在線清焦技術的應用對焦化加熱爐的影響

鄭志斌，蔡海軍，魏 文，魏志強

(中國石油烏魯木齊石化公司，烏魯木齊 830019)

在線清焦技術的應用對焦化加熱爐的影響

鄭志斌，蔡海軍，魏 文，魏志強

(中國石油烏魯木齊石化公司，烏魯木齊 830019)

介紹了在線清焦技術在中國石油烏魯木齊石化公司1.20 Mt/a延遲焦化裝置加熱爐上應用后對加熱爐產生的影響。在線清焦技術的應用有效延長了加熱爐的運行時間，但是也對加熱爐產生了不利影響，實踐證明在線清焦操作會導致加熱爐爐管表面熱偶脫落、爐管表面氧化剝皮、爐管入口固定螺栓松動、爐管出口法蘭螺栓疲勞等不良后果。同時針對在線清焦操作產生的不良影響，提出了一些建議。

在線清焦 延遲焦化 加熱爐 損害

中國石油烏魯木齊石化公司1.20 Mt/a延遲焦化裝置加熱爐于2011年11月正式投用，加熱爐為直壁附墻燃燒雙面輻射立式爐，爐管材質為A335P9，加工介質為減壓渣油，設計負荷41.79 MW。2012年9月中國石油烏魯木齊石化公司首次對加熱爐進行在線清焦操作。本文主要介紹在線清焦技術的應用對焦化加熱爐的影響。

1 在線清焦技術的應用

在線清焦技術最早起源于乙烯裂解爐的設計和操作，該技術可以實現在不停爐的情況下對爐管內結焦進行有效的清除。操作時對加熱爐多管程中的某一管程切除進料并通入清焦介質除氧水或凝結水，清焦介質以及清除的焦炭與其它正常運行管程的油品一同進入焦炭塔。在線清焦技術有兩種[1]：一種是恒溫法，其原理是利用高速流動的水蒸氣對焦垢層的沖刷作用及水蒸氣在高溫下與焦炭發生水煤氣反應生成一氧化碳和氫氣；另一種方法是在線清焦的核心方法，即變溫法。變溫法的原理是利用金屬爐管與管內焦垢層熱膨脹系數的不同，通過快速升高及降低爐管溫度，使得焦炭層與爐管剝離。

2012年9月中國石油烏魯木齊石化公司焦化加熱爐綜合應用兩種在線清焦方式，首次對加熱爐進行在線清焦操作[2]，統計至2013年8月共對加熱爐分支爐管進行25次操作。應用在線清焦技術后，爐管表面溫度下降80 ℃以上，燃料氣用量減少500 m3/h(標準狀態)，有效延長了加熱爐運行時間，為全裝置達到三年一修提供了有力保障。分支爐管在線清焦統計數據見表1。由表1可見：1號爐管清焦9次，清焦次數最多；2號、4號爐管清焦5次，清焦次數最少。加熱爐運行初期單支爐管清焦時間平均在24 h左右，升降溫8次左右。在裝置運行后期單支爐管的清焦時間延長到58～100 h，升降溫次數多達13～27次，清焦難度不斷增大。

表1 分支爐管在線清焦統計數據

2 在線清焦對爐管的影響

2.1 爐管表面熱偶脫落

經過25次在線清焦操作后4支爐管表面熱偶共出現7個失靈，熱偶顯示溫度明顯高于爐管表面溫度，接近爐膛溫度。熱偶失靈的主要原因是在線清焦過程中，快速升降溫對熱偶焊接處產生熱應力，導致熱偶焊縫斷裂，熱偶脫落。在2013年8月停工檢修中對爐管熱偶進行檢查，發現失靈的熱偶均發生焊縫斷裂。

2.2 爐管出口法蘭螺栓疲勞延長

爐管經過3次以上在線清焦操作后，加熱爐出口法蘭螺栓出現疲勞延長現象，在清焦操作完成后投用進料時，出現加熱爐出口法蘭瞬間撐開發生泄漏。原因是多次快速升降溫過程中，加熱爐出口法蘭螺栓出現疲勞延長現象，在投用進料時爐管入口壓力升高導致加熱爐出口法蘭泄漏。

2.3 爐管入口固定螺栓松動

在線清焦操作中，滅火降溫時清焦注水流量需從7 t/h提高至9 t/h，大量低溫水迅速帶走爐管熱量，此時爐管會發生震動，在清焦操作過程中發現爐管入口固定螺栓震松脫落的情況。所以在操作過程中要加強所有爐管固定螺栓的檢查工作，確保將在線清焦操作對爐管產生的沖擊降至最低。

2.4 爐管宏觀檢驗

在線清焦快速升降溫的實現，需要快速將清焦爐膛全部主火快速點燃或熄滅，所以清焦爐膛的氧含量控制難度比較大，容易出現爐膛氧含量超指標的情況。初期對爐膛氧含量控制沒有重視，導致分支爐管出現不同程度氧化剝皮現象。2013年8月20日加熱爐檢驗報告對爐管的宏觀檢驗顯示，1號爐管第1～9根、2號爐管第1～8根、3號爐管第1～6根和4號爐管第1～6根，表面都有不同程度氧化脫落現象。在2012年5月24日曾對加熱爐進行全面檢測，在線清焦技術應用前，加熱爐爐管未見氧化剝皮現象，說明在線清焦操作時氧含量過高會導致加熱爐爐管表面出現氧化剝皮。

