加熱爐燒焦技術(shù)在延遲焦化裝置中的應(yīng)用

曹語(yǔ)

摘 要：介紹了加熱爐燒焦技術(shù)在某延遲焦化裝置中的應(yīng)用，以爐C為例詳細(xì)說(shuō)明燒焦過(guò)程中的主要操作和注意事項(xiàng)，并對(duì)燒焦過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題提出建議。燒焦結(jié)果表明：爐C東、西分支經(jīng)燒焦后處理量分別提高2t/h和11t/h、爐管表面溫度分別降低34℃和41℃、入口壓力均降低0.1MPa，爐C能耗下降0.25kgEO/t。燒焦技術(shù)能有效清除加熱爐爐管結(jié)焦，確保裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：延遲焦化;加熱爐;燒焦

引言

延遲焦化是一種先將渣油在加熱爐中加熱至焦化反應(yīng)溫度，再延遲到焦炭塔中完成生焦反應(yīng)的工藝過(guò)程。加熱爐是延遲焦化裝置的核心設(shè)備，其爐管的結(jié)焦速率直接影響焦化裝置的開(kāi)工周期。因此對(duì)加熱爐定期燒焦成為保證裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。加熱爐爐管上沉積的焦炭來(lái)自于重油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的縮合反應(yīng)生成的苯不溶物到喹啉不溶物，進(jìn)而縮聚成焦。造成加熱爐爐管結(jié)焦的原因有以下幾點(diǎn)：一是爐火控制不佳、火焰不齊，火焰偏燒造成爐管局部過(guò)熱;二是進(jìn)料量或注氣量波動(dòng)造成爐管內(nèi)介質(zhì)流速減慢;三是摻煉催化油漿中的催化劑顆粒與無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶形成鹽垢，易吸附瀝青質(zhì)構(gòu)成焦核，加劇爐管結(jié)焦傾向。

目前，爐管清焦方法主要有機(jī)械清焦、在線清焦和停爐燒焦三種。機(jī)械清焦利用附帶花紋螺釘?shù)耐ㄇ蜃鳛榍褰构ぞ?，用水力推?dòng)其在爐管中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，剝離管壁焦層。機(jī)械清焦的清焦效果較好且對(duì)爐管傷害小，但清焦成本較高、清焦前需停爐等是其明顯缺點(diǎn)。韋勇任[1]采用機(jī)械清焦法對(duì)惠州石化4.2Mt/a延遲焦化裝置加熱爐清焦后發(fā)現(xiàn)，相較清焦前爐管管壁溫度平均下降30℃、入爐壓力降低0.2MPa、燃料氣消耗降低6%。在線清焦是在不停加熱爐的條件下對(duì)多管程加熱爐中的某一列管程通蒸汽清焦，利用蒸汽量和管壁溫度變化使焦炭脫落。在線清焦無(wú)需停爐，可提高裝置效益，但也存在對(duì)加熱爐設(shè)計(jì)要求較高、僅能單向清焦等不足。停爐燒焦則是在加熱爐切出的情況下，向爐管內(nèi)通入蒸汽和非凈化風(fēng)，利用風(fēng)助燃管內(nèi)高溫焦炭、通過(guò)風(fēng)量控制燒焦速率。通入管內(nèi)的蒸汽則在帶走焦炭燃燒放出熱量的同時(shí)，加快管內(nèi)流速、不斷沖擊、剝離管壁上的焦層，最終帶出至燒焦罐[2]。停爐燒焦法清焦效果好、經(jīng)濟(jì)成本低，但燒焦時(shí)易超溫?fù)p壞爐管，故對(duì)操作人員的技能水平要求較高。孫宇[3]等對(duì)鎮(zhèn)海煉化Ⅰ焦化2號(hào)加熱爐爐管進(jìn)行“燒焦-水洗”處理后，裝置處理量提高13%、爐管表面溫度下降28℃、燃料氣單耗下降9.7%。

本文采用停爐燒焦法，對(duì)某延遲焦化裝置三臺(tái)雙管程雙面輻射爐進(jìn)行燒焦，總結(jié)了此次燒焦的工藝流程，通過(guò)分析燒焦時(shí)爐管表面溫度變化及燒焦前后加熱爐處理量、入口壓力、爐管表面溫度和加熱爐能耗等參數(shù)變化，評(píng)估燒焦效果，并對(duì)此次燒焦出現(xiàn)的問(wèn)題提出建議。

1. 燒焦背景及工藝流程

某焦化裝置共有三臺(tái)雙管程雙面輻射水平管立式加熱爐（爐A、爐B、爐C），每臺(tái)爐管各有兩路分支。爐管均采用Cr9Mo材質(zhì)，運(yùn)行時(shí)要求管壁溫度小于650℃。此次燒焦前，各爐爐管表面溫度從446～601℃上升至490～657℃，爐入口壓力從1.6Mpa上升至1.75Mpa，爐膛溫度從652～723℃上升至662～781℃，單爐最大處理量?jī)H為78t/h，嚴(yán)重影響裝置加工量。將加熱爐停爐切出后，分別在分支進(jìn)料調(diào)節(jié)閥后和爐出口旋塞閥前加裝盲板，并將爐入口與燒焦彎頭相連，爐出口切換至燒焦罐。

2. 燒焦過(guò)程及操作要點(diǎn)

