延遲焦化裝置加熱爐單爐室生產(chǎn)方案的應(yīng)用

王志剛，翟志清，李曉昌，趙 巖

(中國石化洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

延遲焦化裝置加熱爐單爐室生產(chǎn)方案的應(yīng)用

王志剛，翟志清，李曉昌，趙 巖

(中國石化洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

中國石化洛陽分公司延遲焦化裝置加熱爐為兩室四路進(jìn)料，首次采用單爐室生產(chǎn)方案后，出現(xiàn)了加熱爐出口處易結(jié)焦堵塞、壓縮機(jī)喘振增加、機(jī)泵壽命受損、分餾塔操作難度增加和汽油、柴油質(zhì)量受到影響等問題。通過采取爐管注汽、延長生焦周期、控制甩油流量以及進(jìn)行輕烴回?zé)挼葢?yīng)對措施，保證了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，同時將原料優(yōu)化至催化裂化裝置處理，每月產(chǎn)生效益約540萬元。

延遲焦化 加熱爐 單爐室 結(jié)焦 操作難點

中國石化洛陽分公司(簡稱洛陽石化)1.4 Mt/a延遲焦化裝置是由中國石化洛陽石油化工工程公司(LPEC)設(shè)計。裝置采用一爐二塔流程，加熱爐設(shè)計為底部燃燒兩室四管程雙面輻射燃燒方式，在2011年9月裝置大檢修期間，采用石油大學(xué)“貼墻燃燒深度裂解焦化加熱爐技術(shù)”對加熱爐實施了改造，改造后爐管表面熱強(qiáng)度更加均勻，焦化反應(yīng)裂解深度提高，焦炭產(chǎn)率降低，液體收率提高，加熱爐熱效率提高[1]。

2014年下半年，焦化裝置采用“靈活生產(chǎn)”的操作方式，加熱爐采用單爐室生產(chǎn)方案，使焦化裝置負(fù)荷降低了50%，將原料優(yōu)化至催化裂化裝置處理，增加了經(jīng)濟(jì)效益[2]。實行單爐室生產(chǎn)后，裝置出現(xiàn)了加熱爐出口處易結(jié)焦堵塞、壓縮機(jī)喘振概率增加、機(jī)泵壽命縮短、分餾塔操作難度增加和汽油、柴油質(zhì)量受到影響等問題。本文對實際生產(chǎn)情況進(jìn)行分析，針對上述問題提出相應(yīng)的措施，以保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行。

1 加熱爐操作流程

洛陽石化焦化裝置加熱爐采用強(qiáng)制通風(fēng)方式，利用空氣預(yù)熱器將空氣和煙氣進(jìn)行熱交換，流程為兩室四路進(jìn)料，一室兩路生產(chǎn)，兩室單獨運(yùn)行，如圖1所示。焦化原料經(jīng)過四路調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入加熱爐，調(diào)節(jié)閥前為1.0 MPa吹掃蒸汽，調(diào)節(jié)閥后為3.5 MPa吹掃蒸汽，進(jìn)料先從加熱爐上部進(jìn)入對流段，加熱后自底部進(jìn)輻射段，經(jīng)過高溫輻射升溫后從中部流出，在出口每兩路先匯合，過出口兩道旋塞閥，然后兩個爐室原料混合，最后經(jīng)轉(zhuǎn)油線進(jìn)焦炭塔。

依據(jù)成品油以及化工原料的市場價格，對效益進(jìn)行測算，根據(jù)結(jié)果采用不同的生產(chǎn)方案。當(dāng)原料進(jìn)入焦化裝置加工的效益低于催化裂化裝置時，采取單爐室生產(chǎn)方案；為滿足全廠渣油平衡需要或者當(dāng)原料進(jìn)入焦化裝置加工的效益高于催化裂化裝置時，采取正常的雙爐室生產(chǎn)方案。

2 單爐室生產(chǎn)中的操作難點

2.1 加熱爐出口旋塞閥至兩室匯合段易結(jié)焦

加熱爐采取單爐室生產(chǎn)后，每室出口處各有兩道旋塞閥，但是自旋塞閥后至匯合段的管線處于滯流區(qū)，如圖1中的紅色段管線所示，原料滯留于此段，并且溫度已達(dá)到生焦縮合反應(yīng)程度，在原料切除后，若管線中物料長時間不流動，備用爐室的管線極易結(jié)焦，容易堵塞管道，造成壓降增加，縮短加熱爐運(yùn)行周期。

