減壓塔進(jìn)料加熱爐結(jié)焦分析及優(yōu)化操作

霍國鵬

摘 要：本文介紹了減壓塔進(jìn)料加熱爐長周期運(yùn)行中出現(xiàn)的結(jié)焦問題，加熱爐爐管結(jié)焦原因分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化操作措施，緩解結(jié)焦、延長加熱爐運(yùn)行周期，保證煤直接液化裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：煤液化裝置 加熱爐爐管 結(jié)焦 清焦

中圖分類號：TQ529文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-9082（2019）04-0-02

引言

煤液化裝置減壓塔進(jìn)料加熱爐延緩結(jié)焦，延長加熱爐的運(yùn)行周期，是提高油收率的關(guān)鍵，為保證煤直接液化裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行，很有必要對減壓塔進(jìn)料加熱爐進(jìn)行結(jié)焦分析及優(yōu)化操作[1]。

一、煤直接液化減壓加熱爐介紹

神華煤直接液化采用神華和煤炭科學(xué)研究總院聯(lián)合開發(fā)的列入國家“863”計(jì)劃的納米級催化劑，在供氫溶劑的作用下，通過高溫、高壓提質(zhì)反應(yīng)，生產(chǎn)出石腦油、柴油和液化氣等產(chǎn)品。煤液化裝置減壓塔進(jìn)料爐為方箱型加熱爐，是分餾工段非常重要的設(shè)備，加熱爐由兩個(gè)爐膛組成，設(shè)置四管程，爐管為水平螺旋環(huán)形布置，介質(zhì)采用上進(jìn)下出形式，由對流室入爐，進(jìn)入輻射室，由于加熱爐盤管中介質(zhì)為固、液兩相，在較高流速下，介質(zhì)中固相會對盤管沖蝕的特別嚴(yán)重，尤其在轉(zhuǎn)彎處，所以該加熱爐采用了長圓式螺旋管箱式加熱爐，為防止沖蝕大半徑彎管，爐管材質(zhì)選用TP347H，腐蝕余量為6mm，雙面輻射，46型底燒瓦斯燃燒器，在輻射室管架內(nèi)側(cè)沿周圍均勻布置4個(gè)RC-2HO，92型底燒瓦斯燃燒器，每個(gè)燃燒器都配有長明燈，在爐管上共設(shè)有12個(gè)管壁熱電偶，檢測管壁溫度。

二、減壓塔進(jìn)料加熱爐存在的問題

加熱爐將物料為固含量17%左右、溫度達(dá)到370℃的常壓塔底油煤漿通過P307泵輸送到減壓塔進(jìn)料加熱爐加熱，加熱爐出口溫度達(dá)到415℃后送入減壓塔，加熱爐在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于加熱介質(zhì)的特殊性，在爐管內(nèi)出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，嚴(yán)重影響油收率及經(jīng)濟(jì)效益，所以，必須將加熱爐單獨(dú)隔離進(jìn)行清焦處理。經(jīng)過多次傳統(tǒng)的燒焦方式證明，很難徹底解決結(jié)焦在爐管上的焦塊，目前采用機(jī)械清焦方式來處理。

三、結(jié)焦的原因

進(jìn)入減壓爐爐管內(nèi)的物料為氣液固三項(xiàng)物料，加熱物料的特殊性，造成含固物料在爐管內(nèi)結(jié)焦堵塞，經(jīng)過分析總結(jié)得出造成減壓塔爐管結(jié)焦的主要原因?yàn)椋?/p>

第一，含固物料粘度大，物料在經(jīng)過爐管時(shí)阻力加大、停留時(shí)間延長，組分在爐管內(nèi)分層，輕組分流速快，重組分流速慢，造成重組分在爐管下部沉積，隨著時(shí)間的延長，沉積的重組分由于受熱不均，沉積部位局部高溫，造成爐管結(jié)焦，在裝置進(jìn)料低負(fù)荷時(shí)，爐管結(jié)焦的速度明顯加快，減壓塔進(jìn)料加熱爐入口流量在低負(fù)荷時(shí)，每根爐管的進(jìn)料量只有50t/h左右，很容易造成偏流，由于流經(jīng)該爐管的介質(zhì)為反應(yīng)后的熟煤漿，粘度大，流速緩慢，在高溫局部過熱環(huán)境下，爐管很快結(jié)焦，且結(jié)焦后是不可逆的，只能停爐采用機(jī)械清焦的方式處理，為避免爐管局部結(jié)焦不得不降低減底進(jìn)料溫度[2]。

第二，高含固物料進(jìn)入減壓塔進(jìn)料加熱爐后，爐管壓差變大，爐管內(nèi)高含固物料中輕組分出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，輕組分被快速閃蒸出來，這樣，汽化后產(chǎn)生的介質(zhì)汽液固三相分離，氣體流速快而傳熱系數(shù)小，傳熱速度慢，由于汽液固三相流速不同，爐管內(nèi)分層現(xiàn)象明顯，高含固物料在局部過熱時(shí)，出現(xiàn)沉積和結(jié)焦。

