เตาแคร็กเอทิลีน: การออกแบบ วัสดุท่อ และข้อควรพิจารณาในการใช้งาน

ลองนึกภาพช่วงเวลาที่จุดร้อนปรากฏขึ้นบนคอยล์แผ่รังสีของเตาแคร็กเอทิลีนในระหว่างดำเนินการผลิต อุณหภูมิของโลหะท่อเริ่มสูงขึ้นเร็วกว่าในรอบก่อนหน้า และทีมบำรุงรักษาจองการปิดระบบถอดรหัสโดยไม่ได้วางแผนไว้ ที่โรงงานเอทิลีนหนึ่งล้านตันต่อปี ทุกๆ วันที่สูญเสียการผลิตสามารถลบส่วนแบ่งที่สำคัญของอัตรากำไรจากการดำเนินงานรายไตรมาสได้ นั่นคือเหตุผลว่าทำไม เตาแคร็กเอทิลีน ซึ่งเป็นหน่วยแปลงหลักของเอทิลีนคอมเพล็กซ์ทั้งหมด สมควรได้รับความสนใจระหว่างการจัดซื้อพอๆ กับที่ได้รับระหว่างการดำเนินงานในแต่ละวัน

เตาแคร็กเอทิลีนหรือที่เรียกว่าเตาไพโรไลซิสหรือแครกเกอร์ไอน้ำ จะใช้ความร้อนในการแตกวัตถุดิบตั้งต้นไฮโดรคาร์บอน เช่น แนฟทา อีเทน โพรเพน และบิวเทนให้เป็นเอทิลีน โพรพิลีน บิวทาไดอีน และน้ำมันเบนซินไพโรไลซิสโดยมีไอน้ำเจือจาง แม้ว่าจะเรียกว่าเตาหลอม แต่ปฏิกิริยาจริงเกิดขึ้นภายในคอยล์แผ่รังสี โดยที่อุณหภูมิทางออกของคอยล์จะสูงถึง 820 ถึง 870 °C และอุณหภูมิของโลหะท่อมักจะเกิน 1,000 °C เงื่อนไขเหล่านี้จะกำหนดทั้งผลผลิตของโอเลฟินส์ที่มีคุณค่าและช่วงเวลาระหว่างการหยุดถอดรหัส ดังนั้นตัวเลือกการออกแบบที่ทำในเตาเผาจึงมีผลกระทบโดยตรงต่อผลกำไรของโรงงาน

สำหรับผู้รับเหมา EPC และเจ้าของโรงงาน คำถามในการซื้อเชิงปฏิบัติไม่ใช่แค่ว่าเตาเผาสามารถให้ความร้อนแก่อาหารสัตว์ได้หรือไม่ คำถามคือว่าการออกแบบที่เลือกสามารถยึดถือโลหะวิทยา ต้านทานโค้ก รักษาฟลักซ์ความร้อนที่เสถียร และรองรับอายุการใช้งานที่รับประกันตลอดรอบการทำงานหลายรอบหรือไม่ สมบูรณ์ เตาแคร็กเอทิลีน supply package ต้องผสานรวมรูปทรงของคอยล์ การเลือกหัวเผา พื้นที่ผิวส่วนการพาความร้อน และการออกแบบระบบดับไฟให้เป็นโซลูชันเดียวที่สามารถสร้าง สร้าง และทดสอบการใช้งานได้ภายในกำหนดการของโครงการ

ผู้ผลิตเตาแคร็กเอทิลีนของจีน โรงงานสั่งทำพิเศษ Tuopu Industry เป็นผู้ผลิตเตาแคร็กเอทิลีนของจีนและโรงงานตามสั่ง เราจัดส่ง EPC เต็มรูปแบบสำหรับเตาแคร็กเอทิลีน... ดูผลิตภัณฑ์ →

