加氫裝置反應(yīng)進(jìn)料爐出口兩路溫差大分析總結(jié)及問題探討

＊孫立琪

（中海石油舟山石化有限公司 浙江 316000）

1.前言

中海石油舟山石化有限公司170萬(wàn)噸/年餾分油加氫裝置以重油裂解裝置的重餾分油為改質(zhì)原料，裂解石腦油和粗工業(yè)燃料油為精制原料油，改質(zhì)原料油在經(jīng)過高壓換熱器（E2103、E2101）換熱升溫后，進(jìn)入原料油加熱爐（F2101）加熱，加熱爐爐管分A、B兩路，爐出口兩路匯和后，原料進(jìn)入預(yù)加氫精制反應(yīng)器（R2103），進(jìn)行預(yù)精制脫氮。

加熱爐出口兩路溫差。加氫裝置在2022年6月大檢修后開工以來，F(xiàn)2101出口兩路溫差波動(dòng)頻繁，最大溫差達(dá)到14℃。

圖1 2022年9月8日至10月8日原料油加熱爐出口兩路的溫差趨勢(shì)圖

2.加熱爐出口兩路溫差大原因分析

對(duì)于加熱爐而言，爐出口A、B兩路出現(xiàn)較大溫差的主要原因可以分為兩種：（1）兩路爐管內(nèi)介質(zhì)發(fā)生偏流導(dǎo)致吸熱量不一致；（2）爐膛兩側(cè)發(fā)生偏燒導(dǎo)致兩側(cè)熱輻射程度不一致。

(1)爐管偏流

加熱爐爐管偏流主要有以下幾個(gè)原因：

①低負(fù)荷運(yùn)行期間，兩路爐管進(jìn)料量無(wú)法平均分配。

②爐管內(nèi)存在一定程度的結(jié)垢。換熱器在運(yùn)行期間，殼層內(nèi)的原料油因換熱升溫后所含的不飽和烴發(fā)生縮合反應(yīng)形成膠質(zhì)積碳結(jié)焦，以及上游帶來的固體機(jī)械雜質(zhì)，被流體帶入到加熱爐，不能均勻分布在爐管，造成兩路爐管發(fā)生偏流。

③本裝置是屬于爐前混氫工藝流程，在不同的條件下，氣液兩相的流動(dòng)流型不一樣，主要流型包括氣泡流、液節(jié)流、環(huán)狀流等。氣液分布不均，流動(dòng)流型變換，流體內(nèi)相對(duì)的運(yùn)動(dòng)摩擦也不同，造成爐管偏流。

根據(jù)裝置在6月開工以來，各加工負(fù)荷下，加熱爐進(jìn)出口壓降無(wú)明顯增大，不考慮加熱爐爐管偏流為主要原因。加熱爐進(jìn)出口壓降趨勢(shì)圖如圖2所示。

圖2 原料油加熱爐2022年9月至10月爐管差壓趨勢(shì)圖

(2)爐膛偏燒

加熱爐燃燒狀態(tài)影響著加熱爐的能耗，加熱爐燒偏會(huì)造成部分火嘴氧含量過剩，部分火嘴因氧含量低燃燒不充分產(chǎn)生CO，甚至同時(shí)造成爐膛氧含量及煙氣中CO含量升高，這樣既降低加熱爐熱效率，又增加了CO排放量。加熱爐偏燒，說明加熱爐爐膛熱負(fù)荷不均勻，熱負(fù)荷大的部位爐管易結(jié)焦，勢(shì)必影響加熱爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行[1]。

根據(jù)圖3，從趨勢(shì)中可以得出本裝置原料油加熱爐出口兩路溫差波動(dòng)頻繁且差值較大，主要原因就是加熱爐爐膛南北兩側(cè)偏燒。

圖3 原料油加熱爐出口兩路溫差與爐膛南北兩側(cè)溫差對(duì)比

造成爐膛偏燒有許多因素，本裝置較為直觀的有：加熱爐火嘴火焰燒偏、儲(chǔ)運(yùn)來尾氣的影響和加熱爐燃燒器故障。

①加熱爐火嘴火焰燒偏

火嘴火焰大小不均的原因有：

A.各火嘴燃料氣分配不一，導(dǎo)致南北兩側(cè)火嘴火焰燒偏，爐膛溫差變大。

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行火嘴火焰調(diào)整，9#火嘴對(duì)爐膛偏差最為敏感，現(xiàn)場(chǎng)看火窗觀察9#火嘴火焰過高，且尾部火焰飄散，但是根據(jù)火嘴分布圖（圖4）以及燃料氣引出點(diǎn)，末端火焰應(yīng)該最小。

