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垫片选择在乙烯生产中的重要性
- 2020-05-12-

      在经历了10年的不确定性之后,乙烯行业正经历着显著的增长。全球咨询公司Wood Mackenzie预计,在消费者对塑料制品的强劲需求和油价下跌(这反过来又意味着原料成本更低)的推动下,塑料制品的年增长率将达到3.4%。IHS Markit的进一步研究表明,在2018年至2022年期间,乙烯需求量将超过6000万吨。


现在,随着第一批新乙烯工厂的成功建设,第二批工厂的计划正在全球范围内敲定。选择正确的密封解决方案对于确保新设备优化达到最大的安全性和效率是至关重要的,因为乙烯生产的恶劣作条件会导致工厂设备的老化,尤其是密封,从而导致泄漏、火灾和高昂的停机损失。


为了确保最高水平的安全和有效的操作,需要考虑乙烯生产中一些典型的挑战,这将有助于规范最合适和有效的密封解决方案。


解决氧化的安全风险


烯生产涉及到烃类原料在高温下的蒸汽裂解。在炉子的辐射段、横跨管、废热锅炉(TLE)和急冷器的关键部件中,温度范围大约在650°C到1000°C(1200°F到1830°F)之间,这远远高于介质的燃点
因此,由于在这些位置使用了不适当的垫片而引起的泄漏,一旦与大气接触就会引起自燃火灾。
除高温外,乙烯生产的氧化环境对密封材料也提出了很大的挑战。尽管裂解反应产生氢气作为副产品,炉内辐射段和垫片连接的外部环境事实上处于氧化氛围而不是还原。
过热的蒸汽和外部空气,结合高温,创造氧化条件,即使是高规格、抗氧化等级的石墨会受到氧化。

氧化的石墨缠绕垫片
传统的密封材料在这种情况下会失效,造成重大的安全风险。最安全的是使用一种既能抗氧化又能在其使用寿命内保持气密性的密封材料。石墨作为一种常用密封材料,高温下易受氧化烧失。石墨是碳的一种形式,它与存在于外部大气或内部工艺介质中的氧发生反应,形成二氧化碳,导致垫片的质量损失,导致泄漏。
此外,TLE的密封是一个极具挑战性的应用,因为它们暴露在高工作温度和频繁的热循环中。由于缺乏耐火材料衬里,较老的设计可能特别容易出现可靠性问题。


防止与脱焦相关的泄漏,避免意外停机


不管原料是什么,焦炭的形成是蒸汽裂化的一种不良但又不可避免的副反应。虽然有效的过程控制和原料选择可以减少积炭(并提高烯烃产率),但这些硬碳沉积在炉管和TLE内壁是不可避免的。

定期清除焦炭沉淀物,即所谓的“脱焦”,对维持可接受的传热、减少热点和控制压降至关重要,以确保最大限度地提高工厂效率和设备寿命。
除焦过程是通过定期停止生产,大约每30 - 60天,并在高温下清洗系统,通常超过800°C,用高压蒸汽和/或空气。
蒸汽/空气混合物作为一个强大的氧化剂,将固体焦炭沉淀转化为气体(二氧化碳),从而清洁系统。
脱焦过程,再加上高温,会导致石墨垫片的氧化,大大缩短其使用寿命。
这种损坏在每个脱焦周期后都可能被忽视,从而造成重大的安全威胁和泄漏风险,可能导致火灾和计划外的维修。
选择正确的垫片技术可以在很大程度上保护乙烯工厂免受脱焦相关的损害。在这些条件下,规范和使用气密性好、抗氧化的密封材料。
Flexitallic已经与许多工厂合作来解决这些问题。例如,一个在加拿大的乙烯工厂每周都经历火灾,原因是炉子弯头法兰接头泄漏。这是由于炉的温度到TLE呈梯度式增长。他们已经尝试了几种垫片材料,均未成功,才决定使用我们的自主开发的垫片材料Thermiculite®(高温固力特),因为它确实提供了有效的密封性能。
Thermiculite®产品用于高温过程中,最高温度为1000°C(1832°F),在高氧化环境下工作。
这种材料是由化学和热膨胀蛭石制成的,其结构与膨胀石墨类似,因为它具有内在的抗氧化能力,所以能确保它承受大范围的温度而不损害完整性。
在现代工厂和老工厂中,改用Thermiculite®垫片被证明是有益的,因为它通过抗氧化技术提供了关键的安全和效率效益。例如,在美国的一家工厂,经常出现石墨缠绕垫片在不到6个月的时间内氧化的情况,导致突发火灾和定期的维修停工。安装了Thermiculite®垫片后,问题就得到了解决。
该产品可以与Flexitallic 一系列工业垫片结合,其中包括用于热交换器的Change™(缠革垫片)。


提升热循环过程中换热器和法兰连接的可靠性


与任何石化生产过程一样,优化产品产量对于最大化工厂效率至关重要。在如此高的工艺温度下,反应速率是非常快的,这意味着必须严格控制反应时间,以防止转化率过低或过高而生成不需要的副产品。
通过TLE中的裂解气快速冷却或急冷来确保在正确的时间终止反应。冷却后,介质流体即为富乙烯混合气,包含乙烷、甲烷、丙烷丁烷。进一步的处理,包括额外的冷却、压缩和分馏,可以得到理想的乙烯纯化气体或低温液体。

在工艺流程的冷却段,在一个特别设计的换热器中进行额外的冷却,该换热器由热处理的铝制成(BAHX),通常称为冷箱。这需要使用异种金属法兰连接(铝对钢)。

铝和钢法兰之间热膨胀的差异可能导致垫片载荷减少,从而导致过早失效。作为一种解决方案,在冷热循环系统中都采用了Change垫片技术,以在热交换器的热胀冷缩等热变化期间保持密封。


结论


随着对乙烯需求的增加,工厂高生产效率运行是至关重要的。然而,乙烯生产中存在的操作挑战不可低估。蒸汽裂解碳氢化合物过程中存在高风险安全隐患,需要设备安全满足650°C到1000°C(1200°F - 1830°F)之间的温度。温度远远高于介质的燃点。
过热的蒸汽和外部空气,再加上高温,即使是最高规格的石墨也会加速氧化。
由于需要控制快速冷却或急冷,以最大限度地提高产量,TLE和换热器上的异种金属法兰连接存在热胀冷缩的巨大挑战,需要认真考虑密封材料的选择。
选择正确的密封材料是消除泄漏和因接头故障导致最终意外停机的第一步它在乙烯工厂的多面操作中起着重要的作用,这是实现安全、高效的产品运输的必要条件。


作者Alex Lattimer,Flexitallic集团。



Flexitallic开发了一系列的产品,以满足您的需求,并帮助您满足严格的安全和环境法规以及性能要求。


Thermiculite®(高温固力特)


这款经测试和证明的垫片材料是由化学和热膨胀蛭石制成的,其结构与膨胀石墨类似,Thermiculite®最明显的优势是抗氧化性,它可以承受高温深冷而不损害完整性


Thermiculite®产品适用于高温工况,最高温度可达1000°C(1832°F),在高氧化环境下工作。



Change™(缠革垫片)


Change™采用专有设备和独特的激光焊接工艺制造,比关键设备中使用的任何动态密封垫片的使用寿命都更长。对于由高温热循环引起泄漏的工况,Change™Thermiculite®组合,提供理想的解决方案。



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