พื้นฐานกระบวนการ: ผลผลิตมาจากไหน

ปฏิกิริยาการแตกร้าวภายในคอยล์แผ่รังสีเป็นไปตามกลไกลูกโซ่อนุมูลอิสระ ความสามารถในการคัดเลือกเอทิลีนจะดีขึ้นเมื่อระยะเวลาคงตัวสั้น ความดันย่อยของไฮโดรคาร์บอนต่ำ และโปรไฟล์อุณหภูมิเข้าใกล้ค่าสูงสุดเฉพาะบริเวณใกล้กับทางออกของคอยล์เท่านั้น เตาเผาสมัยใหม่ทำงานโดยมีเวลาคงตัวอยู่ที่ 0.1 ถึง 0.5 วินาที ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าคอยล์ และใช้อัตราส่วนไอน้ำต่อไฮโดรคาร์บอนประมาณ 0.3 ถึง 0.8 โดยน้ำหนักเพื่อยับยั้งถ่านโค้กและจำกัดอุณหภูมิของโลหะท่อที่เพิ่มขึ้น

ส่วนการแผ่รังสี ส่วนการพาความร้อน และระบบดับ

ส่วนที่มีการแผ่รังสีคือส่วนที่เกิดการแตกร้าวจริง ฟีดจะเข้าสู่ส่วนการพาความร้อนก่อน ซึ่งจะถูกทำให้ร้อนและทำให้ระเหยโดยก๊าซไอเสียร้อน ไอน้ำเจือจางก็มีความร้อนยวดยิ่งเช่นกัน หลังจากทิ้งคอยล์แผ่รังสีไว้ที่ 820 ถึง 870 °C ก๊าซที่แตกร้าวจะถูกดับอย่างรวดเร็วใน Transfer Line Exchanger (TLE) เพื่อหยุดปฏิกิริยาทุติยภูมิและนำไอน้ำแรงดันสูงกลับคืนมา ซึ่งโดยทั่วไปจะขับเคลื่อนกังหันเครื่องอัดก๊าซที่แตกร้าว ดังนั้นเตาเผาจึงทำงานเป็นระบบพลังงานแบบบูรณาการแทนที่จะเป็นเครื่องทำความร้อนแบบยิงธรรมดา ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงต้องประเมินประสิทธิภาพเชิงความร้อนและการนำความร้อนกลับคืนมาในเวลาเดียวกันกับผลผลิตของกระบวนการ

ประเภทเตาทั่วไปและการกำหนดค่าคอยล์

เตาแคร็กทางอุตสาหกรรมได้พัฒนาไปสู่ตระกูลคอยล์ที่รู้จักกันดีบางกลุ่ม โดยแต่ละตระกูลได้รับการปรับให้เหมาะกับวัตถุดิบตั้งต้นเฉพาะกลุ่มและความรุนแรงของการแคร็ก ตารางด้านล่างสรุปความแตกต่างที่สำคัญ

ความแตกต่างในทางปฏิบัติไม่ได้จำกัดอยู่ที่ผลผลิตเท่านั้น โดยทั่วไปการกำหนดค่าระยะเวลาพักอาศัยที่สั้นกว่านั้นโดยทั่วไปต้องใช้โลหะผสมของท่อขั้นสูงเพื่อทนต่ออุณหภูมิทางออกที่สูงขึ้น ซึ่งจะเพิ่มต้นทุนอุปกรณ์เริ่มต้น แต่สามารถลดการวางโค้กและขยายระยะเวลาการทำงานได้ ตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับกระดานชนวนวัตถุดิบของโรงงาน ข้อจำกัดของส่วนการกู้คืนขั้นปลายน้ำ และมูลค่าที่ผู้ปฏิบัติงานกำหนดไว้ต่อความพร้อมในการดำเนินการ

วัสดุคอยล์เรืองแสงและกลไกความล้มเหลว

คอยล์แผ่รังสีเป็นส่วนประกอบที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัยมากที่สุดในเตาเผา คอยล์ส่วนใหญ่ผลิตโดยการหล่อแบบแรงเหวี่ยงจากเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกทนความร้อน เกรดคลาสสิก HK-40 (25Cr-20Ni) ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยเตาเผาที่มีความรุนแรงสูงสมัยใหม่โดย HP-40 (25Cr-35Ni) และการปรับเปลี่ยน HP-40 ที่เสถียรด้วยไนโอเบียม ซึ่งให้ความต้านทานการแตกร้าวจากการคืบที่สูงขึ้นและความต้านทานต่อการเกิดคาร์บูไรเซชันได้ดีขึ้น ค่าความต้านทานการแตกของครีพที่ 100,000 ชั่วโมงที่บ่งชี้ที่ 1,000 °C มีค่าประมาณ 15 ถึง 20 MPa สำหรับ HK-40 เทียบกับ 25 ถึง 35 MPa สำหรับเกรด HP-40 ที่ดัดแปลงด้วยไนโอเบียม ขอบทางโลหะวิทยานี้เป็นเหตุผลว่าทำไมเตาแคร็กใหม่เกือบทั้งหมดจึงระบุวัสดุที่มีโลหะผสมสูงกว่า

