延遲焦化加熱爐爐管結(jié)焦原因探析

肖國營

摘 要：焦化的特殊工藝特性，會使加熱爐爐管產(chǎn)生結(jié)焦，會使得延遲焦化裝置無法較長時期運行。本文對爐管結(jié)焦機理和原理進行分析，并提出預防結(jié)焦和減緩措施。

關(guān)鍵詞：延遲焦化;加熱爐結(jié)焦;原因

延遲焦化裝置設(shè)備中，最為關(guān)鍵部件為加熱爐，生產(chǎn)所需要的焦化原料有著較高的黏度和密度，還會存在高殘?zhí)?。在裝置生產(chǎn)過程中，難免會產(chǎn)生焦化加熱爐爐管結(jié)焦問題。受到原油品質(zhì)、常減壓裝置加工深度和輕質(zhì)油拔出率等方面的影響，延遲焦化裝置生產(chǎn)所需的原材料中鹽類、重組分油和殘?zhí)康葦?shù)量不斷增多，會使加熱爐爐管產(chǎn)生較為嚴重的結(jié)焦現(xiàn)象。焦化裝置的生產(chǎn)周期很大程度上是由爐管結(jié)焦程度決定，需要對爐管結(jié)焦原因進行深入分析，制定有效的處理措施來保證延遲焦化裝置可以較長時期運行。

1 爐管結(jié)焦機理和原理分析

1.1 爐管結(jié)焦機理

焦化加工的對象主要為重油和渣油，有著較大黏稠度，構(gòu)成物質(zhì)比較復雜。存在著較多的大分子非烴物、無機鹽、瀝青質(zhì)和金屬離子等，重油中的分子會在較高溫度和件下形成自由基，會以多種方式來進行化學反應?？梢孕纬闪鸦磻瑥拇蠓肿游镔|(zhì)裂化成小分子。也可以重新形成大分子物質(zhì)，裂解和縮合反應可以同步開展，爐管中積累的焦炭主要形成于重油物質(zhì)中的瀝青質(zhì)產(chǎn)生的縮合反應。產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象主要是由于焦炭產(chǎn)生積累而導致。渣油主要由瀝青、飽和烴、膠質(zhì)和芳烴構(gòu)成，還存在著金屬、硫和氮等物質(zhì)構(gòu)成，為膠體分散體系，以瀝青質(zhì)作為關(guān)鍵物質(zhì)來產(chǎn)生吸附作用，以膠質(zhì)方式產(chǎn)生膠束。加熱爐中存在的生產(chǎn)原料被加熱之后，由于渣油中存在著較多的瀝青、膠質(zhì)等，會隨著原料產(chǎn)生汽化及裂解反應，部分物質(zhì)會產(chǎn)生縮合反應，會在爐管表面金屬中形成沉積，焦核會在爐管中產(chǎn)生污垢層，通過脫氫縮合反應后產(chǎn)生焦炭。加熱爐爐管中的焦粒會不斷變大，并不斷向爐管內(nèi)壁產(chǎn)生沉積。生產(chǎn)原料中的硫、氮等物質(zhì)中數(shù)量較多，在較高的溫度條件下，雜質(zhì)化合物形成較多的自由基，由于存在著鏈反應會產(chǎn)生高分子聚合物質(zhì)。除此之外，生產(chǎn)原料中的金屬離子與鍋爐金屬不光滑的表面，可以對化學物質(zhì)的聚合反應起到催化。

1.2 爐管結(jié)焦原因和產(chǎn)生的危害

在渣油熱轉(zhuǎn)化反應過程中，離不開加熱爐提供的能量，重質(zhì)油會在轉(zhuǎn)化深度不高的情況下具有較好的不結(jié)焦特性，可以讓渣油以較快的速度通過爐管，從而得到輕質(zhì)反應所需要的熱量，把生焦反應推遲到焦炭塔內(nèi)。當渣油的溫度被提高到500度左右，內(nèi)部的輕組分在高溫條件下，受到高溫蒸汽的作用而出現(xiàn)汽化，一些重組分會部分形成縮合反應，并伴隨著熱裂解現(xiàn)象。加熱爐爐管中的焦粒生產(chǎn)情況和渣油品質(zhì)及溫度有著直接的關(guān)系，還和焦粒沉積、油液的流動速度和鹽分等相關(guān)，含鹽量高則會使爐管產(chǎn)生更為嚴重的結(jié)焦。爐管結(jié)焦問題的存在會使得金屬表面溫度變高，爐管強度減弱，使用年限變短。也會使介質(zhì)流動受到更大的阻力，內(nèi)部壓力變大。如果結(jié)焦問題比較嚴重，就會發(fā)生嚴重的安全事故。

2 預防結(jié)焦和減緩措施

2.1 保證原材料質(zhì)量

延遲焦化所需要的生產(chǎn)材料，會受到常減壓裝置的制約，品質(zhì)不同的原油及減壓渣油有著不同的性質(zhì)。減壓渣油具備的密度大，瀝青入重金屬數(shù)量較多，則爐管則會更容易產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象。當生產(chǎn)原料出現(xiàn)重質(zhì)化，需要合理提高循環(huán)比，利用分餾塔底部生產(chǎn)出來的循環(huán)油，來減緩進入爐體中材料的變質(zhì)進程。適當提升循環(huán)比，尤其是原材料成分中的瀝青，如果含量較高就會導致原材料產(chǎn)生結(jié)焦問題。如果渣油品質(zhì)不高，可以利用更高的循環(huán)比。還應該優(yōu)化焦炭塔及分餾塔的操作流程，避免氣體中數(shù)量較多的焦粉帶入到分餾塔中。還需要做好分餾塔循環(huán)油的過濾工作，避免更多的焦粉隨著循環(huán)油帶入到爐體中。

2.2 優(yōu)化加熱爐運行條件

為了使加熱爐的運行效率得到提升，避免爐管產(chǎn)生嚴得的結(jié)焦，提高加熱爐爐管的使用年限，需要對加熱爐的操作進行優(yōu)化，改善加熱爐運行條件：①控制好爐管進料流量。在對加熱爐進行操作時，需要防止出現(xiàn)偏流問題，以免根管中產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象。原料在每個支路爐管中分配的是否合理，會影響到爐管的使用年限，所以在進行加熱爐操作時需要保證流量的平穩(wěn);②保證合理的介質(zhì)流量。如果介質(zhì)流動速度較高，在爐管中停留時間就會變少，結(jié)焦速度會減小。需要使介質(zhì)以較高流量經(jīng)過爐管，可以通過注水或注汽來提高爐管內(nèi)的湍流速度;③控制好爐出口溫度。出口溫度會對焦炭塔中的反應溫度和深度產(chǎn)生較大的影響，如果溫度太高，焦化反應就會變深，爐管會更易出現(xiàn)結(jié)焦。溫度值低，無法達到足夠的反應深度，不能保證生焦的順利進行。需要對出口溫度進行優(yōu)化，在保證出口反應率的同時，避免爐管產(chǎn)生嚴重的結(jié)焦;④使加熱爐處于良好燃燒狀態(tài)。保證燃氣的供應充足，不可以使火焰直接沖刷爐管，使燃氣進行充分燃燒。

3 結(jié)束語

綜上所述，為了保證加熱爐的運行安全，需要深入分析爐管結(jié)焦原因，選用優(yōu)質(zhì)原料，確定最為合理的循環(huán)比，對操作流程進行優(yōu)化，從而提高加熱爐使用壽命。

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