延遲焦化裝置加熱爐單爐室生產方案的應用

王志剛，翟志清，李曉昌，趙 巖

(中國石化洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

延遲焦化裝置加熱爐單爐室生產方案的應用

王志剛，翟志清，李曉昌，趙 巖

(中國石化洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

中國石化洛陽分公司延遲焦化裝置加熱爐為兩室四路進料，首次采用單爐室生產方案后，出現了加熱爐出口處易結焦堵塞、壓縮機喘振增加、機泵壽命受損、分餾塔操作難度增加和汽油、柴油質量受到影響等問題。通過采取爐管注汽、延長生焦周期、控制甩油流量以及進行輕烴回煉等應對措施，保證了裝置的平穩運行，同時將原料優化至催化裂化裝置處理，每月產生效益約540萬元。

延遲焦化 加熱爐 單爐室 結焦 操作難點

中國石化洛陽分公司(簡稱洛陽石化)1.4 Mt/a延遲焦化裝置是由中國石化洛陽石油化工工程公司(LPEC)設計。裝置采用一爐二塔流程，加熱爐設計為底部燃燒兩室四管程雙面輻射燃燒方式，在2011年9月裝置大檢修期間，采用石油大學“貼墻燃燒深度裂解焦化加熱爐技術”對加熱爐實施了改造，改造后爐管表面熱強度更加均勻，焦化反應裂解深度提高，焦炭產率降低，液體收率提高，加熱爐熱效率提高[1]。

2014年下半年，焦化裝置采用“靈活生產”的操作方式，加熱爐采用單爐室生產方案，使焦化裝置負荷降低了50%，將原料優化至催化裂化裝置處理，增加了經濟效益[2]。實行單爐室生產后，裝置出現了加熱爐出口處易結焦堵塞、壓縮機喘振概率增加、機泵壽命縮短、分餾塔操作難度增加和汽油、柴油質量受到影響等問題。本文對實際生產情況進行分析，針對上述問題提出相應的措施，以保證裝置平穩運行。

1 加熱爐操作流程

洛陽石化焦化裝置加熱爐采用強制通風方式，利用空氣預熱器將空氣和煙氣進行熱交換，流程為兩室四路進料，一室兩路生產，兩室單獨運行，如圖1所示。焦化原料經過四路調節閥后進入加熱爐，調節閥前為1.0 MPa吹掃蒸汽，調節閥后為3.5 MPa吹掃蒸汽，進料先從加熱爐上部進入對流段，加熱后自底部進輻射段，經過高溫輻射升溫后從中部流出，在出口每兩路先匯合，過出口兩道旋塞閥，然后兩個爐室原料混合，最后經轉油線進焦炭塔。

依據成品油以及化工原料的市場價格，對效益進行測算，根據結果采用不同的生產方案。當原料進入焦化裝置加工的效益低于催化裂化裝置時，采取單爐室生產方案；為滿足全廠渣油平衡需要或者當原料進入焦化裝置加工的效益高于催化裂化裝置時，采取正常的雙爐室生產方案。

2 單爐室生產中的操作難點

2.1 加熱爐出口旋塞閥至兩室匯合段易結焦

加熱爐采取單爐室生產后，每室出口處各有兩道旋塞閥，但是自旋塞閥后至匯合段的管線處于滯流區，如圖1中的紅色段管線所示，原料滯留于此段，并且溫度已達到生焦縮合反應程度，在原料切除后，若管線中物料長時間不流動，備用爐室的管線極易結焦，容易堵塞管道，造成壓降增加，縮短加熱爐運行周期。

