焦化加熱爐在線清焦的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

1、焦化加熱爐在線清焦的制定與施行 一、概述隨著全世界范圍內(nèi)原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢(shì)的日益加劇，延遲焦化裝置作為一種適應(yīng)性強(qiáng)、投資少的渣油加工工藝，越來(lái)越得到煉油行業(yè)決策者的青睞。為了盡量降低裝置設(shè)備投資或利用現(xiàn)有設(shè)備提升裝置處理量，國(guó)外延遲焦化爐操作的苛刻度要大大高于目前國(guó)內(nèi)的操作水平，據(jù)資料介紹焦化加熱爐出口溫度甚至高達(dá)505515，焦化爐的煙氣出輻射室溫度可高達(dá)近900，以充分利用焦化設(shè)備提升液體收率減少焦炭產(chǎn)率，這樣焦化爐操作周期達(dá)到約3個(gè)月左右就必須停爐燒焦，大大影響了裝置的開(kāi)工周期和經(jīng)濟(jì)效益。因此在高操作苛刻度條件下如何延長(zhǎng)焦化爐的操作周期便成為了人們首要關(guān)心的問(wèn)題，延遲焦化爐在線清焦技

2、術(shù)就是在這種背景及要求下應(yīng)運(yùn)而生的。在線清焦技術(shù)最早起源于乙烯裂解爐的制定和操作，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在不停爐狀況下對(duì)爐管內(nèi)結(jié)焦進(jìn)行有效的清除。經(jīng)過(guò)不斷的施行與研究，人們成功地把在線清焦技術(shù)應(yīng)用到延遲焦化爐的制定與操作中，從而使得延遲焦化爐的操作周期得到大幅度延長(zhǎng)。 二、 在線清焦的工作原理采納在線清焦技術(shù)的焦化爐一般應(yīng)采納4管程或6管程，以避免在線清焦時(shí)對(duì)后續(xù)設(shè)備操作造成太大的影響。操作時(shí)對(duì)其中一管程通入蒸汽，其余三管程或五管程正常操作，在線清焦用的蒸汽及清除的焦炭與其它管程的油品一同進(jìn)入焦炭塔。在線清焦方法有兩種，一種是恒溫法，其原理是利用高速流動(dòng)的水蒸汽對(duì)焦垢層的沖刷作用及水蒸汽在高溫下與焦炭

3、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣。該種方法僅可用于結(jié)焦時(shí)間較短的焦化爐，采納此種方法可有效的去除管內(nèi)生成的軟焦層。當(dāng)管壁溫度達(dá)到630約3個(gè)月之后時(shí)，管內(nèi)焦層已經(jīng)變硬，采納恒溫法進(jìn)行在線清焦的效果就不是很理想了，此時(shí)應(yīng)當(dāng)采納變溫法。變溫法的原理是利用爐管金屬與管內(nèi)焦垢層熱膨脹系數(shù)的不同，通過(guò)快速升高及降低爐管溫度，使得焦炭層與爐管剝離。無(wú)論采納何種方法，都必須嚴(yán)格控制管壁溫度不超過(guò)爐管的最高使用溫度，并保證清焦管程的蒸汽壓力大于或等于其它正常操作的幾管程的管內(nèi)壓力，以免熱油泄漏到清焦的管程中。在線清焦所需蒸汽量、管壁溫度的升降范圍及速度應(yīng)按照焦化爐實(shí)際爐管規(guī)格、根數(shù)、材質(zhì)進(jìn)行計(jì)算后確定，其操作必