2.1 加熱爐燒焦

圖1是本次燒焦曲線示意圖。燒焦初期，爐管內(nèi)配蒸汽并按燒焦曲線升溫，管壁由冷變熱會(huì)使?fàn)t管內(nèi)壁焦層開(kāi)始松動(dòng)剝離。蒸汽剝離階段，反復(fù)多次開(kāi)大和減小蒸汽量（0.5～1t/h），通過(guò)流速變化沖擊松動(dòng)的焦層，脫落的焦塊則由蒸汽帶出至燒焦罐。該階段應(yīng)重點(diǎn)注意燒焦罐出口水的顏色，顏色由白變黑則焦炭剝離開(kāi)始，不見(jiàn)焦粉則剝焦結(jié)束。隨后將爐膛溫度控在600℃，緩慢向爐管內(nèi)通入非凈化風(fēng)（300m3/h，注意風(fēng)汽配比），進(jìn)入蒸汽-空氣燒焦階段。風(fēng)的通入會(huì)使管內(nèi)部分焦炭燃燒，進(jìn)一步促進(jìn)焦炭剝離。燒焦應(yīng)特別注意兩點(diǎn)：一是控制管壁溫度≯650℃、燃燒處≯700℃，爐管呈暗紅色為宜;二是關(guān)注爐入口壓力，控制排焦顆?！?mm，防止燒焦過(guò)快堵塞爐管。燒焦尾聲，短暫提高爐出口溫度至600℃并加大給風(fēng)量強(qiáng)燒15分鐘，待爐管顏色由紅變黑、管壁溫度不再上升后，停風(fēng)加蒸汽吹掃。等爐管內(nèi)吹出物由黑灰轉(zhuǎn)為紅灰后，燒焦結(jié)束，按曲線降溫悶爐。

3. 燒焦效果評(píng)估

3.1 燒焦時(shí)爐管表面溫度變化

表1是燒焦期間爐C東、西兩分支爐管表面溫度變化情況，因結(jié)焦多發(fā)于爐出口，故僅選取了近爐出口的第33～38根爐管為例（下同）。從表中可以看出，隨著燒焦時(shí)間的進(jìn)行，東、西兩分支的第33～38根爐管表面溫度均逐漸上升。這是因?yàn)樵谡羝?空氣燒焦階段，通入爐管中的非凈化風(fēng)量逐漸增加，管內(nèi)更多的焦炭發(fā)生氧化反應(yīng)燃燒放出大量熱，致使管壁溫度升高。對(duì)比東、西分支各時(shí)間點(diǎn)的爐管表面溫度可知，燒焦期間爐C東分支爐管表面溫度在580～640℃，普遍低于西分支爐管表面溫度590～650℃，且西分支第36、37、38根爐管峰值溫度均高于650℃，這說(shuō)明爐C西分支的結(jié)焦情況比東分支更為嚴(yán)重

3.2 燒焦前后爐C工藝參數(shù)對(duì)比

表2是燒焦前后爐C東、西分支工藝參數(shù)對(duì)比。相較于燒焦前，燒焦后的爐C東、西分支平均爐管表面溫度分別下降34℃和41℃，有效減輕爐管的結(jié)焦傾向，保證了加熱爐的平穩(wěn)運(yùn)行。燒焦后東、西分支的處理量分別提高了2t/h和11t/h，入口壓力均降低了0.1MPa，這說(shuō)明通過(guò)燒焦成功剝離了管內(nèi)壁焦層，擴(kuò)寬了渣油在管內(nèi)流通路徑，明顯提高了裝置處理量。此外，燒焦后爐C整體能耗降低0.25kgEO/t，節(jié)省了瓦斯消耗，創(chuàng)造了一定經(jīng)濟(jì)效益。能耗的降低主要?dú)w功于管內(nèi)壁焦層脫落，管壁熱阻減小，有效提高了爐管表面熱強(qiáng)度。通過(guò)表2對(duì)比還能發(fā)現(xiàn)，之前結(jié)焦情況更為嚴(yán)重的爐C西分支通過(guò)燒焦后，處理量提升和爐管表面溫度下降都較東分支更為明顯，說(shuō)明燒焦效果較好。同時(shí)也應(yīng)排查造成西分支結(jié)焦的原因，及時(shí)采取疏通西分支火嘴、調(diào)整加熱爐注汽等措施減緩西分支結(jié)焦趨勢(shì)。

結(jié)論

（1）本次加熱爐燒焦效果明顯，燒焦后爐C東、西分支處理量分別提高2t/h和11t/h，爐管表面溫度分別降低34℃和41℃，入口壓力均降低0.1MPa，爐C能耗下降0.25kgEO/t;

（2）爐C西分支結(jié)焦情況明顯高于東分支，應(yīng)及時(shí)排查原因，通過(guò)疏通西分支火嘴、調(diào)整加熱爐注汽等措施延緩結(jié)焦趨勢(shì)，保證加熱爐長(zhǎng)周期運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]韋勇任. 延遲焦化加熱爐機(jī)械清焦技術(shù)的應(yīng)用與探討[J]. 煉油技術(shù)與工程， 2020， 50（8）：26-29.

[2]馬成恩， 孫奎， 沈如超，等. 延遲焦化裝置加熱爐爐管在線燒焦技術(shù)的實(shí)踐與思考[J]. 石化技術(shù)， 27（12）：46-47.

[3]孫宇， 傅鋼強(qiáng)， 鄭巖，等. 延遲焦化加熱爐燒焦-水洗技術(shù)的應(yīng)用[J]. 煉油技術(shù)與工程， 2012， 42（10）：37-40.13343248-B725-4882-A84B-8B7F20D65DD8