2.2 氣壓機操作易發生喘振

當壓縮機的進口流量小到一定程度時，會在整個擴壓器流道中產生嚴重的旋轉失速，壓縮機的出口壓力突然下降，使管網的壓力比壓縮機的出口壓力高，迫使氣流倒回壓縮機，一直到管網壓力降到低于壓縮機出口壓力時，壓縮機又向管網供氣，并恢復正常工作。當管網壓力又恢復到原來壓力時，流量仍小于機組喘振流量，壓縮機又產生旋轉失速，出口壓力下降，管網中的氣流又倒流回壓縮機。如此周而復始，使壓縮機的流量和出口壓力周期性地出現大幅度波動，引起壓縮機產生強烈的氣流波動。

圖1 焦化裝置加熱爐流程示意

喘振時氣流在流道內不斷釋放能量，氣體溫度在級內急劇升高，其結果是輕則使機組中心偏移，軸承磨損，密封間隙增大；重則使徑向和軸向間隙消失，止推軸承燒毀，動靜部件碰撞，引起管架開裂等重大設備事故[3]。

單爐室運行期間，在切塔時壓縮機的入口流量下降速率約為75.47 m3/min，正常雙爐室生產時下降速率約為38.24 m3/min，單爐室工況下降速率提高了近一倍，富氣入口流量下降過快，使壓縮機發生喘振的幾率增加。

2.3 機泵負荷過低，設備壽命縮短

離心泵具有自身設計的特性曲線，泵在與最高效率相對應的流量及壓頭下工作時最經濟，所以與最高效率點對應的Q(流量)、H(揚程)、N(功率)被稱為最佳工況參數。離心泵的銘牌上標出的性能參數就是指該泵在運行時效率最高點的狀況參數。根據輸送條件的要求，一般規定一個工作范圍為泵的高效率區，通常為最高效率的92%左右，應盡可能使泵在此范圍內工作。

在單爐室運行期間，分餾塔各個側線的回流量都有所降低，側線回流量降低后，大部分機泵負載將低于其最低流量，而流量過低時可能導致入口抽空，造成法蘭等部位泄漏，易引起汽蝕；同時，葉輪背部受高溫壓縮氣體的沖擊，導致泵密封件泄漏；泵體內壓縮氣體的溫度、壓力升高，使葉輪的力學性能下降等，最終影響泵的使用壽命。

2.4 分餾塔熱量較低，操作難度加大

在單爐室運行工況下，由于熱量減少，分餾塔的各段溫度明顯降低(如表1所示)，與雙爐室運行工況的最高差值為45 ℃，出現在柴油集液箱處，熱量驟減時使分餾塔操作難度加大。

表1 分餾塔的各段溫度 ℃

1) 雙爐室運行工況的最大值與單爐室運行工況的最小值的差值。

2.4.1 分餾塔頂部結鹽程度增加 焦化原料主要為渣油，其鹽、金屬及氮化物含量高，攜帶的氮化物在反應過程中會生成NH3，NH3與HCl反應生成胺鹽NH4Cl極易溶于水，當塔頂溫度降低時蒸汽冷凝，加快了H2S-HCl-NH3-H2O結晶鹽的析出，造成分餾塔頂部塔盤、管線出現嚴重的結鹽現象，導致塔盤堵塞、腐蝕和泄漏[4]。

2.4.2 影響汽油、柴油質量 分餾塔熱量減少時，汽油、柴油集液箱下的氣相溫度降低，溫度波動將影響產品收率及性質[5-6]，如表2所示。由表2可知，與雙爐室運行工況相比，在單爐室運行工況下，汽油干點降低約10 ℃，柴油95%點降低約15 ℃，焦化汽油、柴油收率分別降低了1.22、1.25百分點。

表2 焦化分餾塔的產品收率及性質

2.5 備用焦炭塔預熱速率下降

焦化裝置的焦炭塔一般設計為雙塔操作，一備一用，備用塔在投用之前，需要進行預熱操作，所需熱量來自在用焦炭塔塔頂的油氣。預熱期間，焦炭塔底部溫度低于200 ℃時，一般保持油氣進備用塔閥門的開度在15%，調整幅度較小。在雙爐室運行工況下，預熱速率約為1.1 ℃/min，而單爐室運行工況下的預熱速率約為0.67 ℃/min，降低了39%。預熱速率過低時會影響裝置的正常生產。

