降低延遲焦化加熱爐燃料氣單耗的原因分析與措施

付金

（1.西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，西安710065；2.中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，洛陽471012）

降低延遲焦化加熱爐燃料氣單耗的原因分析與措施

付金

（1.西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，西安710065；2.中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，洛陽471012）

加熱爐是延遲焦化裝置的核心設(shè)備，中部某煉廠延遲焦化加熱爐存在燃料氣單耗偏高的問題，通過對燃料氣單耗影響因素原料性質(zhì)、分餾系統(tǒng)和爐管結(jié)焦的分析，并采取了相關(guān)措施，取得了顯著效果。

加熱爐；原料性質(zhì)；分餾系統(tǒng)；爐管結(jié)焦

1 前言

中部某煉廠140萬噸/年延遲焦化裝置以常減壓裝置生產(chǎn)的減壓渣油為原料，采用LPEC設(shè)計(jì)的“可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比”工藝流程，生產(chǎn)汽、柴、蠟油等產(chǎn)品。延遲焦化原理是利用重油在熱轉(zhuǎn)化深度較低時(shí)結(jié)焦前體物不易出現(xiàn)的現(xiàn)象，在焦化加熱爐爐管內(nèi)獲得重油輕質(zhì)化所需要的能量，在焦炭塔內(nèi)完成生焦反應(yīng)的工藝過程[1]。焦炭塔生焦反應(yīng)所需要的熱量全部來自于加熱爐，故加熱爐是整個(gè)裝置的核心單元設(shè)備[2]。據(jù)了解，在焦化裝置總能耗中，加熱爐燃料氣單耗占61%，在所有能耗中所占比重最大，因此如何降低焦化裝置加熱爐燃料氣單耗，成為了焦化節(jié)能降耗的關(guān)鍵。

2 影響加熱爐燃料氣單耗的因素

2.1 分餾系統(tǒng)操作對燃料氣單耗的影響

原料在進(jìn)入加熱爐前，首先和分餾塔側(cè)線的柴油、中段抽出油、輕蠟油、重蠟油和底循環(huán)油等換熱器進(jìn)行換熱，溫度升高后進(jìn)入加熱爐。如果進(jìn)料溫度高，在加熱爐輻射段出口溫度不變的條件下，可以有效降低燃料氣單耗。另外，焦炭塔預(yù)熱后的甩油目前也是進(jìn)入分餾塔進(jìn)行回?zé)挘τ蜏囟容^低，會(huì)吸收一定的熱量，影響原料的換熱終溫。因此，對分餾塔合理進(jìn)行優(yōu)化操作，提高換熱終溫，可以降低燃料氣單耗。

2.2 爐管內(nèi)結(jié)焦對加熱爐燃料氣單耗的影響

加熱爐進(jìn)料主要是渣油，其富含瀝青質(zhì)、膠質(zhì)以及重金屬，結(jié)焦傾向大。渣油進(jìn)入爐管后，以490℃左右的高溫在爐管內(nèi)流過，雖然三點(diǎn)注汽可以適當(dāng)減緩渣油在爐管內(nèi)的結(jié)焦速度，但是渣油在爐管內(nèi)的結(jié)焦不可避免，表1為加熱爐爐管的結(jié)焦情況，由表可知，加熱爐爐管結(jié)焦嚴(yán)重，爐管內(nèi)部焦層厚度為6 mm左右，按照清焦前后燃料氣單耗計(jì)算，每毫米焦層消耗燃料氣約為0.33kgeo/t。所以，爐管內(nèi)焦層厚度對燃料氣單耗存在較大影響。

2.3 原料性質(zhì)對燃料氣單耗的影響

該煉廠延遲焦化加熱爐的原料分為兩部分，一部分來自從常減壓裝置（熱渣），一部分來自公司罐區(qū)（冷渣）。原料渣油進(jìn)入焦化裝置后先進(jìn)入緩沖罐，之后進(jìn)入加熱爐。在進(jìn)入加熱爐前，原料性質(zhì)的改善主要靠循環(huán)油量大小來控制。常減壓生產(chǎn)波動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致到焦化裝置的渣油量變化較大。為了保持焦化原料緩沖罐液面平衡，必須調(diào)節(jié)來自罐區(qū)的渣油量，原料流量的頻繁波動(dòng)導(dǎo)致渣油性質(zhì)波動(dòng)加大。渣油性質(zhì)中瀝青質(zhì)、膠質(zhì)和殘?zhí)恐祵t管結(jié)焦有較大影響，原料性質(zhì)的不穩(wěn)定性，將會(huì)導(dǎo)致爐管結(jié)焦傾向增加，爐管內(nèi)結(jié)焦使加熱爐燃料氣單耗增加。

3 采取措施

3.1 優(yōu)化分餾系統(tǒng)操作，提高原料換熱終溫

按照分餾塔側(cè)線和原料換熱的流程，加大分餾底部物料和原料的換熱，可以有效提高換熱終溫。但是，熱量如果向分餾塔下部轉(zhuǎn)移過多，將會(huì)影響輕質(zhì)油的產(chǎn)品質(zhì)量和收率。因此，合理調(diào)整分餾系統(tǒng)總體熱量分配比例，對降低燃料氣單耗至關(guān)重要。經(jīng)過分析各個(gè)側(cè)線換熱器的運(yùn)行情況，在安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上提高回流量，可以提高換熱終溫。