第三，在裝置運(yùn)行期間，為保證減壓塔底溫度，更多的拔出液相組分，燃料氣進(jìn)入爐膛的手閥開度較大，如果火苗不齊，且有些火苗直撲爐管，在監(jiān)控不到位，沒有及時(shí)調(diào)整，長時(shí)間運(yùn)行情況下很容易造成爐管溫度局部過熱，進(jìn)而造成爐管結(jié)焦。

第四，在高含固物料進(jìn)入加熱爐時(shí)，有一部分相對較輕的組分發(fā)生高溫裂解反應(yīng)，以及高溫脫氫縮合反應(yīng)，也是加劇減壓塔進(jìn)料加熱爐爐管結(jié)焦的重要因素。

四、結(jié)焦對策

第一，減壓塔進(jìn)料加熱爐兩個(gè)爐膛，共4根爐管，單根爐管長度470米，出入口管徑為124mm，爐管內(nèi)徑為146mm，在清焦時(shí)只能用直徑為124mm的清焦球進(jìn)行，清焦球在爐管中形成一定間隙，不能直接與爐管充分接觸，使得結(jié)焦在爐管上的焦塊不能徹底剝離。改變爐管與出入口法蘭結(jié)構(gòu)形式，使?fàn)t管與出入口管徑相同，方便機(jī)械清焦處理，對保證煤漿進(jìn)料加熱爐的長周期穩(wěn)定運(yùn)行很有必要。根據(jù)多次機(jī)械清焦的經(jīng)驗(yàn)，將減壓塔進(jìn)料加熱爐中間爐管彎頭外移至加熱爐外，設(shè)置連接爐管與彎頭的法蘭，爐管彎頭在需要清焦的情況下，可以在爐膛外將彎頭拆下，利于分段機(jī)械清焦，從而提高清焦效率。

第二，保持減壓塔進(jìn)料加熱爐入口最大流量，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)波動時(shí)，優(yōu)先考慮加熱爐的操作，保證常壓塔底液位正常，常壓塔底泵穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)反應(yīng)系統(tǒng)至分餾系統(tǒng)斷料時(shí)，將常壓塔側(cè)線油外送關(guān)閉，側(cè)線油返回塔底或利用沖洗油補(bǔ)充塔底液位，保證常底泵的流量壓力恒定，也可將減壓塔減三油相至加熱爐閥門開大，從而保證加熱爐入口流量。

第三，操作工在操作時(shí)，注意各參數(shù)的變化，加強(qiáng)監(jiān)控，保證減壓塔進(jìn)料熱爐出口壓力，控制爐管內(nèi)物料保持一定的流速，避免加熱爐入口流量過小或斷料現(xiàn)象，爐管溫度出現(xiàn)局部高點(diǎn)時(shí)，及時(shí)聯(lián)系操作工現(xiàn)場調(diào)小相對應(yīng)的燃料氣手閥。

第四，系統(tǒng)大幅波動，在人為不可控制的情況下，通過減壓塔進(jìn)料加熱爐跨線直接將加熱爐切除，燃料氣閥門關(guān)至最小，常壓塔底物料直接進(jìn)減壓塔，并用加熱爐入口低壓緊急沖洗油沖洗爐管，可以有效的防止?fàn)t管結(jié)焦的發(fā)生。

第五，常壓塔進(jìn)行降壓操作，操作壓力由原來的0.8MPa左右降至0.16MPa左右，盡可能多的拔出常底物料中的輕組分，增加常底物料的固含量，減少輕組分在減壓塔進(jìn)料加熱爐爐管內(nèi)汽化引起的爐管結(jié)焦，常壓塔改造后常頂壓力下降0.64MPa左右，常壓塔的側(cè)線外送量明顯增加，有效減少進(jìn)入加熱爐的輕組分，爐管結(jié)焦速度明顯減緩。

第六，減壓塔進(jìn)料加熱爐設(shè)置可以單爐膛切除進(jìn)行清焦流程，爐管結(jié)焦嚴(yán)重時(shí)，系統(tǒng)降低生產(chǎn)負(fù)荷，單爐膛運(yùn)行，對結(jié)焦?fàn)t膛進(jìn)行單系列清焦工作。單爐膛運(yùn)行時(shí)，單爐膛熱負(fù)荷雖然增大，但是，完全可以保證爐出口溫度，減底溫度沒有大的波動，減底油渣性質(zhì)影響不大;其次，在系統(tǒng)負(fù)荷80～90%時(shí)可以滿足常底液位控制，減壓爐單爐膛運(yùn)行時(shí)爐管流速是雙爐膛運(yùn)行時(shí)的1.5倍左右，高流速可以有效降低爐管結(jié)焦趨勢，所以減壓爐可以采取一個(gè)爐膛運(yùn)行，一個(gè)爐膛備用的方案，進(jìn)行切換運(yùn)行在線清焦，有效延長加熱爐整體運(yùn)行周期[3]。