【摘　要】：隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的推進(jìn)，燃料氣脫硫措施日益普及，使得進(jìn)一步降低加熱爐排煙溫度、提升整體熱效率成為可能。文章提出的苯乙烯裝置蒸汽過(guò)熱爐節(jié)能改造方案，利用原裝置蒸汽過(guò)熱爐對(duì)流段的預(yù)留空間，結(jié)合裝置工藝流程，通過(guò)在蒸汽過(guò)熱爐鍋爐水預(yù)熱段增加爐管，增大給鍋爐水和煙氣的傳熱面積，同時(shí)降低鍋爐水進(jìn)料溫度，來(lái)降低蒸汽過(guò)熱爐排煙溫度，進(jìn)一步回收煙氣中的余熱；降低鍋爐水進(jìn)料溫度則通過(guò)設(shè)置第二預(yù)熱器實(shí)現(xiàn)，即利用鍋爐水加熱凝液汽提塔的工藝凝液進(jìn)料，工藝凝液溫度的提高還可以降低混合器的注入蒸汽消耗。以某30萬(wàn)噸/年苯乙烯裝置為例，與常規(guī)煙氣余熱回收方法比較，本節(jié)能改造方案投資可降低約2/3，靜態(tài)投資回收期約22.5個(gè)月，對(duì)同類苯乙烯裝置具有重要的參考意義。

【關(guān)鍵詞】：苯乙烯；蒸汽過(guò)熱爐；工藝凝液汽提；節(jié)能改造

苯乙烯是一種重要的化工原料，主要用來(lái)生產(chǎn)聚苯乙烯（PS）、丁苯橡膠（SBR）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹(shù)脂（ABS）、苯乙烯-丙烯腈樹(shù)脂（SAN）和不飽和樹(shù)脂等，其產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PCV）、環(huán)氧乙烷（EO），為第四大乙烯衍生產(chǎn)品[1]。其中約80%的苯乙烯采用乙苯脫氫方法生產(chǎn)。

乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯通常采用乙苯負(fù)壓絕熱催化脫氫方法，通過(guò)高溫過(guò)熱水蒸汽與原料乙苯直接混合，提供脫氫反應(yīng)所需熱量，反應(yīng)產(chǎn)物冷凝后，這部分蒸汽形成含少量烴類的工藝凝液。高溫水蒸汽由蒸汽過(guò)熱爐提供，工藝凝液則通過(guò)工藝凝液汽提塔去除烴類后排出。

隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的推進(jìn)，提高蒸汽過(guò)熱爐效率、降低加熱爐煙氣的二氧化硫排放等節(jié)能減排措施日益受到重視。由于煙氣中的二氧化硫排放來(lái)自于燃料中所含的硫，并且由于煙氣中二氧化硫的露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，還將限制加熱爐的排煙溫度不能太低，隨著燃料氣脫硫措施日益普及，燃料氣中硫含量的降低，使進(jìn)一步降低排煙溫度、提升加熱爐整體熱效率成為可能。

對(duì)已經(jīng)投用的工業(yè)爐來(lái)說(shuō)，進(jìn)一步降低排煙溫度的常用做法是增加煙氣余熱回收系統(tǒng)，即利用煙氣余熱加熱助燃空氣，降低燃料氣消耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的[2]。

增設(shè)煙氣預(yù)熱系統(tǒng)需要設(shè)置煙氣風(fēng)機(jī)、助燃空氣風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、煙氣風(fēng)管、助燃空氣風(fēng)管等，投資較高且需占用爐子周邊一定的空間。

本文介紹一種降低蒸汽過(guò)熱爐煙氣溫度、提升加熱爐熱效率的方法，即結(jié)合苯乙烯裝置的自身特點(diǎn)，通過(guò)蒸汽過(guò)熱爐的對(duì)流段改造、增設(shè)工藝凝液預(yù)熱器等措施，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。以下以某30萬(wàn)噸/年苯乙烯裝置為基礎(chǔ)，具體介紹節(jié)能改造方案，并與常規(guī)煙氣余熱回收方法進(jìn)行節(jié)能效果和投資對(duì)比。

1、裝置情況介紹

某30萬(wàn)噸/年苯乙烯裝置與蒸汽過(guò)熱爐節(jié)能改造有關(guān)的部分原設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1.1蒸汽過(guò)熱爐

