فرن تكسير الإيثيلين: التصميم ومواد الأنابيب واعتبارات التشغيل

تصور اللحظة التي تظهر فيها نقطة ساخنة على الملف المشع لفرن تكسير الإيثيلين في منتصف عملية الإنتاج. تبدأ درجات حرارة الأنابيب المعدنية في الارتفاع بشكل أسرع مما كانت عليه خلال الدورة السابقة، ويحجز فريق الصيانة إيقاف تشغيل فك التشفير بشكل غير مخطط له. في مصنع الإيثيلين بطاقة مليون طن سنويًا، يمكن لكل يوم إنتاج ضائع أن يمحو حصة كبيرة من هامش التشغيل ربع السنوي. ولهذا السبب فرن تكسير الإيثيلين ، وحدة التحويل الأساسية لمجمع الإيثيلين بأكمله، تستحق نفس القدر من الاهتمام أثناء الشراء كما تتلقاه أثناء التشغيل اليومي.

يقوم فرن تكسير الإيثيلين، والذي يُسمى أيضًا فرن الانحلال الحراري أو التكسير البخاري، بتكسير المواد الخام الهيدروكربونية حراريًا مثل النافتا والإيثان والبروبان والبيوتان إلى إيثيلين وبروبيلين وبوتادين وبنزين الانحلال الحراري في وجود بخار مخفف. على الرغم من تسميته بالفرن، إلا أن التفاعل الفعلي يحدث داخل الملف المشع، حيث تصل درجات حرارة مخرج الملف إلى 820 إلى 870 درجة مئوية وغالبًا ما تتجاوز درجات حرارة الأنبوب المعدني 1000 درجة مئوية. تحدد هذه الظروف كلاً من إنتاج الأوليفينات القيمة والفاصل الزمني بين توقفات فك التشفير، وبالتالي فإن اختيارات التصميم التي يتم إجراؤها في الفرن لها تأثير مباشر على ربحية المصنع.

بالنسبة لمقاولي EPC وأصحاب المصانع، فإن سؤال الشراء العملي ليس مجرد ما إذا كان الفرن يمكنه تسخين التغذية. والسؤال هو ما إذا كان التصميم المختار يمكنه الحفاظ على تعدينه، ومقاومة فحم الكوك، والحفاظ على تدفق حراري مستقر، ودعم عمر الخدمة المضمون على مدار العديد من دورات التشغيل. كامل فرن تكسير الإيثيلين supply package يجب دمج هندسة الملف واختيار الموقد ومساحة سطح قسم الحمل الحراري وتصميم نظام التبريد في حل واحد متماسك يمكن تصميمه وتركيبه وتشغيله ضمن الجدول الزمني للمشروع.

الصين مصنع فرن تكسير الإيثيلين، مصنع مخصص Tuopu Industry هي شركة صينية متخصصة في تصنيع أفران تكسير الإيثيلين ومصنع مخصص، نحن نقدم EPC واسع النطاق لأفران تكسير الإيثيلين... عرض المنتج →

أساسيات العملية: من أين يأتي العائد

يتبع تفاعل التكسير داخل الملف المشع آلية سلسلة الجذور الحرة. تتحسن انتقائية الإيثيلين عندما يكون وقت المكوث قصيرًا، ويكون الضغط الجزئي للهيدروكربون منخفضًا، وتقترب درجة الحرارة من الحد الأقصى فقط بالقرب من مخرج الملف. تعمل الأفران الحديثة بأوقات بقاء تتراوح من 0.1 إلى 0.5 ثانية، اعتمادًا على تكوين الملف، وتستخدم نسب البخار إلى الهيدروكربون التي تبلغ حوالي 0.3 إلى 0.8 بالوزن لقمع فحم الكوك والحد من ارتفاع درجة حرارة الأنبوب المعدني.