2.6 裝置出現的其它問題

2.6.1 切換爐室期間溫差較大，法蘭面間易出現泄漏 設備本體與管線之間用法蘭、螺栓連接，墊片密封，由于其材質不同，在溫度變化過程中，各部位的膨脹系數不同，會造成法蘭面松弛，材料彈性模數下降、變形，機械強度下降，墊片沿法蘭面移動并造成泄漏。

2.6.2 加熱爐出口溫度控制難度加大 因負荷較低，流量波動對加熱爐出口溫度影響較大；同時，熱備室采用蒸汽吹掃模式，若蒸汽流量、壓力以及溫度出現波動，都可能產生爐出口溫度過高或過低的情況，溫度過高時使不可逆結焦速率增加[7]，而溫度過低時則導致焦炭塔產生軟焦，增加除焦的危險性。

3 應對措施及效果

3.1 采取備用室爐管注汽，防止爐出口結焦

為防止備用室出口段至兩室匯合處的管線結焦，將備用室由以前的冷備用改為熱備用，即保持備用加熱爐室內三點注汽的蒸汽流量，且備用室(二室)的三點注汽流量分別比生產室高50，250，200 kg/h。該措施可保證渣油不進入生產室，有效防止出口段結焦。

3.2 引進輕烴回煉，防止壓縮機喘振

低負荷期間，為增加壓縮機入口流量，采取以下兩種方法：①將接觸冷卻塔油氣分離罐頂部的低壓瓦斯引入壓縮機，因其壓力有波動，依據實際情況進行回煉；②將柴油加氫裝置的柴油汽提塔頂部的輕烴引入壓縮機，自界區外直接引入分餾塔頂部經空冷器冷卻后，隨同富氣進入壓縮機，其流量約為500～1 000 m3/h。回煉流程改進后，壓縮機運行參數調節范圍變寬，可改善其工況，保障裝置安穩運行。

3.3 適當開大機泵跨線，保證機泵安穩運行

機泵的負載流量過小時，對機泵機封、葉輪的性能等影響較大，因裝置機泵一般是一備一用，現場機泵有電流表，通過適當調節備用泵跨線的開度，依據電流表指針變化，將電流調整到額定流量附近，介質流量可達到最低流量以上，保障機泵處于良好運行狀態，延長機泵使用壽命。

3.4 提高焦炭塔塔頂溫度，減少甩油量

由于物料量過低，分餾塔熱量主要是來自焦炭塔頂部油氣，同時受到甩油量的影響，因此，采取以下措施提高分餾塔的熱量：①在不影響油氣焦粉洗滌效果的前提下，適當提高焦炭塔頂部溫度；②預熱期間，降低冷料甩油進入分餾塔底部的流量，減少其對蒸發段溫度的影響。上述措施實施前后的情況如表3所示。由表3可知，通過提高焦炭塔頂部溫度和控制甩油量，可以將分餾蒸發段溫度提高到380 ℃左右，分餾塔頂部溫度提高到110 ℃左右，可以防止結鹽發生，汽油終餾點和柴油95%餾出溫度平均提高約4.5 ℃和12.5 ℃。

表3 措施實施前后的情況

3.5 調整生焦周期，增加預熱時間

對于熱量低、預熱速率較慢的問題，可結合裝置的原料性質，采取長生焦周期生產方案，由正常負荷的24 h生焦周期改為36 h生焦周期[8-10]。采取長周期生焦方案后，預熱時間由5 h提高到8 h，生焦時間延長，保證了焦炭塔各個部位的預熱效果。

3.6 對于其它問題的防范措施

3.6.1 加強監護，平穩操作 對于法蘭泄漏問題，生產中很難避免，在切爐并爐期間，一方面要加強監護，發現泄漏和冒煙部位要及時緊固，同時在升降溫操作時要嚴格按照50 ℃/h的升降溫速率進行，防止大幅度波動造成泄漏。