苯乙烯裝置的蒸汽過(guò)熱爐用于為反應(yīng)器提供過(guò)熱蒸汽，蒸汽過(guò)熱爐為典型的方箱爐爐型，由兩個(gè)輻射段和一個(gè)共用的對(duì)流段組成，對(duì)流段的下部為蒸汽預(yù)熱段，和兩個(gè)輻射段一起用于為反應(yīng)系統(tǒng)提供高溫過(guò)熱蒸汽，對(duì)流段的上部設(shè)置鍋爐水預(yù)熱段，利用煙氣余熱加熱鍋爐水，供裝置內(nèi)余熱鍋爐發(fā)生蒸汽用。

蒸汽過(guò)熱爐的原設(shè)計(jì)參數(shù)為：鍋爐水流量18噸/小時(shí)，入口溫度109℃，出口溫度150℃，排煙溫度126℃。蒸汽過(guò)熱爐的工藝流程示意圖及設(shè)計(jì)參數(shù)參見(jiàn)圖1。

鍋爐水預(yù)熱段由7層對(duì)流段換熱管組成，共計(jì)126根φ88.9mm翅片管，鍋爐水預(yù)熱段與下部蒸汽預(yù)熱段之間，有預(yù)留的翅片管空間，鍋爐水預(yù)熱段結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

1.2工藝凝液汽提塔系統(tǒng)

脫氫反應(yīng)器流出物經(jīng)過(guò)冷凝、油水分離后，得到工藝凝液，其中含有溶解的少量烴類，需經(jīng)過(guò)凝液汽提塔脫除其中的烴類后，排出裝置回收利用。

油水分離后，工藝凝液首先進(jìn)入進(jìn)料預(yù)熱器，與凝液汽提塔塔頂氣換熱，提升溫度進(jìn)入混合器，直接注入低壓蒸汽，再次提升溫度后，作為進(jìn)料進(jìn)入凝液汽提塔頂部，凝液汽提塔的底部則通入低壓蒸汽汽提。

凝液汽提塔塔頂為烴類和蒸汽的混合物，經(jīng)進(jìn)料換熱器冷凝后返回上游油水分離，底部為干凈的工藝凝液，排出裝置回收利用。

凝液汽提塔系統(tǒng)的原設(shè)計(jì)參數(shù)為：工藝凝液流量80t/h，溫度52℃，進(jìn)料預(yù)熱器預(yù)熱后溫度67℃，混合器注入的低壓蒸汽流量0.558t/h，溫度148℃，工藝凝液經(jīng)混合器注汽后溫度74.5℃。

凝液汽提塔系統(tǒng)的工藝流程示意圖及設(shè)計(jì)參數(shù)參見(jiàn)圖3。

2、節(jié)能改造方案

分析該裝置的流程及設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)現(xiàn)：①現(xiàn)有鍋爐水預(yù)熱段進(jìn)水溫度較高，如需降低蒸汽過(guò)熱爐的排煙溫度，則需降低鍋爐水入口溫度并增加鍋爐水預(yù)熱段爐管面積，現(xiàn)有裝置的鍋爐水預(yù)熱段有預(yù)留的空間，可以增加對(duì)流段爐管；②現(xiàn)有鍋爐水的溫度109℃、流量18t/h，進(jìn)料預(yù)熱器后的工藝凝液溫度67℃、流量18t/h，兩者的溫差和流量對(duì)于設(shè)置換熱器是合適的。

同時(shí)由于預(yù)熱后的鍋爐水用于下游設(shè)備發(fā)生蒸汽，為避免預(yù)熱后鍋爐水溫度變化引起產(chǎn)氣量的變化，設(shè)計(jì)方案以預(yù)熱后鍋爐水出口溫度不變?yōu)闂l件，根據(jù)現(xiàn)有空間可增加的爐管面積，確定鍋爐水入口溫度，再按鍋爐水降溫要求，進(jìn)行工藝凝液第二預(yù)熱器的熱工設(shè)計(jì)，利用工藝凝液使鍋爐水降溫至所需溫度，形成的節(jié)能改造方案如下：

（1）在凝液汽提塔進(jìn)料預(yù)熱器之后，增設(shè)第二預(yù)熱器，利用109℃的鍋爐水，將67℃的工藝凝液進(jìn)一步預(yù)熱至72.4℃，同時(shí)鍋爐水溫度降至85℃再送至蒸汽過(guò)熱爐鍋爐水預(yù)熱段[3-4]；

