重沸爐新型烘爐方法研究與實(shí)踐

羅超華

(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

某煉化公司新建一套50萬(wàn)t/a輕烴芳構(gòu)化裝置，該裝置共有5臺(tái)加熱爐，其中1臺(tái)穩(wěn)定塔重沸爐F201是典型的輻射對(duì)流型立式圓筒爐，由中石化洛陽(yáng)工程有限公司設(shè)計(jì)，托普工業(yè)(江蘇)有限公司制造安裝。2019年12月，穩(wěn)定塔重沸爐F201安裝完畢，準(zhǔn)備進(jìn)行烘爐工作。對(duì)于塔底重沸爐的烘爐，為保護(hù)爐管，傳統(tǒng)方案大多是向爐管內(nèi)通入蒸汽，并設(shè)置臨時(shí)蒸汽放空消音器。烘爐過(guò)程中，蒸汽大量放空，導(dǎo)致噪音大，能耗也高【1】，而且爐管出口溫度一般會(huì)達(dá)到400 ℃左右，遠(yuǎn)高于正常的爐出口溫度，接近碳鋼材料正常使用的極限溫度425 ℃。受蒸汽管道或消音器的流通量限制,要使?fàn)t出口溫度不超溫，需降低爐膛溫度，使得烘爐效果受到影響。國(guó)內(nèi)各煉化公司在烘爐時(shí)普遍存在該問(wèn)題【2】。為了降低烘爐能耗、節(jié)約開(kāi)工成本、更好地控制爐出口溫度、達(dá)到較好的烘爐效果，有的煉化公司以油運(yùn)物料作為爐管保護(hù)介質(zhì)【1】，但該方法危險(xiǎn)系數(shù)大，需要具備的條件很苛刻，實(shí)際應(yīng)用得很少。還有的煉化公司以除鹽水作為爐管保護(hù)介質(zhì)【3】，烘爐時(shí)控制除鹽水的最高溫度，使除鹽水不汽化。該方案的缺點(diǎn)是要尋找合適的冷卻器將加熱后的除鹽水循環(huán)冷卻，否則要么除鹽水汽化，要么爐膛溫度達(dá)不到烘爐要求【3】。綜合對(duì)比各種烘爐方案的優(yōu)缺點(diǎn)，該煉化公司研究并采用了一種新型烘爐方法，即采用除氧水少量汽化代替常規(guī)蒸汽作為爐管保護(hù)介質(zhì)進(jìn)行烘爐。該方法已在穩(wěn)定塔重沸爐F201的烘爐中應(yīng)用成功。

1 烘爐時(shí)爐管保護(hù)介質(zhì)研究

1.1 穩(wěn)定塔重沸爐F201

穩(wěn)定塔重沸爐F201的輻射段爐墻襯里為輕質(zhì)澆注料Q-0.7+陶纖模塊，爐頂襯里為陶瓷纖維毯+陶纖模塊，爐底襯里為憎水型陶瓷纖維板+輕質(zhì)耐熱襯里Q-0.9+耐火磚，對(duì)流段襯里為輕質(zhì)耐火澆注料Q-0.8；爐管材質(zhì)為20號(hào)碳鋼，規(guī)格為φ141.3 mm×8 mm，采用4管程，爐管內(nèi)介質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。設(shè)計(jì)采用1.0 MPa蒸汽作為烘爐的爐管保護(hù)介質(zhì)，蒸汽流量設(shè)計(jì)為30 t/h。

表1 F201爐管主要設(shè)計(jì)參數(shù)

F201爐管介質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力來(lái)自重沸爐泵P206，其設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。正常操作時(shí)F201爐管介質(zhì)的氣化率約為50%，即有97 t/h的C6+汽油組分氣化后以氣相進(jìn)入穩(wěn)定塔T203。

表2 重沸爐泵P206主要設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1為加熱爐制造廠給出的F201烘爐曲線(xiàn)。圖1顯示，烘爐時(shí)爐膛最高溫度為500 ℃，而正常操作時(shí)F201的爐膛溫度在600 ℃以上。一般加熱爐爐膛溫度越高，熱負(fù)荷越大，因此烘爐時(shí)F201的熱負(fù)荷也會(huì)低于正常操作工況的熱負(fù)荷。為研究烘爐時(shí)各種爐管保護(hù)介質(zhì)的保護(hù)效果，需要先確定烘爐時(shí)的最高熱負(fù)荷。假設(shè)F201烘爐時(shí)最高爐膛溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷為7.61×500/600=6.34 MW，以該熱負(fù)荷值對(duì)各種爐管保護(hù)介質(zhì)進(jìn)行分析研究。