3.6.2 改變調節閥控制方式，加強監控蒸汽性質因原料進料閥是按照正常流量設計的，當負荷降低到50%時，調節閥靈敏度增加，為防止閥位波動引起原料流量產生偏差，可將其由自動控制修改為手動控制模式，減少流量波動對爐出口的影響。同時，加強對蒸汽溫度和壓力的監控，當蒸汽性質改變時，及時做出相應的調整，防止爐出口溫度波動過大，造成加熱爐結焦過快或焦炭塔產生軟焦。

4 結束語

通過采取爐管注汽、延長生焦周期、控制甩油流量以及進行輕烴回煉等措施，完成了以效益為導向的生產調整；同時將焦化原料優化至催化裂化裝置處理。依據目前的價格體系，焦化原料和催化裂化原料相比，每噸原料價格低1 000元左右，按照焦化裝置處理量由160 t/h降至85 t/h計算，每月產生效益約540萬元。

[1] 趙日峰，肖家治，沈國平，等.一種焦化加熱爐：中國，CN201010554752[P].2010-11-23

[2] 瞿國華，黃大智，梁文杰.延遲焦化在我國石油加工中的地位和前景[J].石油學報(石油加工)，2005，21(3)：48-55

[3] 袁國利.基于TS3000系統的延遲焦化富氣壓縮機防喘振控制探討[J].壓縮機技術，2010，222(4)：11-16

[4] 侯繼承，許蕭.延遲焦化分餾塔除鹽新技術的工業應用[J].煉油技術與工程，2014，44(9)：13-17

[5] 梁朝林，沈本賢，吳世逵，等.焦化反應溫度、循環比對反應產物分布的影響[J].茂名學院學報，2008，18(6)：1-4

[6] 陳奎.延遲焦化裝置技術改造方案的選擇[J].石油化工設計，2006，23(2)：27-30

[7] 韓靖.延遲焦化加熱爐爐管結焦分析[J].通用機械，2010，12(7)：50-54

[8] 王志剛，翟志清，曹明，等.延遲焦化加熱爐運行周期的影響因素分析與改進措施[J].石油煉制與化工，2014，45(12)：63-68

[9] 顏峰，謝崇亮，董罡，等.延遲焦化裝置摻煉催化裂化油漿的影響及優化設計[J].石油煉制與化工，2014，45(8)：49-53

[10]李樹成，姜光武.提高現有延遲焦化裝置處理量的幾點措施[J].天然氣與石油，2009，27(5)：44-48

APPLICATION OF SINGLE HEATING CHAMBER FURNACE IN DELAYED COKER

Wang Zhigang， Zhai Zhiqing， Li Xiaochang， Zhao Yan

(SINOPECLuoyangCompany，Luoyang，Henan471012)

The heating furnace of delayed coker in SINOPEC Luoyang Co. consisted of two heating chamber with four feeding inlet. To meet the fuel and petrochemical market volatility， according to the benefit of priority， the original structure of the furnace was first changed to a single heating chamber furnace. This change caused some problems：coking at the outlet of the heating furnace was occurred， more compressor surge was happened， the pump was damaged， the operation difficulty of the fractionation tower was increased and the quality of gasoline and diesel was adversely impacted. Several measures were adopted：injecting steam into furnace tube， extending the coking cycle， controlling the oil flow rate and recycling light hydrocarbon fractions， to ensure the safe and stable operation of the device. At the same time， the raw material was fed into the catalytic cracking unit. The benefit of about 5.4 million Yuan per month was obtained.

delayed coking； furnace； single heating chamber furnace； coking； operation difficulty

2015-04-13； 修改稿收到日期： 2015-07-07。

王志剛，碩士，化學工藝專業，2012年7月畢業于遼寧石油化工大學，助理工程師，從事焦化生產技術工作。

王志剛，E-mail：wzgdeemail@163.com。