（2）在蒸汽過(guò)熱爐鍋爐水預(yù)熱段和蒸汽預(yù)熱段之間，利用原預(yù)留空間，增設(shè)爐管增大鍋爐水預(yù)熱段面積，共4排總計(jì)40根φ141mm翅片管，滿足鍋爐水入口溫度降至85℃后，出口溫度維持150℃不變的要求[3-4]。

改造方案的流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4。

3、節(jié)能效果及對(duì)比分析

3.1節(jié)能效果

常規(guī)的煙氣余熱回收系統(tǒng)，通過(guò)空氣預(yù)熱器回收煙氣的余熱來(lái)加熱助燃空氣，回收的煙氣余熱以燃料氣消耗的降低來(lái)體現(xiàn)，本節(jié)能改造方案回收的煙氣余熱，則通過(guò)降低裝置蒸汽消耗來(lái)體現(xiàn)。

節(jié)能改造方案實(shí)施前后的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

從表1的對(duì)比可以看出，節(jié)能改造方案通過(guò)增加鍋爐水預(yù)熱段爐管面積、降低鍋爐水入口溫度，進(jìn)一步回收煙氣中的余熱，蒸汽過(guò)熱爐排煙溫度由126℃減低至100℃，回收的熱量通過(guò)設(shè)置第二預(yù)熱器加熱凝液汽提塔進(jìn)料，從而節(jié)省混合器的注入蒸汽消耗，混合器的注入蒸汽消耗量由0.558t/h降低至0.165t/h，降低0.393t/h。

3.2投資回報(bào)及對(duì)比

節(jié)能改造方案的工程量包括在蒸汽過(guò)熱爐的鍋爐給水預(yù)熱段增設(shè)對(duì)流段爐管以增大傳熱面積、增設(shè)工藝凝液第二預(yù)熱器以及相關(guān)的管道、儀表、支撐設(shè)備的鋼結(jié)構(gòu)等，投資估算見(jiàn)表2。

節(jié)能改造方案投資估算106.5萬(wàn)元，節(jié)省的低壓蒸汽按167元/噸計(jì)，則靜態(tài)投資回收期約22.5個(gè)月。

同類裝置采用的常規(guī)煙氣余熱回收系統(tǒng)，配置了包括助燃空氣預(yù)熱器、助燃空氣風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)管道、熱風(fēng)總管及分支管道、熱風(fēng)管道膨脹節(jié)、風(fēng)管支吊架等，全套投資概算約為340萬(wàn)元（見(jiàn)表3），與之對(duì)比，本節(jié)能改造方案投資可節(jié)省約2/3。

4、結(jié)論

苯乙烯裝置的蒸汽過(guò)熱爐，在鍋爐水預(yù)熱段有預(yù)留空間、鍋爐水溫度較高的條件下，可通過(guò)以下方案實(shí)施節(jié)能改造：

（1）在預(yù)留空間內(nèi)增加對(duì)流段爐管，增大鍋爐水與煙氣的傳熱面積，同時(shí)降低鍋爐水溫度，以降低蒸汽過(guò)熱爐的排煙溫度，進(jìn)一步回收煙氣中的余熱；

（2）設(shè)置第二預(yù)熱器，利用鍋爐水加熱凝液汽提塔的進(jìn)料工藝凝液，降低鍋爐水溫度，提高工藝凝液的預(yù)熱溫度，工藝凝液溫度提高后，可降低混合器注入蒸汽的消耗量。

與常規(guī)的設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)以降低燃料氣消耗的方法比較，上述方法回收的煙氣余熱通過(guò)降低蒸汽消耗來(lái)體現(xiàn)，具有投資低，投資回收期短的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)石油化工集團(tuán)公司人事部，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司人事服務(wù)中心.苯乙烯裝置操作工[M].北京：中國(guó)石化出版社，2009：1-8.

[2]樊夢(mèng)芳，盧浩.管式加熱爐煙氣余熱利用技術(shù)[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2013，24（4）：47-48.

[3]孫蘭義，劉立新、馬占華，等.換熱器工藝設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2015：232-248.

[4]中石化上海工程有限公司.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）[M].5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2018：933-970