки с документально подтвержденной отслеживаемостью. Поставщики со специальными продукты для крекинга труб и радиантных змеевиков обычно может предоставить положительные записи идентификации материала, отчеты о размерах и процедуры ремонта сварных швов, которые удовлетворяют инспекционный орган проекта.

Китайский производитель излучающих змеевиков, завод крекинговых труб Tuopu Industry — китайский производитель излучающих змеевиков, поставляющий высокопроизводительные крекинговые трубки и коллекторы прямо с нашего завода. Высокий... Посмотреть продукт →

Тепловой поток, коксование и длина пробега

Тепловой поток является управляющей переменной как для селективности, так и для срока службы катушки. Средний тепловой поток лучистой секции обычно ограничивается от 50 до 80 кВт/м² для крекинга нафты, но локальные пики вблизи горелок и на входе в змеевик могут превышать среднее значение в два раза. На приведенной ниже диаграмме показан типичный цикл: по мере накопления кокса на стенках внутренней трубы эффективное термическое сопротивление увеличивается, поэтому температура металла трубы поднимается вверх, чтобы поддерживать ту же температуру на выходе технологического процесса.

При приближении температуры металла труб к предельно допустимому значению для выбранного сплава печь раскоксовывают паровоздушной смесью и возвращают в работу. Для более длительных пробегов требуется более устойчивый к ползучести сплав, более жесткий контроль соотношения топливо-воздух для выравнивания локального теплового потока или меньшая жесткость процесса. Недавние усовершенствования конструкции горелок и обработка поверхности змеевика также могут замедлить прилипание кокса и продлить время работы.

Тепловая эффективность и рекуперация энергии

Печь крекинга этилена является одним из крупнейших потребителей энергии в нефтехимическом комплексе. Современные печи достигают общего теплового КПД от 92 до 94 процентов при более низкой теплотворной способности (LHV), когда конвекционная секция включает в себя рекуперацию тепла исходного сырья, предварительный нагрев воздуха для горения и TLE правильного размера. На кольцевой диаграмме ниже показано примерное распределение тепла топлива.

Ориентировочное распределение тепла топлива современной печи крекинга этилена на базе LHV.

Каждый процент предотвратимых потерь дымовых газов превращается в измеримые эксплуатационные расходы в течение двадцатилетнего срока службы печи. Наиболее экономически эффективным улучшением обычно является более глубокое модуль конвекционной секции с оребренными или шипованными трубами для рекуперации большего количества ощутимого тепла из дымовых газов. В сочетании с предварительным нагревом воздуха для горения за счет рекуперированного отходящего тепла это может снизить температуру дымовых газов на выходе примерно до 100–120 °C и повысить эффективность печи почти до 95 процентов.

Китайский производитель модулей конвекционных секций, завод Tuopu Industry — китайский производитель и завод модулей конвекционных секций, поставляющий сверхмощные модульные конвекционные секции печей... Посмотреть продукт →

На что следует обратить внимание при выборе поставщика печей

Поскольку крекинговая печь объединяет производительность процесса, металлургию и крупномасштабный монтаж на местах, решение о покупке никогда не должно основываться только на заявленной цене. Прежде чем отдать приказ, проверьте три практические области.

• Возможность реализации проекта. Поставщик должен продемонстрировать опыт поставки EPC, включая проектирование, закупки и управление строительством, а не только изготовление в цеху. Попросите список рекомендаций с указанием типа печи, сырья и года ввода в эксплуатацию.
• Широта собственного производства. Поставщик, который самостоятельно отливает излучающие змеевики, изготавливает конвекционные модули и собирает излучающий короб в контролируемой мастерской, дает владельцу лучший контроль над графиком и качеством, чем поставщик, который продает компоненты из разных цехов.
• Система качества и сертификация. Производственный цех должен работать в соответствии с системой качества, основанной на ISO, а сварщики и инспекторы должны иметь сертификаты, соответствующие кодам, указанным в проекте. Для проектов в Китае квалификация поставщика первого класса для Sinopec, CNPC или CNOOC является сильным сигналом отбора.

Tuopu Industry (Jiangsu) Co., Ltd. — поставщик, сочетающий в себе эти качества. Ее печное производство восходит к 1998 году, а производственная база включает в себя центр тяжелого оборудования площадью 40 000 м² грузоподъемностью 150 тонн, линии роботизированной сварки и специальный причал ро-ро для негабаритных нагревательных модулей. Компания является зарегистрированным поставщиком первого класса для Sinopec, CNPC и CNOOC и поставляет печи для крекинга этилена на условиях EPC. Если вы составляете короткий список, первым практическим шагом будет использование информации компании. страница контактов запросить соответствующие ссылки на проект. Вы также можете прочитать техническую статья о выборе огневого нагревателя и его применении на нефтехимических предприятиях , в котором объясняется, как в реальных проектах выбираются тип нагревателя, режим работы и выбор компоновки.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между печью крекинга этилена и паровым риформером?

Печь крекинга этилена термически расщепляет углеводороды без катализатора и использует короткое время пребывания для максимизации выхода олефинов. Установка парового риформинга, используемая для производства водорода или синтез-газа, использует никелевый катализатор внутри трубок из сплава и работает при более низких температурах на выходе и более высоком внутреннем давлении.

Зачем печи крекинга этилена нужен разбавляющий пар?

Разбавляющий пар снижает парциальное давление углеводородов, что смещает равновесие крекинга в сторону олефинов и снижает скорость отложения кокса на стенках труб. Пар также замедляет повышение температуры металла трубы и помогает проводить крекинг-газ через змеевик.

Как часто необходимо удалять кокс из печи крекинга этилена?

Типичная продолжительность цикла составляет от 30 до 80 дней для нафты и больше для этана, в зависимости от конструкции змеевика, теплового потока, степени крекинга и качества сырья. Прогон заканчивается, когда температура металла трубы достигает расчетного предела или печь больше не может поддерживать температуру на выходе.

Может ли одна крекинговая печь обрабатывать несколько видов сырья?

Многие современные печи рассчитаны на использование этана, сжиженного нефтяного газа и нафты. Однако геометрия змеевика и ожидаемая длина цикла различаются в зависимости от сырья, поэтому переход на более тяжелое сырье обычно сокращает длину цикла и требует регулировки соотношения пара и температуры на выходе змеевика.