延迟焦化装置加热炉炉管在线烧焦技术的应用

2006年 2月 炼 油 技 术 与 工 程 PETROLEUM REFINERY ENGINEERING 第36卷第2期 延迟焦化装置加热炉炉管在线烧焦技术的应用 沈海军 扬子石油化工股份有限公司炼油厂(江苏省南京市210048) 摘要：介绍了加热炉炉管在线烧焦技术在扬子石油化工股份有限公司炼油厂新建 1．6 Mt／a延迟焦化装置一炉 三室加热炉上的应用情况：在线烧焦的工艺流程、操作过程、操作要点以及效果等。该项专有技术的成功实施，提 高T／]I~热炉的能力，有效地解决了因炉管结焦需整体停车处理所造成的损失，消除了制约加热炉 长周期运行的瓶 颈，取得了良好的经济效益和社会效益。 关键词：延迟焦化装置 加热炉 炉管 结焦 在线烧焦 加热炉是实现延迟焦化装置“安稳长满优” 运行的首要关键设备，加热炉炉管的结焦速率，在 一 定程度上决定着延迟焦化装置正常运转的周 期，制约着装置的生产能力，炉管结焦一直是困绕 延迟焦化装置的老大难问，扬子石油化工股份 有限公司(扬子石化)炼油厂 1．6 Mt／a延迟焦化 装置是目前国内在运单套处理能力最大的重油加 工装置，为典型的“一炉两塔”流程，加热炉为相 对独立的“三炉膛”结构。该装置自2004年底一 次开车成功以来，已经正常运行近一年，但由于装 置生产负荷大幅度调整时，加热炉第二室多次切 出和停进料一次，升降温频繁，第二室出现了重油 加工装置普遍存在的炉管结焦状况，如何既不影 响全厂生产又能较好地解决加热炉炉管结焦问 题，局部炉膛在线烧焦是否可行?扬子石化炼油 厂大胆进行了装置不停车在线烧焦的尝试，第一 次在线烧焦取得圆满成功。 1 炉管结焦的判断与操作 判断炉管结焦可从肉眼观测(具有一定的实 际操作经验)和仪指示记录两方面人手，而炉 管结焦类型一般有局部结焦和多数结焦两类。 1．1 局部结焦 炉管局部结焦可以从炉管表面颜色来判断。 结焦的地方，由于焦炭、盐垢的传热系数小而使炉 管表面温度高，呈暗红色，或者有一些灰暗的斑 痕，而其它地方炉管则呈黑色。发现这种局部结 焦时，应注意观察，多检查，把局部结焦炉管的左 右火嘴火焰适当调小，防止结焦继续发展。 1．2 多数结焦 多数结焦显示，在炉辐射进料量和其它指标 不变时，炉膛各点温度逐渐升高，使炉管颜色发暗 红，阻力降增加，对流人口压力上升；或者炉膛温 度升高，炉辐射出口温度难以提高，焦炭塔顶温度 下降，焦炭挥发分增加，焦炭质量不合格。如果温 度指示不灵，则证明温度控制热电偶套管结焦严 重。出现这种大量严重结焦时，就应该进行烧焦 操作。若必须坚持生产，则应降量，增加循环比， 认真参考并依据 l5—25根炉管温度，焦炭塔顶和 底的温度，以及焦炭质量来确定加热炉出口温度。 该装置加热炉的第二室自2005年6月起，发 现加热炉第四路的对流人口压力由开工时的 1．34 MPa缓慢上升至 1．63 MPa左右，较其他分 支高出0．3 MPa，二室膛温也比一室和三室高 30 ～ 40℃，管壁温度最高，较其他分支高近 100℃， 炉第二室南分支的第 l9，20，2l根炉管表面有暗 斑，出现明显结焦现象。另外，在相同负荷条件 下，加热炉的燃料气消耗量也明显增加。因此，考 虑通过在线烧焦来降低加热炉热负荷，保证焦化 加热炉安全长周期稳定运行。 2 炉管焦层在线烧焦工艺 延迟焦化装置在线烧焦技术，国外是在20世 纪60年代早期开发的，这种技术应用于一炉多室 收稿日期：2005—11—29。 作者简介：助理师，学士，主要从事焦化车间技术管理工 作。E-mail：54shj．student@sina．COUl 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 沈海军．延迟焦化装置加热炉炉管在线烧焦技术的应用 一 37一 加热炉，扬子石化新建1．6 Mt／a延迟焦化装置的 一 炉三室六程加热炉在线烧焦技术的应用在国内 尚属首次，其三个炉膛共用一个鼓、引风机、风道 和烟道。所谓在线烧焦就是在加热炉整体不停炉 的情况下，将其炉管结焦的某一炉室切出，顺利完 成对该室的停炉、检查、烧焦和投炉，通过空气一蒸 汽进行烧焦。在烧焦过程中，炉管内的结焦(焦 炭和盐垢)，在高温下和通人的工厂风接触燃烧， 利用蒸汽控制烧焦的速度并带走多余的热量，防 止局部过热、保护炉管。