圖1 烘爐曲線(xiàn)

1.2 蒸汽作為爐管保護(hù)介質(zhì)方案

該公司1.0 MPa蒸汽的管網(wǎng)溫度在250 ℃左右，按照爐管出口溫度400 ℃、蒸汽比熱容1.88 kJ/(kg·℃)計(jì)算，烘爐最高熱負(fù)荷達(dá)到6.34 MW時(shí)需要消耗1.0 MPa蒸汽約80 t/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)給出的烘爐蒸汽量30 t/h，如果熱負(fù)荷高于6.34 MW，則需要的蒸汽量將更大。而烘爐蒸汽總管的管徑為DN200，四路支管的管徑為DN100，這么大的蒸汽量必然導(dǎo)致蒸汽流速非常大， 計(jì)算結(jié)果顯示，蒸汽流速會(huì)超過(guò)120 m/s，這將導(dǎo)致管道阻力非常大，即由于管道流通量限制，根本達(dá)不到所需的蒸汽流量。蒸汽流量達(dá)不到需求將導(dǎo)致?tīng)t管出口超溫。為避免超溫， 則需降低爐膛溫度， 而降低爐膛溫度后則可能達(dá)不到烘爐效果。該問(wèn)題在國(guó)內(nèi)煉廠已普遍存在【2】。而且按照烘爐期間的蒸汽平均耗量30 t/h計(jì)算， 烘爐期間需消耗5 040 t蒸汽， 按照該公司167元/t的蒸汽價(jià)格元計(jì)算， 蒸汽費(fèi)用約84萬(wàn)， 費(fèi)用較高， 經(jīng)濟(jì)上不劃算。

1.3 除氧水汽化作為爐管保護(hù)介質(zhì)方案

該裝置公用工程介質(zhì)有穩(wěn)定的除氧水。除氧水主要用于減溫器的減溫水，溫度110 ℃，壓力6 MPa 左右，設(shè)計(jì)流量10 t/h，可以很方便地安裝一條臨時(shí)管線(xiàn)將除氧水補(bǔ)充至重沸爐F201。采用除氧水汽化作為爐管保護(hù)介質(zhì)還需要配套的工藝設(shè)備支持，即運(yùn)行重沸爐泵P206、穩(wěn)定塔T203以及塔頂空冷器和回流罐，并將T203壓力控制在0.3～0.5 MPa，塔壓低時(shí)補(bǔ)氮?dú)?，塔壓高時(shí)放空。0.3～0.5 MPa壓力下對(duì)應(yīng)的水的飽和溫度為160 ℃左右。按照160 ℃飽和水的循環(huán)流量200 t/h計(jì)算，重沸爐泵P206所需功率約為100 kW，低于110 kW的電機(jī)額定功率，說(shuō)明泵和電機(jī)的運(yùn)行沒(méi)有問(wèn)題。烘爐時(shí)爐膛的熱量主要靠除氧水汽化吸收，烘爐最高熱負(fù)荷達(dá)到6.34 MW時(shí)產(chǎn)生0.5 MPa蒸汽約11 t/h，計(jì)算氣化率5.5%。爐管出口溫度在160 ℃左右，遠(yuǎn)低于正常運(yùn)行時(shí)243 ℃的指標(biāo)，不存在超溫問(wèn)題，也不存在超壓?jiǎn)栴}，因此，加熱爐和塔的運(yùn)行沒(méi)有問(wèn)題，而且方便控制爐膛溫度，可嚴(yán)格按照烘爐曲線(xiàn)實(shí)施。如果熱負(fù)荷高于6.34 MW，無(wú)非產(chǎn)生的蒸汽量多一些，爐管溫度和壓力都不會(huì)有變化。11 t/h的蒸汽進(jìn)入T203后，經(jīng)過(guò)各層塔盤(pán)到達(dá)塔頂，再到空冷器冷凝為水進(jìn)入回流罐；回流罐中的水可以用回流泵送至T203塔頂，形成水汽循環(huán)，不存在蒸汽和水的排放問(wèn)題，只需在初期向系統(tǒng)中補(bǔ)入除氧水即可，烘爐期間的水費(fèi)電費(fèi)消耗合計(jì)不超過(guò)2萬(wàn)元。

經(jīng)過(guò)分析研究，采用除氧水汽化作為爐管保護(hù)介質(zhì)進(jìn)行烘爐理論上是可行的，相比傳統(tǒng)的采用蒸汽作為爐管保護(hù)介質(zhì)的方案，還可節(jié)約烘爐運(yùn)行費(fèi)用，而且安全可靠，施工也方便，只需安裝臨時(shí)水線(xiàn)即可，不需要采購(gòu)消音器，也節(jié)省了安裝放空消音器的吊裝費(fèi)。

