武漢分公司2#焦化改造論文(最終)

1、 中國石化武漢分公司 定向反射技術(shù)在武漢分公司2#焦化加熱爐應(yīng)用中石化武漢分公司 肖翔 摘要 本文介紹了定向反射技術(shù)的原理及在武漢分公司2#延遲焦化裝置的改造過程及應(yīng)用效果。通過定向反射技術(shù)的應(yīng)用，改造后在裝置處理能力增加近30%的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)能耗降低，液體產(chǎn)品收率增加明顯，裝置運行平穩(wěn)，經(jīng)濟效益顯著。關(guān)鍵詞 定向反射 焦化 加熱爐 應(yīng)用 延遲焦化是一種利用重油在熱轉(zhuǎn)化深度較低時不易出現(xiàn)結(jié)焦前體物（結(jié)焦母體）的特性，在焦化加熱爐管內(nèi)獲得重油輕質(zhì)化所需要的能量，然后在焦炭塔內(nèi)完成生焦反應(yīng)的工藝過程?？刂平够癄t爐管結(jié)焦速率是確保延遲焦化裝置長周期運行的基礎(chǔ)；盡量提高焦化爐生焦反應(yīng)給熱量及生焦反應(yīng)給

2、熱品質(zhì)，確保生焦反應(yīng)（吸熱）所需要的熱量，減少裝置的焦炭產(chǎn)率及干氣產(chǎn)率提高汽柴油收率，是該工藝過程獲得經(jīng)濟效益的技術(shù)關(guān)鍵。焦化爐是延遲焦化裝置的核心單元設(shè)備，焦炭塔的反應(yīng)過程與反應(yīng)結(jié)果由焦化爐控制，其地位與催化裂化提升管，乙烯裝置裂解爐相當(dāng)，決定了裝置規(guī)模、操作周期及經(jīng)濟效益。目前國內(nèi)焦化加熱爐應(yīng)用較多的是單面輻射爐和雙面輻射爐技術(shù)，渣油在爐管內(nèi)的流向基本都是從對流管進(jìn)入輻射管后，由上至下梯次升溫，在爐管外壁溫度最高點處出加熱爐，將焦化反應(yīng)延遲到焦炭塔內(nèi)進(jìn)行。焦化加熱爐的操作決定了裝置處理能力和收率水平，中國石油化工股份有限公司武漢分公司有兩套延遲焦化裝置。1#延遲焦化裝置處理能力為100萬噸

3、/年，采用二爐四塔工藝。2#延遲焦化裝置設(shè)計處理能力為120萬噸/年，采用一爐兩塔工藝，武漢分公司渣油的處理能力與延遲焦化裝置的加工能力不配套，焦化渣油處理量長期在120150萬噸/年，實際生產(chǎn)中必須開滿2#延遲焦化裝置，同時間斷地開停半套1#延遲焦化裝置，即1#焦化只開其中的1爐2塔。這樣帶來以下問題：（1）裝置能耗高；（2）1#焦化只開一個系列，低負(fù)荷狀態(tài)下操作難度大。（3）在武漢分公司煉油二期改造完成后，現(xiàn)有的二套焦化裝置的處理能力仍不能滿足全廠加工量需要，同樣需要2#焦化處理能力的進(jìn)一步提高。為了解決這些問題，2#延遲焦化裝置于2010年10月進(jìn)行了擴能改造，核心即是采用定向反射技術(shù)改

4、造加熱爐 。1 爐管結(jié)焦機理及定向反射技術(shù)簡介1.1 結(jié)焦機理圖1 結(jié)焦機理 按自由基反應(yīng)機理，在渣油熱轉(zhuǎn)化過程種，裂化和縮合兩種反應(yīng)是同時發(fā)生的，裂化反應(yīng)的活化能較低，在溫度較低時，裂化反應(yīng)的反應(yīng)速度大于縮合反應(yīng)的反應(yīng)速度，隨溫度的上升和裂化反應(yīng)深度的增加，縮合反應(yīng)的反應(yīng)速度逐漸加大，當(dāng)溫度升高到渣油臨界溫度的下限時，瀝青質(zhì)種的稠環(huán)化合物的分子在熱力作用下，靠分子極性產(chǎn)生的吸引力相互平移接近，形成更大的分子。中間相體的形成和出現(xiàn)是相變過程的初級階段，碳質(zhì)瀝青質(zhì)的形成是相變過程的中級階段，石油焦的形成是相變過程的高級階段。 1.2定向反射爐技術(shù)定向反射技術(shù)的核心之一是通過附墻燃燒器加熱爐墻，使