قسم مشع، قسم الحمل الحراري، ونظام التبريد

القسم المشع هو المكان الذي يحدث فيه التشقق بالفعل. تدخل التغذية أولاً إلى قسم الحمل الحراري، حيث يتم تسخينها وتبخيرها بواسطة غاز المداخن الساخن؛ يتم أيضًا تسخين بخار التخفيف هناك. بعد ترك الملف المشع عند درجة حرارة 820 إلى 870 درجة مئوية، يتم إخماد الغاز المتصدع بسرعة في مبادل خط النقل (TLE) لإيقاف التفاعلات الثانوية واستعادة البخار عالي الضغط، والذي عادةً ما يحرك توربين ضاغط الغاز المتصدع. لذلك يعمل الفرن كنظام طاقة متكامل بدلاً من سخان بسيط، ولهذا السبب يجب تقييم الكفاءة الحرارية واسترداد الحرارة في نفس الوقت الذي يتم فيه تقييم إنتاجية العملية.

أنواع الأفران الشائعة وتكوينات الملفات

لقد تطورت أفران التكسير الصناعية إلى عدد قليل من عائلات تكوينات الملفات المعروفة، تم تحسين كل منها لمجموعة معينة من المواد الأولية وشدة التكسير. ويلخص الجدول أدناه الاختلافات الرئيسية.

ولا يقتصر الاختلاف العملي على العائد. تتطلب التكوينات ذات وقت الإقامة الأقصر عمومًا سبائك أنبوبية متقدمة لتحمل درجات حرارة أعلى عند المخرج، مما يزيد من تكلفة المعدات الأولية ولكن يمكن أن يقلل من ترسيب فحم الكوك ويطيل طول التشغيل. ويعتمد الاختيار الأمثل على قائمة المواد الخام في المصنع، والقيود المفروضة على قسم الاسترداد النهائي، والقيمة التي يضعها المشغل على التوفر أثناء الإنتاج.

مواد الملف المشع وآليات الفشل

يعد الملف المشع هو العنصر الأكثر أهمية للسلامة في الفرن. يتم إنتاج معظم الملفات عن طريق الصب بالطرد المركزي من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المقاوم للحرارة. تم استبدال الدرجة الكلاسيكية، HK-40 (25Cr-20Ni)، إلى حد كبير في الأفران الحديثة عالية الخطورة بتعديلات HP-40 (25Cr-35Ni) وHP-40 المستقرة بالنيوبيوم، والتي توفر قوة تمزق زحف أعلى ومقاومة أفضل للكربنة. تبلغ قوة تمزق الزحف الإرشادية لمدة 100000 ساعة عند 1000 درجة مئوية حوالي 15 إلى 20 ميجا باسكال لـ HK-40، مقارنة بـ 25 إلى 35 ميجا باسكال لدرجات HP-40 المعدلة بالنيوبيوم. هذا الهامش المعدني هو السبب وراء تحديد جميع أفران التكسير الجديدة تقريبًا للمواد ذات السبائك الأعلى.

تظل الكربنة هي آلية التحلل المهيمنة على المدى الطويل. ينتشر الكربون من غاز المعالجة إلى جدار الأنبوب، ويترسب كربيدات الكروم، ويجعل المعدن أكثر هشاشة. يؤدي التلف الزاحف والتعب الحراري والأكسدة إلى ظهور تشققات تؤدي في النهاية إلى استبدال الملف. لهذه الأسباب، يحتاج المشغلون ومشتري EPC إلى مورد لفائف مشعة يتحكم في كيمياء السبائك وجودة الصب وإجراءات اللحام مع إمكانية التتبع الموثقة. الموردين مع مخصصة تكسير الأنابيب ومنتجات لفائف مشع يمكن عادةً توفير سجلات تعريف المواد الإيجابية وتقارير الأبعاد وإجراءات إصلاح اللحام التي ترضي هيئة التفتيش الخاصة بالمشروع.