圖4 加熱爐火嘴分布圖

分析原因，現(xiàn)場(chǎng)各火嘴手閥均有卡量，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥后燃料氣壓力高，無(wú)法分配均勻，9#火嘴燃料氣管線背壓高，燃料氣氣速高，卡手閥控制各火嘴燃料氣的量，對(duì)加熱爐燃燒影響太大。從圖5看，2022年9月30日3點(diǎn)至6點(diǎn)，根據(jù)加熱爐所需的出口溫度調(diào)節(jié)燃料氣壓力，爐膛南北兩側(cè)發(fā)生多次波動(dòng)。

圖5 提高加熱爐燃料氣量后，導(dǎo)致的爐膛偏燒

B.燃料氣管網(wǎng)壓力低，球罐補(bǔ)高瓦，燃料氣組分變化。

本裝置燃料氣總管壓力控制點(diǎn)為0.46MPa，管網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)后，控制手段為球罐液化氣氣化補(bǔ)足管網(wǎng)壓力，致使燃料氣組分突然變重，根據(jù)組分燃燒難易情況，重組分基本在末端幾個(gè)火嘴燃燒，從而導(dǎo)致爐膛北側(cè)熱負(fù)荷高，火嘴火焰普遍較長(zhǎng)，導(dǎo)致爐膛南北兩側(cè)溫差大。圖6中燃料氣管網(wǎng)壓力下降后，補(bǔ)入球罐液化氣，引起了爐膛南北兩側(cè)溫差變大。

圖6 球罐補(bǔ)高瓦后，爐膛南北兩側(cè)溫差變大

C.配風(fēng)量不均，爐膛過?？諝庀禂?shù)高或低。

根據(jù)各火嘴配風(fēng)引出點(diǎn)，因1#～8#，17#～24#火嘴為單側(cè)輻射，不做參考，所以畫出9#至16#火嘴配風(fēng)點(diǎn)（圖7），可以發(fā)現(xiàn)南側(cè)離鼓風(fēng)機(jī)出口近，鼓風(fēng)量更高，符合本裝置在加熱爐在正常運(yùn)行時(shí)，爐膛南側(cè)氧含量比北側(cè)高。

圖7 9#至16#火嘴配風(fēng)引出點(diǎn)

從現(xiàn)場(chǎng)加熱爐北側(cè)火嘴燃燒狀況，火焰狀態(tài)不穩(wěn)定、飄散，甚至舔爐管，主要是配風(fēng)量不足，穩(wěn)定火焰狀態(tài)的過?？諝庀禂?shù)不夠。在燃料氣壓力過高或者組分過重的情況下，燃料氣燃燒不充分，可能會(huì)發(fā)生火焰尾部再燃，導(dǎo)致爐膛負(fù)壓大幅波動(dòng)。

南側(cè)因過剩空氣系數(shù)過大，由于燃燒反應(yīng)過快使得火焰高度較低，同時(shí)入爐空氣多，爐膛溫度下降，傳熱不好，煙氣帶走熱量多。

②儲(chǔ)運(yùn)尾氣的影響

從圖7可以看到，儲(chǔ)運(yùn)來尾氣是并入鼓風(fēng)機(jī)入口，與空氣一起進(jìn)入火嘴燃燒器風(fēng)道。尾氣中含有大量可燃?xì)?，?dǎo)致爐膛溫差變大。2022年10月5日18:34，儲(chǔ)運(yùn)來尾氣閥門開至90后，大量尾氣進(jìn)去爐膛燃燒，加熱爐爐膛南北兩側(cè)溫差最高達(dá)到100℃左右（圖8）。