同時(shí)為了提高進(jìn)入分餾塔的熱量，還采取了以下措施：

3.1.1 預(yù)熱初期，甩油直接出裝置，減少預(yù)熱后期至分餾的量，降低回?zé)捓溆蛯Ψ逐s塔塔熱量的影響，增加換熱終溫；焦炭塔預(yù)熱到200℃以后再進(jìn)入分餾塔，同時(shí)嚴(yán)格控制流量，保持蒸發(fā)段溫度不得低于370℃。

3.1.2 提高焦炭塔頂油氣至分餾塔的溫度，由415℃提至424℃，增加油氣進(jìn)分餾塔熱量，將焦炭塔的熱量盡可能多的轉(zhuǎn)移至分餾系統(tǒng)，提高換熱終溫。

3.1.3 定期清理換熱器循環(huán)油-渣油換熱器。因?yàn)檠h(huán)油是熱含量最大，溫度最高的組分，換熱器內(nèi)部結(jié)焦情況最為嚴(yán)重。在機(jī)械清焦期間，在處理量較小的情況下，將該換熱器一切一備進(jìn)行清理。

經(jīng)過優(yōu)化分餾塔系統(tǒng)以及相關(guān)操作，在保證汽、柴油收率的前提下，將熱量合理轉(zhuǎn)移，提高了換熱終溫，降低加熱爐瓦斯單耗約0.24kgeo/t。

3.2 適時(shí)進(jìn)行機(jī)械清焦，有效降低燃料氣單耗

因?yàn)闋t管本身材料限制，爐管表面溫度超過650℃后對爐管損害較大，同時(shí)當(dāng)爐管表面溫度過高，也會(huì)加劇爐管內(nèi)焦炭層的增加速率，導(dǎo)致燃料氣單耗增加。所以，依據(jù)爐管表面溫度，選擇合適的時(shí)間清焦，可以有效地降低燃料氣單耗。

表2為在2012年與2013年1～6月份加熱爐單耗數(shù)據(jù)，由表可知，在每次加熱爐進(jìn)行機(jī)械清焦后，燃料氣單耗可以降低約1.5kgeo/t，效果顯著。

表2 2012年與2013年1月～6月加熱爐燃料氣單耗

3.3 優(yōu)化裝置進(jìn)料，合理控制循環(huán)比

對于焦化裝置原料性質(zhì)變化復(fù)雜，不易控制的特點(diǎn)，主要采取增加檢測，及時(shí)優(yōu)化的手段，同時(shí)，對于原料性質(zhì)劣質(zhì)化的問題，對應(yīng)合理調(diào)整循環(huán)比，改善進(jìn)加熱爐時(shí)的性質(zhì)，減緩爐管結(jié)焦，有效降低瓦斯單耗。

3.3.1 增加原料性質(zhì)監(jiān)控頻率，及時(shí)改善進(jìn)料性質(zhì)

3.3.1.1 增加了對渣油性質(zhì)的分析頻率，對于原料的主要性質(zhì)（密度、殘?zhí)恐档龋?，?jiān)持每天分析，對于次要性質(zhì)（金屬含量、鹽含量等），由每月一次增加到每月二次，四組分依據(jù)殘?zhí)恐底兓?，可及時(shí)聯(lián)系對渣油進(jìn)行加樣分析。

3.3.1.2 若發(fā)現(xiàn)原料殘?zhí)恐?、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量變化超過設(shè)計(jì)值的2%，要對常減壓進(jìn)料及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，減少劣質(zhì)原油進(jìn)料，增加輕質(zhì)原油比例，以達(dá)到改善焦化進(jìn)料性質(zhì)的效果。改善后加熱爐燃料氣單耗減少了0.17kgeo/t。

3.3.2 依據(jù)進(jìn)料變化，合理控制循環(huán)比

增加分餾塔底部循環(huán)油進(jìn)入原料渣油量，可以有效改善進(jìn)入加熱爐原料的性質(zhì)，是防止加熱爐結(jié)焦最直接有效的方法，能降低燃料氣單耗。但是循環(huán)比過大，又會(huì)增加燃料氣單耗，起到相反作用，所以循環(huán)比大小的控制是難點(diǎn)。根據(jù)多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，該廠得到了循環(huán)比與渣油密度變化的對應(yīng)關(guān)系，如表3所示。

表3 渣油性質(zhì)變化對應(yīng)循環(huán)比

2013上半年，根據(jù)渣油在線密度，將循環(huán)比控制在0.10～0.15之間，平均循環(huán)比為0.12。通過合理的控制循環(huán)油量，在不增加爐管結(jié)焦的前提下，增加了處理量，同時(shí)降低加熱爐燃料氣單耗0.11kgeo/t。

4 結(jié)論

經(jīng)過對該廠延遲焦化裝置加熱爐分析，可知影響加熱爐燃料氣單耗的主要因素是：原料性質(zhì)、分餾系統(tǒng)操作和爐管的結(jié)焦?fàn)顩r。同時(shí)依據(jù)焦化裝置的特點(diǎn)，通過對原料性質(zhì)來源進(jìn)行優(yōu)化，對分餾系統(tǒng)以及相關(guān)操作進(jìn)行調(diào)整和對加熱爐進(jìn)行適時(shí)機(jī)械清焦等方法，有效地降低了加熱爐瓦斯單耗，取得了顯著效果。

[1]林世雄，石油煉制工程（第三版）[M]，北京：石油工業(yè)出版社，2000：302-310.

[2]錢家麟，于遵宏，李文輝等.管式加熱爐第二版[M].中國石化出版社，2003.

TE963

A

1671-0037（2014）01-52-1.5

2013年12月6日。

付金（1984.6-），男，在讀碩士，助理工程師。研究方向：材料科學(xué)與工程。