重整裝置四合一爐出口溫度波動的原因分析及對策

＊代 丹

（中海石油舟山石化有限公司 浙江 316000）

舟山石化90萬噸/年連續(xù)重整裝置反應部分配有一臺四合一立式加熱爐F3201～F3204作為重整反應的熱源，該四合一爐采用U型管箱式爐型，物料僅在輻射段進行加熱。四合一爐共設四個爐膛，根據(jù)反應熱量需要布置多排U型管，分別通過集合管與工藝系統(tǒng)連接。煙氣由爐頂煙道排入獨立煙囪，包括余熱鍋爐在內的總體計算熱效率為90%。

1.問題描述

自2020年開始，四合一爐中的二號反應爐F3202在操作條件穩(wěn)定的情況下，爐出口溫度出現(xiàn)不定期無規(guī)律波動，現(xiàn)象為爐出口溫度大幅下降約5～10℃，爐膛溫度大幅下降20～30℃，瓦斯量大幅增加約100～200Nm3/h，影響了其它3個加熱爐的爐膛溫度及瓦斯用量、重整反應及鍋爐產汽的平穩(wěn)運行。二號反應爐F3202出口溫度波動的現(xiàn)象維持時間不定，在不作任何調整的情況下又會恢復。

2.二號反應爐F3202出口溫度波動的原因分析

一般來說，影響加熱爐出口溫度波動的因素主要包括進料變化、燃料氣變化、燃燒狀態(tài)、設備老化、儀表控制系統(tǒng)不合適、負壓不穩(wěn)定及外界環(huán)境等。

（1）從進料角度分析。重整進料流量波動、溫度波動、性質改變等均會影響加熱爐的出口溫度。二號反應爐F3202出口溫度波動時，重整進料量穩(wěn)定，入口溫度平穩(wěn)。查閱非波動時與波動時的重整進料性質化驗數(shù)據(jù)，可以看出前后并沒有太大的變化，基本可以排除進料流量、溫度、性質變化的影響。當溫度達到370℃以上時，重整進料已經氣化，考慮到爐管內介質為石腦油與氫氣的混合物，若集合管內油與氣兩者的分布不均勻也可能會導致溫度的波動，因而應該增加循環(huán)氫流量，使石腦油以較快的速度通過反應器[1]，提高氫油比來優(yōu)化爐管內油氣分布。

（2）從燃料氣角度分析。燃料氣管網(wǎng)的壓力波動及組成變化均會引起燃料氣流量、熱值發(fā)生變化。全廠燃料氣由延遲焦化裝置產出，送入連續(xù)重整裝置瓦斯緩沖罐V4501（正常壓力控制在0.45MPa）。除焦化裝置切塔操作及投用液化氣汽化器外，燃料氣管網(wǎng)壓力基本穩(wěn)定，在燃料氣壓力穩(wěn)定時波動現(xiàn)象依然存在，可以排除燃料氣壓力波動因素的影響。二號反應爐F3202出口溫度波動前后燃料氣組成變化不大，燃料氣含有大量焦化干氣，潔凈度較差，間斷投用汽化器將液化氣并入燃料氣管網(wǎng)，C3+組分增多，同時根據(jù)氫氣平衡也存在氫氣排放至燃料氣管網(wǎng)的情況，燃料氣組分變化可能導致燃燒不穩(wěn)定。但是除四合一爐外，其他裝置的管箱式加熱爐并沒有出現(xiàn)類似現(xiàn)象，因而燃料氣組成的變化可能是引起爐出口溫度波動的因素，但并非關鍵因素。

（3）從設備角度分析。四合一爐60臺燃燒器大部分為2007年3月出廠，投用時間長達10年以上，且無法單獨拆卸槍頭進行清理疏通。燃燒器的老舊、氣槍的堵塞會導致燃燒不穩(wěn)定，引起爐出口溫度的波動。但正常生產狀態(tài)下燃燒器無法實施更換，需等待停工檢修時予以消除。