การเติมคาร์บอนยังคงเป็นกลไกการย่อยสลายที่โดดเด่นในระยะยาว คาร์บอนจากก๊าซในกระบวนการจะกระจายเข้าสู่ผนังท่อ ตกตะกอนโครเมียมคาร์ไบด์ และทำให้โลหะเปราะมากขึ้น ความเสียหายจากการคืบคลาน ความล้าจากความร้อน และการเกิดออกซิเดชันจะทำให้เกิดรอยแตกร้าวซึ่งในที่สุดก็บังคับให้ต้องเปลี่ยนคอยล์ ด้วยเหตุผลเหล่านี้ ผู้ปฏิบัติงานและผู้ซื้อ EPC จึงต้องการซัพพลายเออร์คอยล์เรเดียนท์ที่ควบคุมเคมีโลหะผสม คุณภาพการหล่อ และขั้นตอนการเชื่อมพร้อมการตรวจสอบย้อนกลับที่เป็นเอกสาร ซัพพลายเออร์ที่มีความทุ่มเท ท่อแคร็กและผลิตภัณฑ์เรเดียนคอยล์ โดยปกติสามารถจัดทำบันทึกการระบุวัสดุที่เป็นบวก รายงานขนาด และขั้นตอนการซ่อมแซมรอยเชื่อมที่เป็นไปตามหน่วยงานตรวจสอบของโครงการ

ผู้ผลิตคอยล์ Radiant ของจีน โรงงานท่อแคร็ก Tuopu Industry เป็นผู้ผลิตคอยล์เรเดียนท์ของจีนที่จัดหาท่อแคร็กประสิทธิภาพสูงและตัวสะสมโดยตรงจากโรงงานของเรา ฮิก... ดูผลิตภัณฑ์ →

ฟลักซ์ความร้อน โค้ก และระยะวิ่ง

ฟลักซ์ความร้อนเป็นตัวแปรควบคุมสำหรับทั้งการเลือกและอายุการใช้งานของคอยล์ ฟลักซ์ความร้อนส่วนการแผ่รังสีโดยเฉลี่ยจะถูกจำกัดไว้ที่ 50 ถึง 80 กิโลวัตต์/ตร.ม. สำหรับการแคร็กแนฟทา แต่จุดสูงสุดในพื้นที่ใกล้กับหัวเผาและที่ทางเข้าของคอยล์อาจเกินค่าเฉลี่ยได้สองเท่า แผนภูมิด้านล่างแสดงให้เห็นถึงวงจรทั่วไป: เมื่อโค้กสะสมอยู่บนผนังท่อด้านใน ความต้านทานความร้อนที่มีประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นอุณหภูมิของโลหะท่อจึงลอยขึ้นด้านบนเพื่อรักษาอุณหภูมิทางออกของกระบวนการเท่าเดิม

เมื่ออุณหภูมิของโลหะท่อเข้าใกล้ค่าสูงสุดที่อนุญาตสำหรับโลหะผสมที่เลือก เตาจะถูกแยกส่วนด้วยส่วนผสมของไอน้ำและอากาศและกลับสู่การใช้งานอีกครั้ง การวิ่งระยะไกลต้องใช้โลหะผสมที่ทนต่อการคืบคลานมากขึ้น การควบคุมอัตราส่วนเชื้อเพลิง-อากาศที่เข้มงวดมากขึ้น เพื่อลดระดับฟลักซ์ความร้อนในท้องถิ่น หรือลดความรุนแรงของกระบวนการ การปรับปรุงการออกแบบหัวเผาล่าสุดและการรักษาพื้นผิวคอยล์ยังสามารถชะลอการยึดเกาะของโค้กและยืดเวลาออนสตรีมได้อีกด้วย

ประสิทธิภาพเชิงความร้อนและการนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่

