延遲焦化加熱爐管結(jié)焦的研究與分析

王兵,楊清程,張紹東,姜可新

（鞍山開炭熱能新材料有限公司，鞍山 114044）

1 前言

加熱爐是延遲焦化裝置的核心設(shè)備，由于延遲焦化的工藝特性，加熱爐爐管結(jié)焦是一個(gè)必然發(fā)生的現(xiàn)象，也是影響延遲焦化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的一個(gè)制約因素。

2 加熱爐管結(jié)焦機(jī)理

爐管結(jié)焦的問題實(shí)際上就是焦炭的生成和吸附沉積的問題[1]，結(jié)焦速度其實(shí)就是焦炭在管壁上被吸附沉積的快慢。

加熱爐爐管結(jié)焦是被焦化油在一定壓力、溫度條件下，由于裂解、縮合反應(yīng)生成焦炭，然后沉積并吸附在爐管內(nèi)壁表面的現(xiàn)象[2]。結(jié)焦導(dǎo)致爐管流通面積減小焦化油流動(dòng)阻力增加，裝置能耗增加。在介質(zhì)吸收相同熱量時(shí)，結(jié)焦?fàn)t管管壁溫度高于未結(jié)焦?fàn)t管，爐管強(qiáng)度下降，使用壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生。以本延遲焦化裝置的一次加熱爐爐管結(jié)焦為例分析。

3 加熱爐結(jié)焦影響因素分析

3.1 加熱爐流程及結(jié)焦因素

原料油通過加熱爐輻射進(jìn)料泵抽出打入焦化加熱爐的對(duì)流段（在爐管內(nèi)通過六點(diǎn)注水來提高爐管內(nèi)物料流速，以延緩爐管結(jié)焦），同時(shí)調(diào)整空氣與燃料氣配比（氧含量）來提高加熱爐熱的效率，使原料油在輻射段被迅速加熱到480℃-505℃，然后經(jīng)四通閥進(jìn)入焦炭塔內(nèi)，在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件下，發(fā)生裂解和縮合等一系列化學(xué)反應(yīng)，如圖1所示。

圖1 加熱爐部分流程Fig.1 Heating furnace partial flow

影響加熱爐爐管結(jié)焦的因素：

1）爐膛溫度場(chǎng)分布的均勻性，具體涉及燃料壓力、流量、配風(fēng)等

2）加熱爐原料和注水的流量、壓力的平穩(wěn)性

3）熱電偶測(cè)量的精確度

4）環(huán)境及其他因素

這四方面都能影響加熱爐結(jié)焦的速度，分析如下。

3.2 加熱爐各點(diǎn)溫度分析

如圖2所示可以看出加熱爐溫度曲線出現(xiàn)明顯的下滑。而此時(shí)如圖3所示加熱爐爐膛溫度曲線，與加熱爐出口溫度曲線相反，有明顯的上升趨勢(shì)。這是因?yàn)榧訜釥t出口溫度電偶已經(jīng)出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，隨著結(jié)焦厚度的增加，加熱爐出口熱電偶測(cè)量的溫度越來越失真，隨著煤氣量的不斷加大，使?fàn)t膛溫度持續(xù)升高，形成加劇爐管結(jié)焦的惡性循環(huán)。

圖2 結(jié)焦后加熱爐出口各點(diǎn)溫度曲線Fig.2 Temperature curves at the outlet of the heating furnace after coking

圖3 結(jié)焦后加熱爐爐膛溫度曲線Fig.3 Curve of furnace chamber temperature after coking

經(jīng)燒焦后，恢復(fù)生產(chǎn)。如圖4和5所示是加熱爐出口各點(diǎn)溫度曲線與爐膛溫度的曲線。在進(jìn)料量相同、煤氣用量沒有太大變化的前提下，對(duì)照可以看出正常情況下加熱爐各溫度點(diǎn)曲線更平滑、操作人員對(duì)溫度更容易掌控；而爐管發(fā)生結(jié)焦后，傳熱效果下降，熱阻增大，加熱爐出口溫度下滑，爐膛溫度明顯高于正常時(shí)期爐膛溫度，最高點(diǎn)達(dá)765℃。此時(shí)，加熱爐出口各溫度低而爐膛溫度高，形成反差，所以通過加熱爐出口各溫度點(diǎn)和爐膛溫度可以判斷出加熱爐爐管是否結(jié)焦。