الصين مصنع لفائف مشع، تكسير مصنع الأنبوب Tuopu Industry هي شركة مصنعة للملفات المشعة في الصين، حيث تقوم بتزويد أنابيب التكسير ومجمعات التكسير عالية الأداء مباشرة من مصنعنا. عالية... عرض المنتج →

التدفق الحراري، والتكويك، وطول التشغيل

التدفق الحراري هو المتغير المتحكم في كل من الانتقائية وعمر الملف. عادةً ما يقتصر متوسط ​​التدفق الحراري للمقطع الإشعاعي على 50 إلى 80 كيلووات/م² لتكسير النافتا، لكن القمم المحلية بالقرب من الشعلات وعند مدخل الملف يمكن أن تتجاوز المتوسط ​​بعامل اثنين. يوضح الرسم البياني أدناه دورة نموذجية: عندما يتراكم فحم الكوك على جدار الأنبوب الداخلي، تزداد المقاومة الحرارية الفعالة، وبالتالي تنجرف درجة حرارة معدن الأنبوب لأعلى للحفاظ على نفس درجة حرارة مخرج العملية.

عندما تقترب درجة حرارة الأنبوب المعدني من الحد الأقصى المسموح به للسبائك المختارة، يتم فك الفرن بخليط البخار والهواء وإعادته إلى الخدمة. تتطلب عمليات التشغيل الأطول سبيكة أكثر مقاومة للزحف، أو تحكمًا أكثر إحكامًا في نسبة الوقود إلى الهواء لمستوى تدفق الحرارة المحلي، أو شدة أقل للعملية. يمكن أن تؤدي التحسينات الحديثة في تصميم الموقد والمعالجات السطحية للملف أيضًا إلى تأخير التصاق فحم الكوك وإطالة وقت التشغيل.

الكفاءة الحرارية واستعادة الطاقة

يعد فرن تكسير الإيثيلين أحد أكبر مستهلكي الطاقة في مجمع البتروكيماويات. تصل الأفران الحديثة إلى 92 إلى 94 بالمائة من الكفاءة الحرارية الإجمالية على أساس قيمة تسخين أقل (LHV) عندما يشتمل قسم الحمل الحراري على استعادة حرارة تدفقات التغذية السائلة، والتسخين المسبق لهواء الاحتراق، وحجم صحيح من TLE. يعطي الرسم البياني الدائري أدناه تفصيلاً إرشاديًا لتوزيع حرارة الوقود.

التوزيع الإرشادي لحرارة الوقود لفرن تكسير الإيثيلين الحديث، على أساس LHV.

تُترجم كل نقطة مئوية من فقدان غاز المداخن الذي يمكن تجنبه إلى تكلفة تشغيل قابلة للقياس على مدار عمر الفرن البالغ عشرين عامًا. إن التحسين الأكثر فعالية من حيث التكلفة عادة ما يكون أعمق وحدة قسم الحمل الحراري مع أنابيب ذات زعانف أو مرصعة لاستعادة حرارة أكثر منطقية من غاز المداخن. إلى جانب التسخين المسبق لهواء الاحتراق المدفوع بالحرارة المهدرة المستردة، يمكن أن يؤدي ذلك إلى خفض درجة حرارة خروج غاز المداخن إلى حوالي 100 إلى 120 درجة مئوية ورفع كفاءة الفرن إلى ما يقرب من 95 بالمائة.

الصين وحدة قسم الحمل الحراري الشركة المصنعة والمصنع Tuopu Industry هي شركة مصنعة ومصنعة لوحدات قسم الحمل الحراري في الصين، تقدم أقسام الحمل الحراري للأفران المعيارية للخدمة الشاقة... عرض المنتج →

ما الذي يجب التحقق منه عند اختيار مورد الفرن

نظرًا لأن فرن التكسير يربط بين أداء العملية والتعدين وتركيب الحقول على نطاق واسع، فلا يجب أن يعتمد قرار الشراء أبدًا على السعر المعروض وحده. قبل إصدار الأمر، تحقق من ثلاثة مجالات عملية.

