南蒸餾常減壓加熱爐低負荷核算

李昕益，周玉鑫

南蒸餾常減壓加熱爐低負荷核算

李昕益，周玉鑫

（中國石油集團東北煉化工程有限公司葫蘆島設(shè)計院，遼寧 葫蘆島 125001）

當(dāng)前南蒸餾裝置加工量約7 500 t/d，加熱爐負荷為設(shè)計負荷的52%。在當(dāng)前處理量下，油品在爐管內(nèi)流速低，若爐溫控制不當(dāng)，爐管存在結(jié)焦風(fēng)險。為解決以上問題，本文核算了加熱爐的結(jié)焦傾向等相關(guān)參數(shù)，為加熱爐平穩(wěn)運行提供指導(dǎo)。

管式加熱爐；低負荷；結(jié)焦傾向

南蒸餾常減壓加熱爐設(shè)計負荷為450萬t/a，當(dāng)前加熱爐負荷約為設(shè)計負荷的52%左右。在當(dāng)前處理量下，油品在爐管內(nèi)流速低，若爐溫控制不當(dāng)，爐管存在結(jié)焦風(fēng)險。因此需核算在當(dāng)前加工量下加熱爐的結(jié)焦傾向等相關(guān)參數(shù)，為加熱爐平穩(wěn)運行提供指導(dǎo)。

1 核算基準(zhǔn)及核算方法的選取

1.1 加熱爐現(xiàn)狀

（1）爐管尺寸：常減壓加熱爐輻射室爐管尺寸概況見表1。

表1 常減壓加熱爐輻射室爐管尺寸概況

（2）現(xiàn)場加熱爐工藝數(shù)據(jù)按照南蒸餾現(xiàn)場數(shù)據(jù)核算，需要說明的是南蒸餾裝置現(xiàn)場根據(jù)經(jīng)驗將加熱爐出口溫度降低，從而維持加熱爐的長周期運行，詳見表2。

表2 主要操作條件表

常減壓加熱爐爐膛溫度操作室采集情況見表3、表4。（數(shù)據(jù)采集時間：2015.10.22）。

表3 常壓加熱爐爐膛溫度操作室采集情況

表4 減壓加熱爐爐膛溫度及對流室溫度操作室采集情況

1.2 核算方法的選取及計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)選取

1.2.1 核算方法的選取

利用FRNC5軟件計算加熱爐的結(jié)果文件中，結(jié)焦傾向涉及的結(jié)果參數(shù)為相關(guān)結(jié)焦速率，由于關(guān)于相關(guān)結(jié)焦速率未從相關(guān)規(guī)范、文獻查取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)范圍，本次核算采用對比的方法。

選取400萬t/a常減壓加熱爐計算的結(jié)果文件與現(xiàn)場運行模擬結(jié)果文件進行對比，考察現(xiàn)場加熱爐的結(jié)焦傾向。

1.2.2 計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)選取

（1）原料均按照遼河油與蘇丹達爾油設(shè)計，其比例為5∶4。

（2）燃料性質(zhì)相同。

（3）選用爐管結(jié)垢熱阻值相同。

2 核算結(jié)果

2.1 常壓爐核算結(jié)果

常壓爐現(xiàn)場負荷核算結(jié)果與400萬t/a的規(guī)模對比見表5。對流室進輻射室前10根爐管相關(guān)結(jié)焦速率明顯有所增強。

現(xiàn)場煙氣出輻射室溫度620 ℃，計算在內(nèi)-外結(jié)垢熱阻：0.000 5~0.004 3 m2·K/W下，爐膛溫度計算為500 ℃，將結(jié)垢熱阻調(diào)整至0.050~0.004 3 m2·K/W，使計算爐膛溫度與現(xiàn)場接近（計算爐膛溫度563 ℃），遮蔽管段管壁平均溫度明顯增加，相關(guān)結(jié)焦速率并未明顯增加（除進入輻射室前2根爐管有所增強）。