2.5 爐管厚度檢測

在2013年8月停工檢修中對加熱爐爐管厚度進行檢測，加熱爐清焦前后爐管厚度檢測結果如表2所示。由表2可見：1號爐管平均厚度減薄0.34 mm，最薄點厚度變化最大，減薄值為0.80 mm；4號爐管平均厚度減薄0.12 mm，最薄點厚度變化最小，減薄值為0.60 mm。結合表1可見：1號爐管清焦次數最多，所以1號爐管厚度減薄最嚴重；2號爐管在線清焦次數少，但連續清焦時間最長，最長時間達到100 h，升降溫次數最多，單次清焦升降溫27次，所以2號爐管厚度減薄情況僅次于1號爐管；4號爐管清焦次數和連續清焦時間最少，所以4號爐管厚度變化最小。說明分支爐管在線清焦次數越多，連續清焦時間越長爐管減薄程度越大。

表2 爐管厚度檢測結果

2.6 滲透探傷

在2013年8月對加熱爐1號～4號爐管各抽2處焊縫進行了滲透檢測，未發現可記錄性缺陷，評為Ⅰ級，說明在線清焦操作對爐管焊縫無影響。

2.7 硬度檢測

按金屬顯微組織檢驗方法GB/T 13298—1991要求在分支爐管中的第1根直管、第2根直管以及第2個彎頭上各選取一點，磨制1個金相點JX-13-100。經拋光、浸蝕及復膜后進行檢驗，金相組織檢測結果均為回火索氏體。

在金相組織檢測位置利用硬度檢測儀HT-2000A/20-9709檢測爐管硬度，爐管硬度檢測數據(HBHLD)見表3。

表3 爐管硬度檢測結果

由表3可知，以上8根直管及4個彎頭的金相組織均正常，說明前期在線清焦操作對爐管金相組織無影響。2012年和2013年爐管硬度檢測結果見表4。由表4可見，對比2012年和2013年爐管硬度檢測數據，1號～4號爐管硬度平均值和最低值變化不大，說明前期在線清焦操作對爐管硬度無明顯影響。

表4 2012年和2013年爐管硬度檢測數據

3 結論及建議

在線清焦技術的應用有效延長了加熱爐的運行時間，但是也對加熱爐產生了不利影響，實踐證明在線清焦操作會導致加熱爐管表面熱偶脫落、爐管表面氧化剝皮、爐管入口固定螺栓松動、爐管出口法蘭螺栓疲勞等不良后果。

由加熱爐檢測報告可知，一個運行周期進行25次在線清焦雖然對爐管金相組織、爐管硬度無影響，滲透探傷也未發現可記錄性缺陷。但宏觀檢測爐管表面氧化剝皮現象較嚴重，爐管出現不同程度減薄現象。在線清焦次數越多，連續清焦時間越長爐管減薄程度越大。綜合分析出現的問題之后，在以后的清焦過程中應該注意以下幾點：

(1) 檢修中對爐管表面熱偶全面檢查，對于焊縫有裂開的要重新焊接，確保焊縫嚴密焊透。

(2) 在線清焦操作過程中，需要嚴格控制清焦爐膛的氧體積分數不大于3%，減少爐管表面氧化剝皮，尤其是在高溫恒溫時間段，爐管表面達到了675 ℃，過高的氧含量會加重爐管氧化剝皮情況。

(3) 加強對爐管進口固定螺栓的檢查，在操作前及操作過程中均需要對固定螺栓檢查和恢復。在投用進料前對加熱爐管出口法蘭進行熱緊，防止投進料時發生泄漏。

(4) 加強加熱爐日常運行管理，減少在線清焦次數；制定合理的清焦界面條件，在加熱爐爐管出現輕微掛焦時進行在線清焦，防止爐管結焦過厚，減少在線清焦持續時間。

(5) 裝置停工檢修期間，需對加熱爐進行全面檢查，尤其是爐管的檢測尤為重要。

[1] 魏學軍，李出和，胡剛.焦化加熱爐在線清焦的設計與實踐[J].石油化工設備技術，2008，29(2)：33-35

[2] 鄭志斌，魏文.在線清焦技術在1.2 Mt/a焦化加熱爐上的應用[J].石油煉制與化工，2014，45(7)：62-65

EFFECT OF ONLINE DECOKING TECHNOLOGY ON LONG-TERM OPERATION OF COKING FURNACE

Zheng Zhibin， Cai Haijun， Wei Wen， Wei Zhiqiang

(RefineryofUrumqiPetrochemicalCo.，CNPC，Urumqi830019)

Urumqi Petrochemical Co.，CNPC adopts the online decoking technology for its 1.2 Mt/a delayed coking device. This text introduces the situation of heating furnace. The online decoking technology prolongs the furnace running time， but has some adverse effect on the heating furnace， such as thermocouple falling off， tube surface oxidation peeling， tube entrance capebolt loosing，heating furnace outlet flange bolt fatigue. Some suggestions are proposed to solve these damages.

online decoking； delayed coking； heating furnace； damage

2014-07-14； 修改稿收到日期： 2014-10-20。

鄭志斌，2010年畢業于東北石油大學化學工程與工藝本科專業，從事延遲焦化裝置工藝技術管理工作。

鄭志斌，E-mail：zhengzbws@petrochina.com.cn。