5、之成為一個定向均勻的反射面，爐管受熱更加均勻，減少不正常燃燒時火焰舔管的概率。通過增加對流和輻射爐管，采用“下進(jìn)上出”的流程，改變油品在爐管內(nèi)的流向，在避免油品在爐管內(nèi)結(jié)焦的同時，延長了油品在高溫段的停留時間。圖2 傳統(tǒng)燃燒方式與爐管走向圖3 新的燃燒方式與爐管走向2 2#延遲焦化擴能改造內(nèi)容2.1加熱爐改造內(nèi)容（1）增加輻射室、對流室排管為擴大輻射室空間，將原4路輻射管（單排雙面輻射形式）每路由26根增加至32根，每路增加的6根爐管按雙排布置在輻射室最上端，即只增加3層。增加的6根爐管為“雙排雙面輻射”形式，相應(yīng)更換爐支吊架。原對流室上部預(yù)留了2排16根爐管的位置，本次改造增加16根翅片管。

6、涉及改造部分：增加爐管1271017386共64=24根。增加翅片管1271017000共16根。加長更新輻射管架20套。爐底鋼結(jié)構(gòu)及襯里更新，側(cè)墻、端墻加長。（2）將輻射室流程改為下進(jìn)上出延遲焦化爐的設(shè)計要求油品溫度大于426后在管內(nèi)的停留時間不超過45秒。原流程，渣油在對流室加熱后進(jìn)入輻射室上部，后由下部出加熱爐。增加排管后勢必延長高溫段停留時間。因此，對管系走向進(jìn)行了優(yōu)化，通過設(shè)置爐外轉(zhuǎn)油線，渣油出對流室后進(jìn)入輻射室底部，由輻射室上部出，避開過熱區(qū)域，縮短油品停留時間，延緩結(jié)焦，延長爐子連續(xù)運行時間。改造后油品在427以上管爐停留時間 33秒。注汽點位置相應(yīng)變更。涉及改造部分：增加127

7、10輻射至對流轉(zhuǎn)油線4根。加熱爐至焦炭塔前四通閥轉(zhuǎn)油線改造，渣油輻射室出口抬高約5米。輻射出口至四通閥的轉(zhuǎn)油線應(yīng)盡量短，根據(jù)現(xiàn)場管線布置情況，盡量采用滿爬坡的方式走線，這樣有利于減少震動，并防止彈丸焦的產(chǎn)生。(3)燃燒器更新“雙面定向反射爐”技術(shù)的核心之一為通過附墻燃燒器加熱爐墻，使之成為一個定向均勻的反射面，爐管受熱更加均勻。本次改造，將96臺燃燒器更換為新型貼墻火嘴，其位置移至緊靠爐墻。貼墻燃燒能使熱強度下移，并減少不正常燃燒時火焰舔管的概率，增大底部熱強度。涉及改造部分：更換燃燒器96臺，爐底風(fēng)道改造。(4)輻射室襯里改造爐底下移后，中間火墻及側(cè)墻均加高600mm以上。爐底襯里重做，并采

8、用高鋁耐火磚。采用貼墻燃燒，火墻中部采用凹凸設(shè)計，以強化底部傳熱，HFz大約控制在 2.53m，凸墻不小于三層。為減小過剩空氣系數(shù)，利于貼墻燃燒，將側(cè)墻看火孔密封。涉及改造部分：中間火墻及爐底襯里更新，輻射室側(cè)墻及端墻改造，密封側(cè)墻看火孔。(5) 空氣預(yù)熱器改造由于加熱爐負(fù)荷的增加，排煙溫度也會隨著上升。為進(jìn)一步提高加熱爐熱效率，改造現(xiàn)有熱管空氣預(yù)熱器。在現(xiàn)有空氣預(yù)熱器構(gòu)架上方再增加前置列管空氣預(yù)熱器一臺，一則降低進(jìn)入熱管空氣預(yù)熱器的煙氣溫度保護(hù)熱管，二則進(jìn)一步回收熱量提高熱效率。空氣預(yù)熱器支撐構(gòu)架上方的熱煙道截短，放置新的列管空氣預(yù)熱器，與上次改造新增的列管空氣預(yù)熱器組合。涉及改造部分：增加