4、須嚴(yán)格按照規(guī)定的步驟進(jìn)行實(shí)施，否則有可能造成清焦效果差、爐管堵塞、爐管變形，甚至爐管爆裂等嚴(yán)重的事故。 三、 在線清焦技術(shù)的工程制定1、 對(duì)裝置工藝制定的要求1 在線清焦蒸汽系統(tǒng)的制定在線清焦時(shí)蒸汽的壓力應(yīng)大于走油管程的油品進(jìn)口壓力，開(kāi)工初期加熱爐進(jìn)口壓力一般為1.51.8MPa(g),當(dāng)開(kāi)工36個(gè)月，加熱爐爐管內(nèi)已有結(jié)焦時(shí)，此時(shí)加熱爐進(jìn)口壓力將提升到2.52.8MPa(g), 在線清焦蒸汽的壓力應(yīng)大于3.3MPa(g),通常采納3.5MPa(g)的中壓蒸汽。為有效的控制在線清焦?fàn)t管的升溫柔降溫速度，清焦蒸汽的溫度也有一定的要求，通常采納注入脫氧水來(lái)控制蒸汽溫度。據(jù)國(guó)外資料介紹，焦化爐管在線清

5、焦也可以直接用脫氧水作在線清焦介質(zhì)。在線清焦所用蒸汽量一般為48噸/時(shí)，不能全部利用多點(diǎn)注汽的管道和儀表，應(yīng)單獨(dú)制定在線清焦管道和儀表，在加熱爐每路入口設(shè)置切斷閥和止回閥，每臺(tái)加熱爐可設(shè)置一個(gè)蒸汽流量調(diào)節(jié)閥和蒸汽溫度調(diào)節(jié)閥。在線清焦蒸汽管道正常操作時(shí)不被使用，在北方地區(qū)應(yīng)充分合計(jì)防凍放凝問(wèn)題，可以和爐管注汽的第一點(diǎn)相結(jié)合。如果加熱爐制定有安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，在線清焦蒸汽管路制定還應(yīng)和爐管事故吹掃蒸汽管路制定相結(jié)合。2 爐出口轉(zhuǎn)油線的制定加熱爐出口轉(zhuǎn)油線的制定是焦化裝置配管制定的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，制定不好會(huì)出現(xiàn)管線振動(dòng)或晃動(dòng)，影響安全生產(chǎn)。采納在線清焦技術(shù)時(shí)，爐出口轉(zhuǎn)油線的制定不但應(yīng)合計(jì)正常操作工況，還

6、應(yīng)合計(jì)在線清焦工況。在線清焦時(shí)一路蒸汽出口流量的變化會(huì)直接影響加熱爐總出口轉(zhuǎn)油線的流量的變化。在線清焦蒸汽的體積流量一般大于該路油品的體積流量，爐出口轉(zhuǎn)油線管徑的制定應(yīng)依據(jù)在線清焦和正常操作兩種工況來(lái)核算，保證兩種工況下加熱爐出口轉(zhuǎn)油線的兩相流流型均滿足要求。通常轉(zhuǎn)油線管徑的選擇應(yīng)首先合計(jì)正常操作狀態(tài)下的流型處于最正確，在線清焦時(shí)雖然氣體流速提升，但對(duì)轉(zhuǎn)油線的流型不會(huì)有太大的影響。在線清焦管路的蒸汽出口溫度變化范圍約為400600，為減少在線清焦對(duì)爐總管出口溫度的影響，在線清焦操作時(shí)可適當(dāng)調(diào)整其它管程的處理量和出口溫度。爐出口轉(zhuǎn)油線的制定要合計(jì)管道的熱應(yīng)力及振動(dòng)，每路出口管應(yīng)對(duì)稱布置，兩支管油