（4）從加熱爐燃燒情況角度分析。2020年3月，現(xiàn)場查看二號反應爐F3202燃燒器的燃燒狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)個別燃燒器火苗飄忽不定、軟綿無力。特別是在瓦斯燃燒不完全的情況下，則會導致瓦斯尾燃引起出口溫度變化。這種情形可能是燃料氣配風量與瓦斯量不合適引起的，因而操作人員巡檢過程中應特別關注四合一爐燃燒狀態(tài)，及時作出調整。

（5）從儀表控制系統(tǒng)角度分析。儀表控制系統(tǒng)不合適的PID參數(shù)會導致瓦斯調節(jié)閥“過調”“滯后”等問題，但二號反應爐F3202在瓦斯流量調節(jié)閥手動控制時出口溫度依然會波動，可以排除PID參數(shù)的影響。

氧含量、爐膛溫度熱電偶等儀表指示是否真實準確或測點位置也會影響到燃燒狀況。尤其是氧分析儀直接影響了操作人員的判斷，真實氧含量低燃燒不完全，尾燃現(xiàn)象的發(fā)生也直接影響了爐出口溫度的波動。

（6）從加熱爐負壓及煙氣擾動角度分析。四合一爐四個輻射室下部由火墻隔開，上部分屬于連通結構，二號反應爐F3202輻射段到對流段有3個通道，特別是爐內負壓不合適時，二號反應爐F3202上部煙氣走向存在不確定性，有可能發(fā)生煙氣波動、互竄，而且二號反應爐F3202熱負荷高且產生的煙氣量大，煙氣流動的不確定性大，熱量分布不均勻，也有可能引起出口溫度波動。因而應該調整爐膛負壓，改善四合一爐各爐膛的負壓分布。

3.排查與調整措施

（1）復核四合一爐負荷。為排除加熱爐熱負荷過高對出口溫度的影響因素，2021年3月委托石化工程對四合一爐負荷進行模擬核算。表1是四合一爐設計負荷模擬核算結果的對比。同時對比DCS數(shù)據(jù)和2019年的標定數(shù)據(jù)，四臺加熱爐溫升、操作熱負荷均小于設計值。結合模擬核算結果可知，F(xiàn)3202、F3203熱負荷比設計值偏大，爐膛溫度比設計值、DCS數(shù)值都偏大一些。但基本在設計工藝最大工況范圍內，排除熱負荷超過設計負荷的因素影響。

表1 四合一爐設計負荷與模擬核算結果對比

（2）增加循環(huán)氫流量，以優(yōu)化集合管內油氣分布狀態(tài)。為了改善集合管內油氣分布狀態(tài)，穩(wěn)定爐出口溫度，2021年4月，在其他條件基本上不變的情況下，逐步提高循環(huán)氫流量。圖1是出口溫度與循環(huán)氫流量的變化關系，可見在提高氫油比的情況下，出口溫度依然波動，可以排除該因素的影響。

（3）調整燃燒狀況。2021年，針對四合一爐各燃燒器的燃燒狀況進行了調整，對火苗飄忽不定等問題進行了配風量和瓦斯量的調整，力求將燃燒狀況調整至最佳。經過幾個月的調整，大多數(shù)燃燒器燃燒狀況得到了改善。但由于燃燒器使用年限長、設備老化的問題，部分燃燒器配風量無法調整，特別是三層長明燈火焰發(fā)飄、脫焰，存在明顯的不完全燃燒現(xiàn)象。在調整過程中，出口溫度時而波動，時而穩(wěn)定，問題依然存在。

（4）調整氧含量以改善燃燒狀況。為避免瓦斯不完全燃燒導致溫度波動，適當調高加熱爐氧含量，控制在4%～5%左右（正常控制在2%～3%）。同時定期對加熱爐氧分析儀進行標定，對爐膛溫度熱電偶進行斷電檢查，均沒有發(fā)現(xiàn)異常。調高氧含量，出口溫度波動現(xiàn)象依然存在，如圖2所示。

（5）調整負壓狀況。調整負壓狀況的目的是為了穩(wěn)定加熱爐爐膛內的煙氣流量，通過提高煙道擋板開度保證爐膛內煙氣的穩(wěn)定性。

自2021年2月開始開大重整進料加熱爐的煙道擋板，關小燃燒器的風門，使氧含量控制在2%～4%范圍內。調整前二號反應爐F3202爐膛煙道擋板前的負壓一直處于較高的狀態(tài)，由于煙氣量在煙道擋板處被截流，因此爐膛內氣流在受到燃燒情況變化時，使煙氣量產生了不穩(wěn)定性。