9、前置列管空氣預(yù)熱器一臺，下引熱煙道截短改造。2.2 其它改造內(nèi)容在進(jìn)行加熱爐定向反射技術(shù)改造的同時，我們還利用這一機會，進(jìn)行了其它消缺改造，主要包括：（1）焦炭塔塔底自動底蓋機部分改造：用焦化塔底閥取代塔底盲蓋及塔底蓋機，增加如下設(shè)備：進(jìn)料段、閥體部分、卸料段、液壓油缸、控制柜、液壓油站等部分。（2）焦化分餾系統(tǒng)配套部分改造：原分餾系統(tǒng)進(jìn)行配套改造，增加分餾塔蠟油換熱器并調(diào)整分餾塔各段取熱，達(dá)到能量優(yōu)化利用的效果.同時更換了分餾塔部分塔盤板，更換重蠟油泵及蠟油泵等,以及新增重蠟油外送和油漿摻煉流程。（3）焦化脫硫醇系統(tǒng)部分改造：對原有氧化塔、劑堿分離罐、溶劑洗沉降罐進(jìn)行改造。新增中間緩沖罐、水

10、洗罐、溶劑緩沖罐、旋流萃取機和水洗泵等。(4)新增部分節(jié)能改造項目:主要包括以汽包除氧水替代冷焦大吹汽用蒸汽，脫硫醇劑堿加熱器蒸汽熱源改用凝結(jié)水作熱源，蒸汽凝結(jié)水回收等項目。3 改造效果為了檢驗擴能改造后2#延遲焦化處理能力、裝置能耗變化、主要技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量、加熱爐運行情況和熱效率等情況，我們組織在2011年1月11日9:00-1月13日9:00對2#延遲焦化裝置進(jìn)行了標(biāo)定。3.1裝置物料平衡由于標(biāo)定時間只有三天，為更準(zhǔn)確地反映裝置改造后的運行情況，還選取了改造前后裝置運行的平均數(shù)據(jù)進(jìn)行對比說明。見表1。表1 標(biāo)定期間物料平衡日期標(biāo)定期間2010.9改造前2010.12改造后（相比改造前）

11、項目噸/天收率%噸/天收率%增減 %噸/天收率%增減 %處理量4267.67 100.00 總進(jìn)料4267.67 3222.33749.35 熱料3393.33 冷料874.33 柴油出1354.67 31.74 819.63 25.446.31 1215.03 32.41 6.97 蠟油出936 21.94 823.03 25.54-3.60 747.45 19.94 -5.6 汽油出661 15.49 472.00 14.650.85 601.16 16.03 1.38液態(tài)烴出99.67 2.33 124.97 3.88-1.55 85.77 2.98 -0.9干氣出209.61 4.91

12、 167.83 5.21-0.30 186.90 4.98 -0.23富液至綜合3.13 0.07 3.23 0.1-0.03 3.23 0.09 -0.01 焦碳978.67 23.56 808.27 25.08-1.52 905.94 24.16 -0.92 收芳烴抽余油29.260.01000.00 0.00 0.00 0.00 損失-2.41-0.06 3.330.1-0.16 3.230.10 0.00總液收2951.6769.18 2114.67 65.633.55 2563.65 68.38 2.75 總收4266.47 100.06 3218.97 99.900.16 3745

13、.48 100.59 0.69 物料平衡數(shù)據(jù)均是根據(jù)裝置計量表讀取，其中焦炭產(chǎn)量靠人工測量有一定誤差，焦炭產(chǎn)品堆密度選為0.85。從表1數(shù)據(jù)可見：改造后裝置處理能力達(dá)到設(shè)計要求，液收產(chǎn)率提高了2.75個百分點、焦炭產(chǎn)率降低0.92個百分點以上，蠟油產(chǎn)率減少了5.6個百分點，總輕收（汽、柴油）上升6個百分點以上。 3.2 裝置能耗數(shù)據(jù) 表2 標(biāo)定期間裝置的能耗數(shù)據(jù)項目本次標(biāo)定2010.9能耗計算單位(天)標(biāo)定能量消耗處理量能量消耗實際kgEo/ttkgEo/t4267.671.能耗合計22.48933823.522.水：新鮮水t00.0003910循環(huán)水t576901.351791.5426除氧

14、水t710.152720.3864除鹽水t1240.0072750.005凝結(jié)水t1.33-0.2226203.電kw.h-11086565.8558926.57344.蒸汽t自產(chǎn)t75-1.3376-3.04消耗t1522.99442.665.中壓蒸汽t280.58961.1446.燃料氣t6113.58514.257.冷媒水t0008.熱進(jìn)料t0009.低溫水t320-0.48751-0.002本次標(biāo)定期間焦化生產(chǎn)能耗為22.49kgEo/t，2010年9月能耗23.52kgEo/t。與裝置改造前相比，降低了1.05kgEo/t，其中加熱爐單耗下降了0.665 kgEo/t。表3 加熱爐爐