2.2 氣壓機(jī)操作易發(fā)生喘振

當(dāng)壓縮機(jī)的進(jìn)口流量小到一定程度時，會在整個擴(kuò)壓器流道中產(chǎn)生嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)失速，壓縮機(jī)的出口壓力突然下降，使管網(wǎng)的壓力比壓縮機(jī)的出口壓力高，迫使氣流倒回壓縮機(jī)，一直到管網(wǎng)壓力降到低于壓縮機(jī)出口壓力時，壓縮機(jī)又向管網(wǎng)供氣，并恢復(fù)正常工作。當(dāng)管網(wǎng)壓力又恢復(fù)到原來壓力時，流量仍小于機(jī)組喘振流量，壓縮機(jī)又產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速，出口壓力下降，管網(wǎng)中的氣流又倒流回壓縮機(jī)。如此周而復(fù)始，使壓縮機(jī)的流量和出口壓力周期性地出現(xiàn)大幅度波動，引起壓縮機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流波動。

圖1 焦化裝置加熱爐流程示意

喘振時氣流在流道內(nèi)不斷釋放能量，氣體溫度在級內(nèi)急劇升高，其結(jié)果是輕則使機(jī)組中心偏移，軸承磨損，密封間隙增大；重則使徑向和軸向間隙消失，止推軸承燒毀，動靜部件碰撞，引起管架開裂等重大設(shè)備事故[3]。

單爐室運(yùn)行期間，在切塔時壓縮機(jī)的入口流量下降速率約為75.47 m3/min，正常雙爐室生產(chǎn)時下降速率約為38.24 m3/min，單爐室工況下降速率提高了近一倍，富氣入口流量下降過快，使壓縮機(jī)發(fā)生喘振的幾率增加。

2.3 機(jī)泵負(fù)荷過低，設(shè)備壽命縮短

離心泵具有自身設(shè)計的特性曲線，泵在與最高效率相對應(yīng)的流量及壓頭下工作時最經(jīng)濟(jì)，所以與最高效率點對應(yīng)的Q(流量)、H(揚(yáng)程)、N(功率)被稱為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標(biāo)出的性能參數(shù)就是指該泵在運(yùn)行時效率最高點的狀況參數(shù)。根據(jù)輸送條件的要求，一般規(guī)定一個工作范圍為泵的高效率區(qū)，通常為最高效率的92%左右，應(yīng)盡可能使泵在此范圍內(nèi)工作。

在單爐室運(yùn)行期間，分餾塔各個側(cè)線的回流量都有所降低，側(cè)線回流量降低后，大部分機(jī)泵負(fù)載將低于其最低流量，而流量過低時可能導(dǎo)致入口抽空，造成法蘭等部位泄漏，易引起汽蝕；同時，葉輪背部受高溫壓縮氣體的沖擊，導(dǎo)致泵密封件泄漏；泵體內(nèi)壓縮氣體的溫度、壓力升高，使葉輪的力學(xué)性能下降等，最終影響泵的使用壽命。

2.4 分餾塔熱量較低，操作難度加大

在單爐室運(yùn)行工況下，由于熱量減少，分餾塔的各段溫度明顯降低(如表1所示)，與雙爐室運(yùn)行工況的最高差值為45 ℃，出現(xiàn)在柴油集液箱處，熱量驟減時使分餾塔操作難度加大。

表1 分餾塔的各段溫度 ℃

1) 雙爐室運(yùn)行工況的最大值與單爐室運(yùn)行工況的最小值的差值。

2.4.1 分餾塔頂部結(jié)鹽程度增加 焦化原料主要為渣油，其鹽、金屬及氮化物含量高，攜帶的氮化物在反應(yīng)過程中會生成NH3，NH3與HCl反應(yīng)生成胺鹽NH4Cl極易溶于水，當(dāng)塔頂溫度降低時蒸汽冷凝，加快了H2S-HCl-NH3-H2O結(jié)晶鹽的析出，造成分餾塔頂部塔盤、管線出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)鹽現(xiàn)象，導(dǎo)致塔盤堵塞、腐蝕和泄漏[4]。