• القدرة على تنفيذ المشروع. يجب على المورد إثبات سجل حافل في تسليم EPC، بما في ذلك الهندسة والمشتريات وإدارة البناء، وليس فقط تصنيع الورش. اطلب قائمة مرجعية تتضمن نوع الفرن والمواد الخام وسنة التشغيل.
• اتساع التصنيع الداخلي. إن المورد الذي يلقي ملفاته المشعة الخاصة به، ويصنع وحدات الحمل الحراري، ويجمع الصندوق المشع في ورشة عمل خاضعة للرقابة، يمنح المالك تحكمًا أفضل في الجدول الزمني والجودة مقارنة بالمورد الذي يتوسط في المكونات من ورش عمل مختلفة.
• نظام الجودة وإصدار الشهادات. يجب أن يعمل ورشة التصنيع بموجب نظام الجودة القائم على ISO، ويجب أن يحمل عمال اللحام وموظفو التفتيش شهادات ذات صلة بالأكواد المحددة في المشروع. بالنسبة للمشاريع في الصين، يعد التأهيل كمورد من الدرجة الأولى لشركة Sinopec أو CNPC أو CNOOC بمثابة إشارة فحص قوية.

Tuopu Industry (Jiangsu) Co., Ltd. هي أحد الموردين الذي يجمع بين هذه السمات. تعود أعمالها في مجال الأفران إلى عام 1998، وتتضمن قاعدة إنتاجها مركزًا للمعدات الثقيلة تبلغ مساحته 40,000 متر مربع مع قدرة رفع تصل إلى 150 طنًا، وخطوط لحام آلية، ورصيف مخصص لوحدات السخان كبيرة الحجم. تعد الشركة موردًا مدرجًا من الدرجة الأولى لشركة Sinopec وCNPC وCNOOC، وتقوم بتوريد أفران تكسير الإيثيلين على أساس EPC. إذا كنت تقوم بإنشاء قائمة مختصرة، فإن الخطوة العملية الأولى هي استخدام الشركة صفحة الاتصال لطلب مراجع المشروع ذات الصلة. يمكنك أيضًا قراءة التقنية مقالة عن اختيار سخانات النار والتطبيقات الهندسية في مصانع البتروكيماويات ، وهو ما يشرح كيفية إجراء اختيارات نوع السخان وتقييم الواجب والتخطيط في المشاريع الحقيقية.

الأسئلة المتداولة

ما الفرق بين فرن تكسير الإيثيلين ومصلح البخار؟

يقوم فرن تكسير الإيثيلين بتكسير الهيدروكربونات حراريًا بدون محفز ويستخدم فترة بقاء قصيرة لزيادة إنتاجية الأوليفين إلى الحد الأقصى. يعتمد مصلح البخار، المستخدم في إنتاج الهيدروجين أو الغاز الاصطناعي، على محفز النيكل داخل أنابيب السبائك ويعمل عند درجات حرارة مخرج منخفضة وضغوط داخلية أعلى.

لماذا يحتاج فرن تكسير الإيثيلين إلى بخار مخفف؟

يعمل بخار التخفيف على خفض الضغط الجزئي للهيدروكربون، مما يحول توازن التكسير نحو الأوليفينات ويقلل من معدل ترسب فحم الكوك على جدار الأنبوب. يعمل البخار أيضًا على تعديل ارتفاع درجة حرارة الأنبوب المعدني ويساعد على حمل الغاز المتشقق عبر الملف.

كم مرة يجب أن يتم فك فرن تكسير الإيثيلين؟

تتراوح أطوال التشغيل النموذجية من 30 إلى 80 يومًا بالنسبة لمادة اللقيم النافتا وأطول بالنسبة للإيثان، اعتمادًا على تصميم الملف، وتدفق الحرارة، وشدة التكسير، وجودة المادة الأولية. ينتهي التشغيل عندما تصل درجة حرارة الأنبوب المعدني إلى الحد التصميمي أو عندما لا يتمكن الفرن من الاحتفاظ بدرجة حرارة مخرجه.

هل يمكن لفرن تكسير واحد التعامل مع مواد أولية متعددة؟

تم تصميم العديد من الأفران الحديثة لتحقيق المرونة بين الإيثان وغاز البترول المسال والنافتا. ومع ذلك، تختلف هندسة الملف وطول التشغيل المتوقع باختلاف المواد الخام، لذا فإن التحول إلى تغذية أثقل عادةً ما يؤدي إلى تقصير طول التشغيل ويتطلب تعديل نسبة البخار ودرجة حرارة مخرج الملف.