เตาแคร็กเอทิลีนเป็นหนึ่งในผู้ใช้พลังงานรายใหญ่ที่สุดในกลุ่มปิโตรเคมี เตาเผาสมัยใหม่มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนโดยรวม 92 ถึง 94 เปอร์เซ็นต์บนพื้นฐานค่าความร้อน (LHV) ที่ต่ำกว่า เมื่อส่วนการพาความร้อนประกอบด้วยการนำความร้อนจากน้ำทิ้งที่ป้อนกลับคืนมา การอุ่นอากาศจากการเผาไหม้ และ TLE ที่มีขนาดถูกต้อง แผนภูมิโดนัทด้านล่างแสดงรายละเอียดการกระจายความร้อนของเชื้อเพลิง

การกระจายความร้อนเชื้อเพลิงบ่งชี้ของเตาแคร็กเอทิลีนสมัยใหม่ พื้นฐาน LHV

ทุกเปอร์เซ็นต์ของการสูญเสียก๊าซไอเสียที่สามารถหลีกเลี่ยงได้จะแปลงเป็นต้นทุนการดำเนินงานที่วัดได้ตลอดอายุการใช้งานยี่สิบปีของเตาเผา การปรับปรุงที่คุ้มค่าที่สุดมักจะอยู่ที่ระดับลึกกว่านั้น โมดูลส่วนการพาความร้อน ด้วยท่อแบบครีบหรือแบบสตั๊ดเพื่อนำความร้อนที่เหมาะสมจากก๊าซไอเสียกลับมาใช้ใหม่ เมื่อใช้ร่วมกับการอุ่นอากาศเพื่อการเผาไหม้ซึ่งขับเคลื่อนโดยความร้อนเหลือทิ้งที่นำกลับมาใช้ใหม่ จะทำให้อุณหภูมิทางออกของก๊าซไอเสียลดลงเหลือประมาณ 100 ถึง 120 °C และยกประสิทธิภาพเตาเผาได้เกือบ 95 เปอร์เซ็นต์

ประเทศจีนผู้ผลิตโมดูลส่วนการพาความร้อน, โรงงาน Tuopu Industry เป็นผู้ผลิตและโรงงานโมดูลส่วนการพาความร้อนของจีน ซึ่งนำเสนอส่วนการพาความร้อนของเตาโมดูลาร์สำหรับงานหนักที่... ดูผลิตภัณฑ์ →

สิ่งที่ต้องตรวจสอบเมื่อเลือกผู้จำหน่ายเตาหลอม

เนื่องจากเตาแคร็กเชื่อมโยงประสิทธิภาพของกระบวนการ โลหะวิทยา และการสร้างสนามขนาดใหญ่ การตัดสินใจซื้อจึงไม่ควรขึ้นอยู่กับราคาที่เสนอเพียงอย่างเดียว ก่อนที่จะออกคำสั่ง ให้ตรวจสอบขอบเขตการปฏิบัติสามประการก่อน

• ความสามารถในการดำเนินโครงการ ซัพพลายเออร์ควรแสดงให้เห็นถึงประวัติการส่งมอบ EPC รวมถึงวิศวกรรม การจัดซื้อ และการจัดการการก่อสร้าง ไม่ใช่แค่การผลิตในร้านค้าเท่านั้น ขอรายการอ้างอิงพร้อมประเภทของเตาเผา วัตถุดิบตั้งต้น และปีที่เริ่มดำเนินการ
• ความกว้างของการผลิตภายในองค์กร ซัพพลายเออร์ที่หล่อคอยล์แผ่รังสีของตนเอง ประดิษฐ์โมดูลการพาความร้อน และประกอบกล่องรังสีในโรงงานที่มีการควบคุม ช่วยให้เจ้าของสามารถควบคุมกำหนดเวลาและคุณภาพได้ดีกว่าซัพพลายเออร์ที่เป็นตัวแทนขายส่วนประกอบจากโรงงานต่างๆ
• ระบบคุณภาพและการรับรอง โรงงานแปรรูปควรดำเนินการภายใต้ระบบคุณภาพตามมาตรฐาน ISO และช่างเชื่อมและพนักงานตรวจสอบควรถือใบรับรองที่เกี่ยวข้องกับรหัสที่ระบุในโครงการ สำหรับโครงการในจีน การมีคุณสมบัติเป็นซัพพลายเออร์ระดับหนึ่งของ Sinopec, CNPC หรือ CNOOC ถือเป็นสัญญาณคัดกรองที่แข็งแกร่ง