2.4.2 影響汽油、柴油質(zhì)量 分餾塔熱量減少時，汽油、柴油集液箱下的氣相溫度降低，溫度波動將影響產(chǎn)品收率及性質(zhì)[5-6]，如表2所示。由表2可知，與雙爐室運(yùn)行工況相比，在單爐室運(yùn)行工況下，汽油干點降低約10 ℃，柴油95%點降低約15 ℃，焦化汽油、柴油收率分別降低了1.22、1.25百分點。

表2 焦化分餾塔的產(chǎn)品收率及性質(zhì)

2.5 備用焦炭塔預(yù)熱速率下降

焦化裝置的焦炭塔一般設(shè)計為雙塔操作，一備一用，備用塔在投用之前，需要進(jìn)行預(yù)熱操作，所需熱量來自在用焦炭塔塔頂?shù)挠蜌?。預(yù)熱期間，焦炭塔底部溫度低于200 ℃時，一般保持油氣進(jìn)備用塔閥門的開度在15%，調(diào)整幅度較小。在雙爐室運(yùn)行工況下，預(yù)熱速率約為1.1 ℃/min，而單爐室運(yùn)行工況下的預(yù)熱速率約為0.67 ℃/min，降低了39%。預(yù)熱速率過低時會影響裝置的正常生產(chǎn)。

2.6 裝置出現(xiàn)的其它問題

2.6.1 切換爐室期間溫差較大，法蘭面間易出現(xiàn)泄漏 設(shè)備本體與管線之間用法蘭、螺栓連接，墊片密封，由于其材質(zhì)不同，在溫度變化過程中，各部位的膨脹系數(shù)不同，會造成法蘭面松弛，材料彈性模數(shù)下降、變形，機(jī)械強(qiáng)度下降，墊片沿法蘭面移動并造成泄漏。

2.6.2 加熱爐出口溫度控制難度加大 因負(fù)荷較低，流量波動對加熱爐出口溫度影響較大；同時，熱備室采用蒸汽吹掃模式，若蒸汽流量、壓力以及溫度出現(xiàn)波動，都可能產(chǎn)生爐出口溫度過高或過低的情況，溫度過高時使不可逆結(jié)焦速率增加[7]，而溫度過低時則導(dǎo)致焦炭塔產(chǎn)生軟焦，增加除焦的危險性。

3 應(yīng)對措施及效果

3.1 采取備用室爐管注汽，防止?fàn)t出口結(jié)焦

為防止備用室出口段至兩室匯合處的管線結(jié)焦，將備用室由以前的冷備用改為熱備用，即保持備用加熱爐室內(nèi)三點注汽的蒸汽流量，且備用室(二室)的三點注汽流量分別比生產(chǎn)室高50，250，200 kg/h。該措施可保證渣油不進(jìn)入生產(chǎn)室，有效防止出口段結(jié)焦。

3.2 引進(jìn)輕烴回?zé)?，防止壓縮機(jī)喘振

低負(fù)荷期間，為增加壓縮機(jī)入口流量，采取以下兩種方法：①將接觸冷卻塔油氣分離罐頂部的低壓瓦斯引入壓縮機(jī)，因其壓力有波動，依據(jù)實際情況進(jìn)行回?zé)?；②將柴油加氫裝置的柴油汽提塔頂部的輕烴引入壓縮機(jī)，自界區(qū)外直接引入分餾塔頂部經(jīng)空冷器冷卻后，隨同富氣進(jìn)入壓縮機(jī)，其流量約為500～1 000 m3/h?；?zé)捔鞒谈倪M(jìn)后，壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)范圍變寬，可改善其工況，保障裝置安穩(wěn)運(yùn)行。

3.3 適當(dāng)開大機(jī)泵跨線，保證機(jī)泵安穩(wěn)運(yùn)行

機(jī)泵的負(fù)載流量過小時，對機(jī)泵機(jī)封、葉輪的性能等影響較大，因裝置機(jī)泵一般是一備一用，現(xiàn)場機(jī)泵有電流表，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)備用泵跨線的開度，依據(jù)電流表指針變化，將電流調(diào)整到額定流量附近，介質(zhì)流量可達(dá)到最低流量以上，保障機(jī)泵處于良好運(yùn)行狀態(tài)，延長機(jī)泵使用壽命。