同时，由于工厂风、蒸汽 和燃烧的气体以较高的速度在炉管内流动，将崩 裂和粉碎的焦粉和盐垢，一同带出炉管。采用该 技术后，减少了停工检修次数，大大地延长了焦化 加热炉的连续运行时间，提高了装置的经济效益。 烧焦工艺流程见图l。 注：图中虚线为反烧焦线 图1 炉管在线烧焦工艺流程 Fig．1 Technological process of on-line deeoking on heater tube 3 在线烧焦工艺的操作及操作要点 3．1 在线烧焦前的准备 3．1．1 加热炉第二室在线停炉 (1)与外装置联系，降低减压渣油进装置量； (2)加热炉第二室长明灯燃烧正常，降低加 热炉第二室的负荷，同时加大该室加热炉的炉管 注汽量。整个操作中密切关注和调控三个炉室的 炉膛负压和氧含量； (3)加热炉第二室的炉出口温度降温，切断 第二室的两路进料，开吹扫蒸汽，保持第二室出口 适当压力，减少对其它炉室及系统压力影响； (4)吹扫一定时间后，打开加热炉第二室出 口去放空塔阀门，同时关闭该路去焦炭塔旋塞阀， 操作过程中注意保持炉出口压力稳定； 维普资讯 http://www.cqvip.com 炼 油 技 术 与 工 程 2006年第36卷 (5)当加热炉出口温度降至 350 cc时，加热 炉二室熄火，每路保留几支长明灯。 3．1．2 第二室停炉后的检查及烧焦准备 (1)待蒸汽扫净管内物料后，关炉出VI至放 空塔阀门、第二室两路进料控制阀副线及上下游 阀、扫线阀及第二室的三点注汽阀，低点卸压检 查。低点卸压处检查确认无残压、残留介质后，拆 下二室进出VI转向弯头，将其接至烧焦线，确保烧 焦流程正确畅通，旋塞阀后、第二室的二路进料阀 后上盲板。 (2)烧焦罐给上冷却水，检查炉出口烧焦线 上的热偶，烧焦用蒸汽、工厂风线流量计，并调试 合格。同时控制蒸汽压力不小于O．8 MPa，风压 650 550 蒌250 不小于O．4 MPa，烧焦罐冷却水畅通好用。 3．2 烧焦操作 3．2．1 升温蒸汽剥离 确认烧焦流程正常后，加热炉按照升温曲线 开始升温(加热炉烧焦曲线见图2)。在升温过程 中，由于管壁受热，管壁内焦会产生破碎剥离，加 热炉从烧焦用蒸汽处向炉管内注入蒸汽将破碎剥 离的焦带离炉管并从烧焦罐排出，此阶段，应时而 加大蒸汽量时而减少蒸汽量，反复交替几次，谨防 剥离速度过快堵塞炉管，检查烧焦罐出口水中焦 粉浓度逐渐降低后，蒸汽剥离结束，膛温降至540 — 550 cc恒温，开始烧焦。 时间／h 图2 加热炉烧焦曲线 Fig．2 Coke burning curve of the heater 3．2．2 通风烧焦 在空气烧焦阶段，先将加热炉炉膛温度控制 在600 cc，向炉管内通人工厂风。炉管内壁的焦层 会因烧损而变得疏松，部分剥落的焦粉和焦块随 蒸汽和燃烧产生的尾气高速带出炉管。 由于在空气烧焦期间，炉管和焦层的温度随 之上升，这时，通入炉管中的蒸汽，一方面与赤热 的焦炭反应，另一方面可使炉管及焦层快速降温， 管内焦层受到热胀冷缩的冲击和蒸汽的冲刷，大 量剥落的焦粉和焦块尾气带出炉管。实际操作 中，可通过阶梯式增大工厂风量，蒸汽量也相应提 高，使剥落下来的焦块直径不大于2 mm 1 1，确保 焦粉被及时带走，防止其在局部堆积造成堵塞。 烧焦结束后，为确保烧焦彻底干净，待烧焦罐检查 口排水彻底变清，再次提高风量，观察炉管烧焦状 况，膛温提至630～640 oC，炉出口温度提至 580 cc，进行最后强烧。在烧焦过程中严格控制膛温 不超过 650 cc，加热炉出口温度不超过600 cc。 烧焦结束并强烧后，稍作恒温，降温至250 cc加热 炉熄火。 3．3 在线烧焦操作控制要点 (1)每路蒸汽、工厂风各自配用一台流量测 量表，以便烧焦过程中每一分支蒸汽、工厂风均可 控制流量，确保加热炉烧焦安全，有效降低燃料消 耗、提高加热炉效率。 (2)在线烧焦的关键就是既要能顺利完成对 第二室停炉、检查、烧焦和投炉的过程，还要能调 控另外两个炉室的炉膛负压和氧含量，以保证整 个装置的安全平稳生产，这是在线烧焦中技术难 度较高的。 (3)炉管烧焦前先升温蒸汽剥离，反复交替 几次加大和减小蒸汽量，将脱落崩裂的焦粒带走， 直接烧焦会造成炉管频繁堵塞，剩余的残焦再用 空气烧焦的方法处理。