15、膛溫度變化情況階段爐編號項目單位日期平均值2010.9.282010.9.172010.8.28改造前爐膛A爐膛溫度682730710707爐膛B爐膛溫度621650670647爐膛C爐膛溫度672680675675爐膛D爐膛溫度677710720702改造后爐編號項目單位2011.1.112011.1.122011.1.13平均值爐膛A爐膛溫度682700702695爐膛B爐膛溫度672686700686爐膛C爐膛溫度702702704702爐膛D爐膛溫度720728718722表4 加熱爐爐管表面溫度變化情況階段爐編號項目單位日期平均值2010.9.172010.9.222010.9.30

16、改造前爐膛A第1根溫度425516528490第26根溫度550558552553爐膛B第1根溫度365370371369第26根溫度552557543551爐膛C第1根溫度413418405412第26根溫度545549534543爐膛D第1根溫度416414415415第26根溫度538543528536改造后爐編號項目單位2011.1.112011.1.122011.1.13爐膛A第1根溫度391386384387第26根溫度521518516518爐膛B第1根溫度416411410412第26根溫度513514514514爐膛C第1根溫度389386382386表5 加熱爐節(jié)能效果計算

17、項目單位改造前改造后備注輻射爐膛溫度682702煙氣入預(yù)熱器溫度316275儀表有誤煙氣出預(yù)熱器溫度170115空氣出預(yù)熱器溫度280302爐效率%90.4592.2由表4數(shù)據(jù)可以看到，改造后加熱爐爐管外壁溫度下降明顯。標(biāo)定期間，加熱爐能夠滿足大處理量的負(fù)荷要求，未出現(xiàn)爐管或爐膛超溫的現(xiàn)象，加熱爐熱效率達(dá)到92%以上。加熱爐鼓風(fēng)機、引風(fēng)機運行良好，均能滿足加熱爐生產(chǎn)需求，煙道擋板可以自如調(diào)節(jié)，四臺分支進(jìn)料閥能根據(jù)生產(chǎn)需求合理調(diào)節(jié)加熱爐進(jìn)料量，SIS自保聯(lián)鎖系統(tǒng)在平時生產(chǎn)過程中，能根據(jù)設(shè)計要求聯(lián)鎖自保。本次加熱爐改造我們充分吸取金陵石化3#加熱爐改造的經(jīng)驗，在爐內(nèi)襯保溫釘?shù)牟馁|(zhì)和數(shù)量上都有所提升

18、，同時改進(jìn)了加熱爐爐墻保溫磚安裝方式，在裝置開工階段對加熱爐嚴(yán)格按照烘爐曲線安排升溫進(jìn)度。在烘爐完成后，進(jìn)入爐膛檢查爐內(nèi)各襯里有無裂縫和脫落、火嘴結(jié)焦與否、鋼架吊掛有無彎曲變形情況，發(fā)現(xiàn)除爐底磚部分輕微拱起，其它部位外形良好。 圖4為改造后火嘴燃燒狀況 圖5 新型燃燒器 4 裝置運行經(jīng)濟技術(shù)分析根據(jù)三天的標(biāo)定情況和各項消耗的統(tǒng)計，我們對裝置運行的經(jīng)濟性進(jìn)行分析：從裝置的產(chǎn)、耗數(shù)據(jù)比較來折算總效益為516.6萬元，單位加工量的效益為403.5元/噸，見表6。表6 改造后效益計算項目數(shù)量單價（元/噸）總價（元）合計（元）消耗原料（t）1280315001920450020269375.66常頂氣（

19、t）2521625409500瓦斯（t）18316252973753.5MPa蒸汽（t）86160137601.0MPa蒸汽（t）45815068700電Kw/h-13259700.615200471.55新鮮水（t）301.3440.2循環(huán)水（t）1730700.2543267.5除氧水（t）213102130軟化水（t）373103730凈化風(fēng)（Nm3）265470.174512.99非凈化風(fēng)（Nm3）463280.0853937.880.7MPa氮氣（Nm3）115550.88510226.1752.2MPa氮氣（Nm3）0.8850緩蝕劑（t）0.02520085.48502.137破