3.4 提高焦炭塔塔頂溫度，減少甩油量

由于物料量過低，分餾塔熱量主要是來自焦炭塔頂部油氣，同時受到甩油量的影響，因此，采取以下措施提高分餾塔的熱量：①在不影響油氣焦粉洗滌效果的前提下，適當(dāng)提高焦炭塔頂部溫度；②預(yù)熱期間，降低冷料甩油進(jìn)入分餾塔底部的流量，減少其對蒸發(fā)段溫度的影響。上述措施實施前后的情況如表3所示。由表3可知，通過提高焦炭塔頂部溫度和控制甩油量，可以將分餾蒸發(fā)段溫度提高到380 ℃左右，分餾塔頂部溫度提高到110 ℃左右，可以防止結(jié)鹽發(fā)生，汽油終餾點和柴油95%餾出溫度平均提高約4.5 ℃和12.5 ℃。

表3 措施實施前后的情況

3.5 調(diào)整生焦周期，增加預(yù)熱時間

對于熱量低、預(yù)熱速率較慢的問題，可結(jié)合裝置的原料性質(zhì)，采取長生焦周期生產(chǎn)方案，由正常負(fù)荷的24 h生焦周期改為36 h生焦周期[8-10]。采取長周期生焦方案后，預(yù)熱時間由5 h提高到8 h，生焦時間延長，保證了焦炭塔各個部位的預(yù)熱效果。

3.6 對于其它問題的防范措施

3.6.1 加強(qiáng)監(jiān)護(hù)，平穩(wěn)操作 對于法蘭泄漏問題，生產(chǎn)中很難避免，在切爐并爐期間，一方面要加強(qiáng)監(jiān)護(hù)，發(fā)現(xiàn)泄漏和冒煙部位要及時緊固，同時在升降溫操作時要嚴(yán)格按照50 ℃/h的升降溫速率進(jìn)行，防止大幅度波動造成泄漏。

3.6.2 改變調(diào)節(jié)閥控制方式，加強(qiáng)監(jiān)控蒸汽性質(zhì)因原料進(jìn)料閥是按照正常流量設(shè)計的，當(dāng)負(fù)荷降低到50%時，調(diào)節(jié)閥靈敏度增加，為防止閥位波動引起原料流量產(chǎn)生偏差，可將其由自動控制修改為手動控制模式，減少流量波動對爐出口的影響。同時，加強(qiáng)對蒸汽溫度和壓力的監(jiān)控，當(dāng)蒸汽性質(zhì)改變時，及時做出相應(yīng)的調(diào)整，防止?fàn)t出口溫度波動過大，造成加熱爐結(jié)焦過快或焦炭塔產(chǎn)生軟焦。

4 結(jié)束語

通過采取爐管注汽、延長生焦周期、控制甩油流量以及進(jìn)行輕烴回?zé)挼却胧瓿闪艘孕б鏋閷?dǎo)向的生產(chǎn)調(diào)整；同時將焦化原料優(yōu)化至催化裂化裝置處理。依據(jù)目前的價格體系，焦化原料和催化裂化原料相比，每噸原料價格低1 000元左右，按照焦化裝置處理量由160 t/h降至85 t/h計算，每月產(chǎn)生效益約540萬元。

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APPLICATION OF SINGLE HEATING CHAMBER FURNACE IN DELAYED COKER

Wang Zhigang， Zhai Zhiqing， Li Xiaochang， Zhao Yan

(SINOPECLuoyangCompany，Luoyang，Henan471012)

The heating furnace of delayed coker in SINOPEC Luoyang Co. consisted of two heating chamber with four feeding inlet. To meet the fuel and petrochemical market volatility， according to the benefit of priority， the original structure of the furnace was first changed to a single heating chamber furnace. This change caused some problems：coking at the outlet of the heating furnace was occurred， more compressor surge was happened， the pump was damaged， the operation difficulty of the fractionation tower was increased and the quality of gasoline and diesel was adversely impacted. Several measures were adopted：injecting steam into furnace tube， extending the coking cycle， controlling the oil flow rate and recycling light hydrocarbon fractions， to ensure the safe and stable operation of the device. At the same time， the raw material was fed into the catalytic cracking unit. The benefit of about 5.4 million Yuan per month was obtained.

delayed coking； furnace； single heating chamber furnace； coking； operation difficulty

2015-04-13； 修改稿收到日期： 2015-07-07。

王志剛，碩士，化學(xué)工藝專業(yè)，2012年7月畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)，助理工程師，從事焦化生產(chǎn)技術(shù)工作。

王志剛，E-mail：wzgdeemail@163.com。