这样既可以减轻炉管内表 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 沈海军．延迟焦化装置加热炉炉管在线烧焦技术的应用 一 39一 面的损伤，又可以减轻劳动强度。烧焦温度则可 以根据炉管的材质而定，温度越高，烧焦速度就 越快。 (4)在烧焦期间，要求加热炉温度稳定而适 当。温度过高，易使炉管过热而损坏；温度过低， 烧焦效果不明显。故一般宜控制在600～640℃， 加热炉出口温度不超过600℃。 (5)烧焦时的空气量不宜过大。否则会因炉 管内焦层的不均匀燃烧而引起炉管局部过热。实 际操作中，应随时观察炉管外表面的颜色或用光 学测温仪测温，烧焦时炉管颜色以暗红为好，绝不 允许出现黄色和紫色。一旦出现明显的红色或炉 管内有爆裂声，说明风量过大，应立即减小风量， 加大汽风比，以避免发生因局部过热而烧穿炉管 的事故。另外，也可从烧焦排出的焦块大小来调 整通风量，排焦以粒、粉为佳，若焦块直径不大于 2 mm，说明通风量合适，如果出现焦块大于2 mm 时，说明风量过大，烧焦速度太快，容易堵管，应减 少风量。 (6)通蒸汽冲击炉管内焦层时，蒸汽量也不 宜过大。否则会使焦层剥落得太快，粒度太大。 使炉管内表面产生严重磨损而变得粗糙，更容易 结焦。另外，还容易造成炉管的堵塞，被迫用人工 烧焦。这样，既增加了烧焦过程的工作量和工人 的劳动强度，又易损伤炉管内表面。 (7)烧焦侧重某一分支时，应加大另一分支 的蒸汽注入量。 4 在线烧焦效果评定 加热炉烧焦后，烧焦效果显著，目前该炉室运 行良好，延迟焦化装置的处理量得到提高。取得 了较好的经济效益，主要表现为： (1)第二炉室在停炉、烧焦和并炉的过程中， 其它两个炉室均运行正常，真正做到在线生产和 烧焦合二为一，实现了提出在线烧焦的意图； (2)烧焦结束后，拆加热炉出口热偶检查，焦 完全烧掉，加热炉投用后，第四路的部分炉管管壁 出现结焦迹象的暗斑消失； (3)在相同进料量的情况下，加热炉的渣油 人口压力、膛温、管壁温度都明显下降至加热炉初 次投用时的状况(见表 1)，第三路和第四路人 口 压力分别比烧焦前下降20．37％和6．77％，炉膛 温度则下降了6．93％和4．06％，炉管表面温度平 均降低60～94℃。每组炉管的各点表面温度值 达到均衡，加热炉操作周期延长70％一80％； 表1 烧焦前后加热炉运行比较 Table 1 Running resuhs of the heater before and after coke burning 项 目 塑三堕 篁 堕 箜亘堕 36 36 36 繁繁 繁管赫 现在 前 后投用时前 后蝴耐 1工投用时 负荷／t．h 时问 翟劳 1．33 1． 1．32 1．62 1．29 1．34 1．32 1．30 磐 暑 麓 ．z o．98 ． ．03 ．02 加热炉膛温／℃ 761 730 723 775 721 722 735 729 罄鍪 l 管580 51o 513 609 490 501 529 521 馨鍪 ；2 590．3 539 531 605 535 532 548 554 (4)在线烧焦技术在此次炉管结焦的应用， 减少了停工检修次数，消除了制约加热炉长周期 运行的瓶颈，避免了停车事故一次，节约费用 250×10 RMB￥： (5)装置处理量由4 kt／d提高到4．8 kt／d，提 高幅度为16．7％，达到满负荷运行，各项能耗均 到达设计指标； (6)加热炉热效率由86．3％提高到90．5％， 有效降低了燃料消耗、提高了加热炉热效率，达到 设计要求，以提高加热炉热效率4％计，全年可节 约燃料700 t，创经济效益133×10 RMB￥。 5 结束语 (1)扬子石化新建 1．6 Mt／a延迟焦化装置采 用在线烧焦技术，顺利完成对加热炉第二室的停 炉、检查、烧焦和投炉过程，烧焦效果显著，其他两 室也同时实现了安全平稳在线生产，目前加热炉 运行状况正常，开创了国内百万吨以上大型焦化 装置在线烧焦的先例，为装置长周期安全运行、 “三年一修”提供技术保证，提高了装置的经济效 益，为公司渣油平衡乃至整个公司所有的物料平 衡提供了技术保证。 (2)随着国内市场对轻质燃料油需求量的增 加及国内各炼油厂一次加工能力的提高，预计 “十一五”期间，我国较多的渣油需要通过现有的 焦化装置来处理，该装置在线烧焦技术的成功实 施，消除了制约加热炉长周期运行的瓶颈，提高了 维普资讯 http://www.cqvip.com - - — — 40--—— 炼 油 技 术 与 工 程 2006年第36卷 延迟焦化炉的处理能力，可有效地解决因炉管结 焦需整体停车处理所带来的损失，社会效益显著。 参考文献 1 贾昌涛，王素秋 延迟焦化炉炉管结焦处理．燃料与化工。 2000，31(5)：261～262 (编辑 苏德中) ON-LINE DECOl NG OF FURNACE TUBES OF A 32 000 B／D DELAYED COKER Shen Haijun Yangzi Petrochemical Company Limited，SINOPEC(Nanjing 210048，Jiangsu，China) Abstract The application of on-line decoking technology for the tubes in the 3-chamber furnace of a grass—roots 32 000 b／d delayed coker is introduced in respect of on—line decoking process flow，operation，0p— crating precautions and decoking results etc．The successful commercialization of the patent technology has in． creased furnace~capacity，reduced the losses from the unscheduled shutdown of the unit due to the severe co— king of furnace tubes，debotflenecked the furnace long—term operation and improved both social and economic benefi~． Key W ords：delayed coker，furnace，furnace tube，coking，on—line decoking y 、=， 、=， 、=， 、 -：， 、 、 ， ， ， ， ， 邑 ．、!，．、 'i 'i ·!，· · ' 邑 · 、’， ．、 · - ·} !，· -、三 ．、!，．、!， r● ——————?—] I国内外动态I MTO和烯烃裂解一体化工艺验证 道达尔石化公司和UOP公司将在道达尔石化公司的 MTO工艺的c ～C 烯烃进入OCP单元，在此藉助于固定 比利时弗雷(Feluy)生产地建设验证装置，该装置由UOP 床反应器中的专用沸石催化剂，在 500～600℃和0．1 海德罗甲醇制烯烃(MTO)工艺和道达尔石化／UOP烯烃 MPa下裂解为丙烯，并有很少量乙烯。组合工艺可使碳选 裂解工艺(OCP)组成。这将是两种工艺的第一次组合，以 择性提高到约85％ 一90％，同时丙烯／乙烯值超过2．0。 便从甲醇生产以丙烯为主的轻质烯烃。此前，MTO工艺 当两个工艺单元于2007年投运时，产品将用作大规 已在挪威Pomgrunn的0．75 t／d(甲醇进料)装置上完成验 模中型聚合装置进料。验证装置获得的数据将用于优化 证，OCP工艺也于 1998年验证，并在此后由道达尔石化 该组合工艺，道达尔石化公司将使其用于工业化装置设 (前阿托菲纳)公司进一步开发，于2003年拥有专利权。 计。据UOP估算，生产1 Mt／a乙烯和丙烯的MTO—OCP组 MTO工艺以流化床反应器为特征，采用由 UOP开发 合装置投资约为6×10。US$。从天然气生产的进料甲醇 的专有的沸石催化剂(硅、铝、磷分子筛)，可高产率生产 (甲醇成本 120 US$／t)生产轻质烯烃的现金成本低于 乙烯和丙烯。MTO反应器在350 qC左右和0．1 MPa下气 400 US$／t，投资年偿还率约为28％。 相操作。新鲜的甲醇进料主要转化为乙烯和丙烯，并有一 (钱伯章摘译自Chemical Engineering，2006—01：8—9) 些c ～C 烯烃联产产品。在一体化组合工艺中，来 自 维普资讯 http://www.cqvip.com