7、品的混合不應(yīng)對(duì)沖，減少混合時(shí)的沖擊防止管路振動(dòng)。3 對(duì)焦炭塔、分餾塔及后續(xù)設(shè)備制定的要求采納線清焦技術(shù)，應(yīng)按在線清焦技術(shù)要求確定在線清焦用蒸汽的流量及變化范圍，依據(jù)在線清焦時(shí)焦炭塔內(nèi)的油氣和蒸汽的總流量核算焦炭塔的空塔氣體速度，通常采納在線清焦時(shí)降低裝置處理量1525%，即加熱爐一路走蒸汽另外幾路走的油品量不變或適當(dāng)增加，此時(shí)焦炭塔內(nèi)的油氣和蒸汽的總體積流量增加約515%，因此在線清焦時(shí)焦炭塔內(nèi)氣速不會(huì)超標(biāo)，焦炭塔的制定基本可不合計(jì)在線清焦的影響，但是在線清焦時(shí)焦炭塔內(nèi)的氣相的密度會(huì)降低，易發(fā)生泡沫冒頂和焦粉攜帶，應(yīng)及時(shí)注入消泡劑。針對(duì)分餾塔塔徑確實(shí)定及塔盤(pán)的水力學(xué)計(jì)算也應(yīng)按照在線清焦時(shí)的氣相

8、及液相負(fù)荷進(jìn)行核算，一般狀況下對(duì)分餾塔的制定不造成大的影響，但是蒸汽量的變化和油氣量的減少會(huì)引起操作的微量波動(dòng)，因此制定分餾塔應(yīng)選擇高操作彈性的塔板，以便減少在線清焦時(shí)分餾塔的波動(dòng)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。由于在線清焦用蒸汽全部從分餾塔頂餾出，分餾塔頂?shù)睦鋮s設(shè)備應(yīng)合計(jì)在線清焦用蒸汽的冷凝冷卻負(fù)荷，同時(shí)酸性水泵應(yīng)能夠把線清焦用蒸汽及其他注汽冷凝的含硫污水送出裝置。4 雙向蒸汽空氣燒焦系統(tǒng)的制定采納在線清焦技術(shù)的焦化爐設(shè)置雙向蒸汽空氣燒焦系統(tǒng)是非常必要的。雙向燒焦是在加熱爐進(jìn)出口管線分別設(shè)置燒焦蒸汽及空氣進(jìn)口接管，實(shí)際操作中可由入口至出口進(jìn)行正常燒焦。當(dāng)加熱爐靠近爐入口部位管內(nèi)結(jié)焦嚴(yán)重、采納正常方向燒焦不能

9、有效清除時(shí)，還可由出口至入口進(jìn)行反向燒焦。當(dāng)在線清焦操作不當(dāng)時(shí)，脫落的大塊焦碳有可能堵塞爐管，此時(shí)必須停爐，然后用蒸汽由加熱爐盤(pán)管進(jìn)出口反復(fù)交替吹掃，以清除堵塞。2、 對(duì)焦化加熱爐制定的要求1 盤(pán)管系統(tǒng)制定關(guān)于采納變溫法進(jìn)行在線清焦的焦化爐，其輻射盤(pán)管必須能夠承受快速升溫降溫的操作，并且升降溫梯度還必須滿足一定的要求，因此爐管的最高使用溫度應(yīng)能達(dá)到700，爐管材質(zhì)應(yīng)選用Cr9Mo或以上級(jí)別的材料。由于快速升溫及降溫過(guò)程中爐管各點(diǎn)溫度變化的不一致性，輻射盤(pán)管一般會(huì)出現(xiàn)較為劇烈的熱震現(xiàn)象，尤其是升降溫梯度較大的狀況下，輻射盤(pán)管進(jìn)出口法蘭及輻射管架的制定應(yīng)合計(jì)這部分沖擊荷載的影響，否則可能會(huì)造成法蘭