圖4 燒焦后加熱爐出口各點(diǎn)溫度曲線Fig.4 Temperature curves at the outlet of the heating furnace after burning

圖5 燒焦后加熱爐爐膛溫度曲線Fig.5 Curve of furnace chamber temperature after charring

3.3 加熱爐進(jìn)口壓力分析

如圖6所示為結(jié)焦后加熱爐進(jìn)口壓力曲線，圖7所示為燒焦后加熱爐進(jìn)口壓力曲線，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)結(jié)焦后加熱爐進(jìn)口壓力明顯高于燒焦后加熱爐進(jìn)口壓力，原因在于爐管結(jié)焦后使管徑變小，流通面積減少，而在進(jìn)料量與注水量不變的情況下，加熱爐進(jìn)口壓力必然要增大，發(fā)現(xiàn)后如不及時(shí)停工處理，嚴(yán)重時(shí)爐管可能出現(xiàn)堵死現(xiàn)象。所以通過觀察加熱爐進(jìn)口壓力的變化可以判斷出加熱爐爐管的結(jié)焦程度。

圖6 結(jié)焦后加熱爐進(jìn)口壓力曲線Fig.6 Pressure curve of inlet of heating furnace after coking

圖7 燒焦后加熱爐進(jìn)口壓力曲線Fig .7 Pressure curve of furnace inlet after charring

4 延緩加熱爐管結(jié)焦的措施

1）調(diào)節(jié)燃?xì)鈮毫土髁?，以及每個(gè)火嘴的配風(fēng)量，使加熱爐各火嘴燃燒呈短火焰、齊火苗，使?fàn)t膛內(nèi)溫度場(chǎng)分布均勻，避免加熱爐管局部位置過熱。

2）加熱爐原料送入和注水泵流量波動(dòng)較大忽高忽低，都會(huì)造成了焦化油在加熱爐管內(nèi)的流速不均勻，從而受熱不均，局部爐管溫度過高，逐漸結(jié)焦。注水對(duì)緩解加熱爐爐管結(jié)焦起著至關(guān)重要的作用，因此我們必須盡量避免注水泵的大范圍波動(dòng)。

3）注意分析加熱爐儀表準(zhǔn)確性（熱電偶、線路、溫度變送器等），加熱爐出口四溫度點(diǎn)調(diào)換后，各溫度點(diǎn)顯示溫度普遍低于實(shí)際溫度。此時(shí)，實(shí)際溫度過高引起結(jié)焦程度加劇。當(dāng)加熱爐出口溫度出現(xiàn)異常，我們要根據(jù)同一周期時(shí)間爐膛溫度、爐管溫度、焦炭塔溫度、煤氣消耗量、分餾塔液位及急冷油的注入量，綜合來判斷加熱爐的實(shí)際溫度，防止因儀表失靈造成人為控制溫度過高。

表1 更換電偶前后加熱爐出口溫度Table 1 Heating furnace outlet temperature before and after replacing electric couple

4）環(huán)境因素也會(huì)影響加熱爐出口溫度測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確性，如焦炭塔保溫不好保溫層老化，刮風(fēng)下雨對(duì)塔內(nèi)溫度將會(huì)產(chǎn)生影響，造成塔內(nèi)熱量散失。應(yīng)避免缺失保溫，現(xiàn)場(chǎng)排水及雨雪天等環(huán)境因素對(duì)加熱爐出口溫度的影響，使加熱爐到爐出口溫度點(diǎn)之間產(chǎn)生較大偏差。

5）另外焦化重油不斷循環(huán)使用，勢(shì)必?cái)y帶焦粉，然而加熱爐進(jìn)料中焦粉的帶入對(duì)爐管結(jié)焦具有一定的催化作用，導(dǎo)致焦在爐管中過多過早生成，縮短開工周期。

5 結(jié)束語

加熱爐結(jié)焦問題是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，影響他的因素是多方面的，本文主要結(jié)合延遲焦化生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行分析[3]。只有正確控制加熱爐和焦炭塔的操作條件，減少其他因素的對(duì)加熱爐的影響，才能有效的延緩加熱爐的結(jié)焦。