Tuopu Industry (Jiangsu) Co., Ltd. คือซัพพลายเออร์รายหนึ่งที่รวมคุณลักษณะเหล่านี้เข้าด้วยกัน ธุรกิจเตาหลอมของบริษัทย้อนกลับไปในปี 1998 และฐานการผลิตประกอบด้วยศูนย์อุปกรณ์หนักขนาด 40,000 ตร.ม. พร้อมความสามารถในการยก 150 ตัน สายการเชื่อมด้วยหุ่นยนต์ และท่าเรือ ro-ro เฉพาะสำหรับโมดูลทำความร้อนขนาดใหญ่ บริษัทเป็นซัพพลายเออร์อันดับหนึ่งของ Sinopec, CNPC และ CNOOC และส่งมอบเตาแคร็กเอทิลีนแบบ EPC หากคุณกำลังสร้างรายชื่อผู้สนใจ ขั้นตอนแรกที่ใช้งานได้จริงคือการใช้ตัวเลือกของบริษัท หน้าการติดต่อ เพื่อขออ้างอิงโครงการที่เกี่ยวข้อง คุณยังสามารถอ่านทางเทคนิคได้ บทความเรื่องการเลือกเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงและการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมในโรงงานปิโตรเคมี ซึ่งอธิบายวิธีการสร้างประเภทเครื่องทำความร้อน อัตราหน้าที่ และตัวเลือกเค้าโครงในโครงการจริง

คำถามที่พบบ่อย

อะไรคือความแตกต่างระหว่างเตาแคร็กเอทิลีนกับเครื่องรีฟอร์มเมอร์ไอน้ำ?

เตาแคร็กเอทิลีนจะแตกไฮโดรคาร์บอนด้วยความร้อนโดยไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา และใช้เวลาพักตัวสั้นเพื่อเพิ่มผลผลิตโอเลฟินให้สูงสุด เครื่องปฏิรูปไอน้ำที่ใช้สำหรับการผลิตไฮโดรเจนหรือซินกาส อาศัยตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลภายในท่อโลหะผสม และทำงานที่อุณหภูมิทางออกต่ำกว่าและความดันภายในสูงขึ้น

เหตุใดเตาแคร็กเอทิลีนจึงต้องใช้ไอน้ำเจือจาง

ไอน้ำเจือจางจะลดความดันบางส่วนของไฮโดรคาร์บอน ซึ่งจะเปลี่ยนสมดุลการแตกร้าวไปสู่โอเลฟินส์ และลดอัตราการสะสมโค้กบนผนังท่อ ไอน้ำยังช่วยชะลออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของโลหะท่อ และช่วยส่งก๊าซที่แตกร้าวผ่านขดลวด

เตาแคร็กเอทิลีนจะต้องถูกถอดรหัสบ่อยแค่ไหน?

ระยะเวลาดำเนินการโดยทั่วไปมีตั้งแต่ 30 ถึง 80 วันสำหรับวัตถุดิบแนฟทา และนานกว่าสำหรับอีเทน ขึ้นอยู่กับการออกแบบคอยล์ ฟลักซ์ความร้อน ความรุนแรงของการแตกร้าว และคุณภาพของวัตถุดิบ การทำงานจะสิ้นสุดลงเมื่ออุณหภูมิของท่อโลหะถึงขีดจำกัดการออกแบบ หรือเตาเผาไม่สามารถรักษาอุณหภูมิทางออกได้อีกต่อไป

เตาแคร็กตัวเดียวสามารถรองรับวัตถุดิบตั้งต้นหลายตัวได้หรือไม่

เตาเผาสมัยใหม่จำนวนมากได้รับการออกแบบให้มีความยืดหยุ่นระหว่างอีเทน แอลพีจี และแนฟทา อย่างไรก็ตาม รูปทรงของคอยล์และความยาวการทำงานที่คาดหวังจะแตกต่างกันไปตามวัตถุดิบตั้งต้น ดังนั้นการเปลี่ยนไปใช้การป้อนที่หนักกว่ามักจะทำให้ระยะเวลาการทำงานสั้นลง และจำเป็นต้องปรับอัตราส่วนไอน้ำและอุณหภูมิทางออกของคอยล์