如圖3、4所示，經過兩個月的調整，二號反應爐F3202爐膛溫度及爐出口溫度波動情況減少且趨于穩(wěn)定，同時加熱爐的燃燒情況有所好轉。但在此負壓狀態(tài)下，重整加工量大幅調整期間，二號反應爐F3202爐出口溫度重新出現(xiàn)波動情況。因此懷疑加熱爐內煙氣量可能是影響加熱爐內氣流流向的因素之一，特別是提量降量操作使得整個加熱爐的氧含量、瓦斯量、爐膛溫度等參數(shù)發(fā)生不同程度的變化，打破了原有的平衡，使得煙氣流動紊亂，煙氣的聚集使爐內出現(xiàn)湍流，最后影響加熱爐熱負荷分布。但歸根結底煙氣流動紊亂還是設備老化、燃燒狀況差導致的。

（6）采取紅外線檢測爐膛溫度分布狀況。由于主火嘴、長明燈前無壓力表，無法精確控制閥后壓力是否在最佳操作區(qū)間，尤其是在燃燒器火嘴堵塞的情況下，每臺燃燒器燃燒情況、負荷不同，且煙氣流動不穩(wěn)定，懷疑加熱爐熱量分布不均勻引起了爐出口溫度的波動。2021年，委托中石化加熱爐檢測評定中心金陵中心站對四合一爐爐膛溫度分布進行了紅外線檢測，分別對輻射室（二至四層）每一層的看火門進行打開測試。表2是此次紅外線檢測爐膛溫度分布的情況。

表2 爐膛溫度分布情況（℃）

檢測一共拍攝54張爐管紅外，通過對數(shù)據(jù)的整理，四臺加熱爐的爐管溫度最高不大于610℃，且所有溫度數(shù)值接近。因而也可排除煙氣流動不穩(wěn)定的因素。

4.結論與實施效果

（1）排查結論。通過現(xiàn)場運行情況排查和采取了多種調整措施，四合一爐二號反應爐F3202出口溫度與之前相比已比較穩(wěn)定，操作人員對F3202的調整也逐漸摸索出規(guī)律，并且得出了以下結論：

①主火嘴、長明燈前無壓力表，無法精確控制閥后壓力是否在最佳操作區(qū)間，尤其是在部分燃燒器堵塞的情況下，每臺燃燒器燃燒情況、負荷不同，難以調整。②由于燃燒器老舊，部分火嘴堵塞無法拆卸槍頭疏通，長明燈幾乎全開，燃料氣組分偏重存在不完全燃燒。③經過四合一爐熱負荷核算可以滿足生產熱負荷要求。④經過爐膛溫度紅外線檢測，加熱爐爐膛溫度較為均衡沒有出現(xiàn)局部溫度偏高現(xiàn)象。⑤根據(jù)近幾年重整裝置的加工負荷，三層的燃燒器長期處于僅點燃長明燈的狀態(tài)，存在瓦斯不完全燃燒引起尾燃的現(xiàn)象。

綜上所述，排除了加熱爐熱負荷和加熱爐氣流波動影響后，可以基本上確定加熱爐燃燒器的老舊和燃燒器的瓦斯壓力控制欠佳而引起爐出口溫度的波動。

（2）實施效果。2022年大檢修期間，重整裝置將四合一爐各燃燒器更換為新型低氮燃燒器，并在燃燒器主瓦斯線上增設壓力表，同時對煙道擋板進行維修，以精確調整加熱爐的燃燒情況。

新型低氮燃燒器投用后，在重整進料量分別為92t/h、68t/h時，四合一爐二號反應爐F3202出口溫度及爐膛溫度如圖5所示。觀察現(xiàn)場火嘴燃燒情況，較之前有了很大的改善?？梢娝暮弦粻t燃燒器更換后，二號反應爐F3202爐出口溫度能夠長時間穩(wěn)定在控制值，爐出口溫度無規(guī)律波動的問題得到了解決。