20、乳劑（t)0.02524786.33619.65825消泡劑（t)0.3417948.726102.5648產(chǎn)出汽油（t）19832600515580025435901.15柴油（t）4064260010566400蠟油（t）280819505475600焦炭（t）29368022354672液化氣（t）2992700807300干氣（t）628.8416251021865酸性氣（t）16250甩油+損失（t）-7.2191950-14077.05自產(chǎn)蒸汽（t）45415068100凝結(jié)水（t）1801.34241.2含硫污水395總效益5166525.49需要說明的是，計算過程中未考慮人工成

21、本及設(shè)備折舊費用，含硫污水及含油污水的排放也未計算在內(nèi)。需要說明的是：產(chǎn)品單價均為內(nèi)部結(jié)算價格，與實際價格有一定差距，尤其是焦化液態(tài)烴經(jīng)脫硫醇后做為商品液化氣送出，單價僅為2700元/噸,明顯偏低。對比120萬噸/年的標(biāo)定數(shù)據(jù)。見表7。表7 改造前效益計算項目數(shù)量單價（元/噸）總價（元）合計（元）消耗原料（t）997715001496550015894032常頂氣（t）1561625253500瓦斯（t）192.27116253124403.5MPa蒸汽（t）157160251201.0MPa蒸汽（t）691150103650電Kw/h-1275365.20.615169349.6新鮮水（t）

22、01.340循環(huán)水（t）1524810.2538120.25除氧水（t）409104090軟化水（t）160101600凈化風(fēng)（Nm3）127780.172172.26非凈化風(fēng)（Nm3）462730.0853933.20.7MPa氮氣（Nm3）121110.88510718.22.2MPa氮氣（Nm3）43370.8853838.2產(chǎn)出汽油（t）14692600381940018963644柴油（t）266126006918600蠟油（t）212019504134000焦炭（t）26748022144548液化氣（t）3182700858600干氣（t）1761625286000酸性氣（t）5

23、.416258775甩油+損失（t）3931950766350自產(chǎn)蒸汽（t結(jié)水（t）531.3471.02含硫污水（t）427總效益3069612在相同的計算條件下，對比2#焦化裝置在改造前后的標(biāo)定數(shù)據(jù)，在3天的標(biāo)定期間，從裝置的產(chǎn)、耗數(shù)據(jù)比較來折算總效益為306.9萬元，其單位加工量效益為307.67元/噸，改造后單位加工效益提高了近100元/噸，提高了約30%，說明改造后經(jīng)濟效益明顯。分析原因一方面改造后產(chǎn)品分布發(fā)生變化,輕收和液收增加，焦炭收率減少，經(jīng)濟收益增加。另一方面能耗較改造前降低較多。5 結(jié)論（1）采用定向反射爐技術(shù)在我公司2#焦化裝置加熱爐應(yīng)用效果明顯

24、，改造后的加熱爐效率提高到92%以上，爐管外壁溫度降低，火焰燃燒穩(wěn)定，無添管情況出現(xiàn)，同時促進(jìn)了渣油裂解反應(yīng)深度。裝置液體產(chǎn)品收率提高，產(chǎn)品合格，生產(chǎn)能耗下降，經(jīng)濟效益顯著；（2） 在完成消除瓶頸適應(yīng)性改造后，全裝置加工能力達(dá)到 設(shè)計要求，壓縮機、高壓水泵、輻射泵、富氣壓縮機等關(guān)鍵設(shè)備均能夠匹配，新上設(shè)備運行正常，均達(dá)到設(shè)計要求；（3） 因原料油進(jìn)裝置溫度偏低，換熱終溫難以達(dá)到設(shè)計要求， 分餾塔蒸發(fā)段溫度較高，且蠟油下循環(huán)洗滌量過小，循環(huán)油量難以調(diào)節(jié)，一定程度影響了加熱爐瓦斯耗量和全裝置的能耗，還需要對生產(chǎn)進(jìn)一步優(yōu)化和技術(shù)改造。（4） 提高裝置處理量后，焦炭塔油氣氣速和油氣中攜帶的焦粉含量增大。需對目前處理量下的焦炭塔泡沫層高度進(jìn)行控制，適當(dāng)加大消泡劑注入量，同時考慮加注具有降低生焦高度功能的助劑。（5） 增上自動底蓋機后，因除焦口全封閉，在除焦完成后不便于檢查油氣進(jìn)料入口結(jié)焦情況,為保證長周期安全運行和裝置平穩(wěn)需要，計劃下次檢修在管線上增加三通進(jìn)料短接。（6）在本次改造中僅更換了風(fēng)機電機，靠提高風(fēng)機