2 新型烘爐方法實(shí)踐

根據(jù)對(duì)兩種爐管保護(hù)介質(zhì)的研究結(jié)果，該公司決定采用除氧水汽化作為重沸爐烘爐的爐管保護(hù)介質(zhì)，據(jù)此制定了詳細(xì)的烘爐方案，并對(duì)操作人員進(jìn)行了交底培訓(xùn)。2020年5月采用該方案在穩(wěn)定塔重沸爐F201中進(jìn)行了實(shí)踐并達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

烘爐之前，對(duì)T203系統(tǒng)管道進(jìn)行沖洗并檢驗(yàn)合格，同時(shí)，確保系統(tǒng)氣密合格、相關(guān)機(jī)泵和儀表調(diào)試合格；此外，還進(jìn)行了水聯(lián)運(yùn)考核，多次拆清P206入口過(guò)濾器，確保將施工期間殘留在整個(gè)系統(tǒng)中的雜質(zhì)清除干凈，并多次進(jìn)行水置換，確保系統(tǒng)的水質(zhì)清澈。

實(shí)際烘爐過(guò)程中，爐膛溫度趨勢(shì)見(jiàn)圖2。圖2顯示，該曲線(xiàn)基本上與理論曲線(xiàn)相符，爐膛最高溫度在510 ℃左右，這是傳統(tǒng)烘爐方案很難做到的。爐出口溫度趨勢(shì)見(jiàn)圖3。圖3顯示，爐出口溫度最高為176 ℃，低于正常運(yùn)行時(shí)的243 ℃，更遠(yuǎn)低于SH/T 3115—2000《石油化工管式爐輕質(zhì)澆注料襯里工程技術(shù)條件》規(guī)定的允許最高爐出口溫度350 ℃。從爐出口溫度變化趨勢(shì)看，波動(dòng)較明顯，主要是由于穩(wěn)定塔T203塔壓未控制好導(dǎo)致的。在爐膛溫度低于500 ℃時(shí)，由于熱負(fù)荷較低，除氧水汽化量偏低，進(jìn)入到回流罐的水量也偏低，導(dǎo)致回流泵不能連續(xù)運(yùn)行，因而使塔壓產(chǎn)生了一定的波動(dòng)，最高達(dá)到0.8 MPa。爐膛溫度達(dá)到500 ℃ 恒溫期間，熱負(fù)荷較高，除氧水汽化量也較大，進(jìn)入到回流罐的水量也較多，在此期間回流泵連續(xù)運(yùn)行，塔壓比較穩(wěn)定，在0.27 MPa左右。烘爐期間重沸爐泵P206運(yùn)行平穩(wěn)，未發(fā)生抽空現(xiàn)象；期間對(duì)P206入口過(guò)濾器進(jìn)行了拆檢，未發(fā)現(xiàn)明顯的鐵銹雜質(zhì)；爐出口管道有輕微的振動(dòng)，但沒(méi)有出現(xiàn)水擊現(xiàn)象。

圖2 烘爐期間爐膛溫度趨勢(shì)

圖3 烘爐期間爐出口溫度趨勢(shì)

烘爐后，打開(kāi)穩(wěn)定塔T203人孔對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)塔盤(pán)出現(xiàn)異常；打開(kāi)穩(wěn)定塔重沸爐F201人孔對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行檢查，也未發(fā)現(xiàn)襯里和爐管出現(xiàn)異常。采用除氧水汽化作為爐管保護(hù)介質(zhì)進(jìn)行烘爐，相當(dāng)于對(duì)塔、爐、泵、儀表等進(jìn)行了全方位的考核，且徹底清除了系統(tǒng)雜質(zhì)，因此后續(xù)的引油投產(chǎn)過(guò)程非常順利，重沸爐泵P206一直運(yùn)行穩(wěn)定，入口過(guò)濾器未發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

采用傳統(tǒng)的蒸汽作為爐管保護(hù)介質(zhì)進(jìn)行重沸爐烘爐在以往實(shí)踐中存在爐膛溫度偏低或爐出口溫度超標(biāo)的問(wèn)題；而采用除氧水汽化作為爐管保護(hù)介質(zhì)進(jìn)行重沸爐烘爐，理論研究是可行的，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，該方法滿(mǎn)足烘爐曲線(xiàn)的要求，達(dá)到了良好的烘爐效果，而且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益，可以在塔底重沸爐上推廣應(yīng)用。該方法為烘爐提供了一種新工藝選擇。