10、泄漏或管架損壞的事故。2 燃燒器制定燃燒器應(yīng)能滿足爐膛快速升溫柔降溫操作的要求，每個(gè)燃燒器均應(yīng)設(shè)置長(zhǎng)明燈。應(yīng)保證在主火嘴燃料全部切斷時(shí)長(zhǎng)明燈不熄滅，并且在快速打開(kāi)主火嘴燃料時(shí)，燃燒器主火嘴應(yīng)能迅速點(diǎn)燃，火焰形狀穩(wěn)定不飄散，并且能達(dá)到正常發(fā)熱量的要求。3 爐襯制定為滿足爐膛快速升溫柔降溫操作的要求，輻射室應(yīng)選用熱容量較低的耐火材料，如陶瓷纖維結(jié)構(gòu)的爐襯，盡量不要采納磚結(jié)構(gòu)或輕質(zhì)澆注料襯里結(jié)構(gòu)的爐襯。由于熱容量高的耐火材料的蓄熱量較大，會(huì)使得爐膛升溫柔降溫速度達(dá)不到要求，這樣會(huì)對(duì)在線清焦的效果產(chǎn)生不利的影響。4 測(cè)量?jī)x表關(guān)于指導(dǎo)在線清焦操作最為重要的測(cè)量?jī)x表是管壁熱電偶。為保證測(cè)出的管壁溫度的準(zhǔn)確

11、性，宜選用刀刃式管壁熱電偶，并且測(cè)點(diǎn)端部應(yīng)設(shè)置防輻射屏蔽罩，其內(nèi)部應(yīng)填充松散的高鋁纖維。管壁熱電偶應(yīng)布置在爐管的向火面，并且應(yīng)正對(duì)燃燒器，以測(cè)得最高管壁溫度。另外每管程輻射盤(pán)管應(yīng)設(shè)置有足夠數(shù)量的管壁熱電偶，并盡量在爐管長(zhǎng)度方向上均勻布置。另外工藝介質(zhì)每管程進(jìn)出口均應(yīng)設(shè)置壓力表和熱電偶，并且應(yīng)引至操作室，以正確指示清焦過(guò)程中各管程的進(jìn)出口溫度和壓力。5) 煙囪及余熱回收系統(tǒng)制定為保證快速升降溫過(guò)程中燃燒器操作的穩(wěn)定性及可靠性，在線清焦操作時(shí)加熱爐應(yīng)處于自然通風(fēng)操作狀態(tài)，這就要求余熱回收系統(tǒng)能在加熱爐正常操作時(shí)處于停運(yùn)狀態(tài)，因此空氣預(yù)熱器應(yīng)放置在地面，并應(yīng)在去往空氣預(yù)熱器的熱煙道上設(shè)置隔斷擋板，此

12、時(shí)熱煙氣由爐頂煙囪直接排入大氣，煙囪高度應(yīng)滿足自然通風(fēng)操作時(shí)抽力的要求。 三、在線清焦技術(shù)的施行及工程應(yīng)用2001年2月，上海石化股份100萬(wàn)噸年延遲焦化裝置首次成功地實(shí)施了加熱爐在線清焦。本次在線清焦是在美國(guó)PETRO-CHEM公司的專家現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)下完成的，采納了變溫法工藝對(duì)焦化爐四管程中的一組盤(pán)管進(jìn)行了實(shí)際操作，整個(gè)過(guò)程共進(jìn)行了3次變溫操作，共耗時(shí)約20小時(shí)。操作完畢后加熱爐管壁溫度得到了有效的改善，其中管壁溫度下降最大值為101，管壁溫度在630, 管壁溫度在570629, 管壁溫度在529，另外加熱爐入口壓力也顯然降低。2004年2月，高橋石化公司140萬(wàn)噸年延遲焦化裝置也對(duì)加熱爐進(jìn)行了變溫法在線清焦，但沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果，其主要原因如下： 燃燒器燃燒狀況不穩(wěn)定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速升降溫操作 升溫降溫梯度不夠大 中間恒溫時(shí)間過(guò)短，未能有效地去處管內(nèi)軟焦層 由于結(jié)焦時(shí)間較短，可能采納恒溫法更合適本次在線清焦是國(guó)內(nèi)首次獨(dú)立實(shí)施的一次操作，無(wú)論沒(méi)有取得預(yù)期的效果，但積存了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，為今后的進(jìn)一