圖8 儲(chǔ)運(yùn)尾氣補(bǔ)入后，爐膛溫度曲線圖

③燃燒器故障

A.燃料氣帶液，火嘴堵塞，火焰跑偏。B.停工期間，發(fā)現(xiàn)燃燒器風(fēng)道中累積了大量焦炭塊狀固體，導(dǎo)致風(fēng)道堵塞，配風(fēng)量大量下降。

因火嘴與風(fēng)道均在2022年6月停工檢修期間進(jìn)行清理，并且進(jìn)入爐膛檢查燃燒器完好，所以燃燒器故障不做主要原因進(jìn)行分析。

3.消除爐膛溫差的主要方法

近期，原料油加熱爐出口兩路溫差波動(dòng)頻繁，分析過后，主要原因是火嘴燒偏及儲(chǔ)運(yùn)尾氣大幅度補(bǔ)入造成的爐膛偏燒。進(jìn)行了多種調(diào)整方式，后期幾月成果較為可觀，趨勢(shì)平穩(wěn)（圖9）。

圖9 調(diào)整后成果

現(xiàn)場(chǎng)和DCS調(diào)整手段：

（1）當(dāng)燃料氣壓力波動(dòng)，組分波動(dòng)時(shí)，及時(shí)根據(jù)加熱爐出口溫度及爐膛溫度，調(diào)整燃料氣的壓力，可以緩解爐膛溫差的上升。

（2）如碰到DCS調(diào)整無(wú)法緩解溫差的波動(dòng)，觀察火焰燃燒情況，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整9#火嘴燃料氣手閥開度，DCS上溫差會(huì)迅速得到斧正。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各火嘴燃燒情況，調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)門開度，使得各火嘴燃燒充分，保證燃料氣在燃燒前與空氣充分得到混合，不發(fā)生脫火、火嘴抽滅的異常情況。

（4）DCS及時(shí)調(diào)整A、B路風(fēng)道閥門，使各路火嘴配風(fēng)量均勻，爐膛內(nèi)氧含量在正常區(qū)間內(nèi)，能夠有效控制好火焰的燃燒形態(tài)，保證火焰不會(huì)過長(zhǎng)或過短，不會(huì)無(wú)力、無(wú)規(guī)則飄動(dòng)，不發(fā)生火焰舔爐管的情況。

（5）爐膛溫度波動(dòng)時(shí)，應(yīng)該及時(shí)觀察儲(chǔ)運(yùn)送尾氣情況，調(diào)整加熱爐燃料氣壓力，發(fā)現(xiàn)過晚，會(huì)導(dǎo)致爐膛溫差惡化。

（6）加強(qiáng)對(duì)燃料氣分液罐的脫液，定期清理燃燒器火嘴及風(fēng)道，防止焦炭積累，導(dǎo)致火嘴燒偏、火嘴抽滅。

4.結(jié)論

（1）加熱爐正常運(yùn)行情況，各火嘴手閥不卡量，通過調(diào)整燃料氣調(diào)節(jié)閥調(diào)整爐膛熱負(fù)荷。現(xiàn)階段卡加熱爐各火嘴手閥，來調(diào)整火焰的大小、穩(wěn)定，不是長(zhǎng)久之計(jì)，在往后的調(diào)整過程中還是需要慢慢、分多次對(duì)火嘴手閥進(jìn)開大，通過燃料氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，如發(fā)生閥后燃料氣壓力過低，可以熄滅幾個(gè)火嘴進(jìn)行調(diào)整，節(jié)約燃料氣的用量。

（2）和風(fēng)道有兩路一樣，把燃料氣入加熱爐也分為A、B兩路來調(diào)整，消除燃料氣分配不均的情況。因?yàn)榉磻?yīng)進(jìn)料爐24個(gè)火嘴燃料氣均在一根主管上引出，不用手閥調(diào)整各火嘴燃料氣用量，可能會(huì)由于燃料氣分配不均造成火焰燃燒不均一，所以還是考慮24個(gè)火嘴燃料氣也用2根主管進(jìn)行分配，分為A、B兩路用兩個(gè)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整。