表5 常壓爐核算結(jié)果一覽表

2.2 減壓爐核算結(jié)果

減壓爐核算結(jié)果與400萬t/a的規(guī)模對比見表6。對比計算數(shù)據(jù)，現(xiàn)場相關(guān)結(jié)焦速率并未明顯增加；管壁溫度也未增加。但進入輻射室前13根管流型變壞，出現(xiàn)SLUG流。

表6 減壓爐核算結(jié)果一覽表

計算結(jié)果文件同時顯示：對流室蒸汽上部常底油排管部分，由于煙氣到達此處溫度低于常底油溫度，常底油在對流室盤管25、24處(合計7排，每排9根管)未取熱。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

（1）常壓爐進輻射室前10根爐管相關(guān)結(jié)焦速率明顯有所增強。

（2）常壓爐現(xiàn)場煙氣出輻射室溫度620 ℃，計算在內(nèi)-外結(jié)垢熱阻：0.000 5~0.004 3 m2·K/W下，爐膛溫度計算為498 ℃，由此判斷，現(xiàn)場爐管已有一定規(guī)模結(jié)焦的形成。將結(jié)垢熱阻調(diào)整至0.050~0.004 3 m2·K/W，使計算爐膛溫度與現(xiàn)場接近（計算爐膛溫度563 ℃），遮蔽管段管壁平均溫度明顯增加，相關(guān)結(jié)焦速率并未明顯增加（除進入輻射室前2根爐管有所增強）。

（3）減壓爐與現(xiàn)場爐膛溫度吻合，計算得出爐管內(nèi)相關(guān)結(jié)焦速率比F-2(400萬t/a)計算結(jié)果值偏低，從計算數(shù)據(jù)看，相關(guān)結(jié)焦速率并未明顯增加。

（4）減壓爐出口溫度由現(xiàn)場375 ℃提高至385 ℃，計算得出爐管內(nèi)相關(guān)結(jié)焦速率與F-2(400萬噸/年)計算結(jié)果值相當(dāng)，從計算數(shù)據(jù)看，相關(guān)結(jié)焦速率并未明顯增加。

（5）減壓爐降量后，對流室排管出現(xiàn)不合理，導(dǎo)致計算結(jié)果對流段取熱出錯。核實現(xiàn)場后，常底油入加熱爐對流段溫度高于對流室爐內(nèi)煙氣溫度，對流排管明顯不合理。

（6）需要特別指出的是，加熱爐在下限操作，現(xiàn)場會出現(xiàn)下列問題[1]（計算是無法體現(xiàn)的）：

①受熱均勻性問題：加熱爐所配備的燃燒器的大小和數(shù)量是根據(jù)設(shè)計負荷考慮的，當(dāng)加熱爐在設(shè)計負荷下運轉(zhuǎn)時這些燃燒器將全部投用，爐管受熱比較均勻。而加熱爐在降低負荷時，把每個燃燒器關(guān)小，沿火焰長度方向爐管熱強度分布的不均勻性會比正常負荷下大。

②局部過熱問題：由于降量操作，管內(nèi)流量減少后，管內(nèi)介質(zhì)的傳熱系數(shù)有可能大幅度下降，管內(nèi)介質(zhì)流動狀態(tài)有可能突變，盤管各路之間也更容易發(fā)生偏流。如果這些因素都發(fā)生作用，他們的不良后果有可能抵消因熱負荷降低給爐管帶來的安全度，而造成低負荷下爐管局部過熱損壞。

（7）現(xiàn)場加熱爐已在超低負荷下運行，常壓爐部分爐管相關(guān)結(jié)焦速率已明顯有所增強；從設(shè)計角度來看，減壓爐已與設(shè)計偏離， 建議現(xiàn)場提高處理負荷或?qū)訜釥t做相應(yīng)的改造。

3.2 建議

兩座加熱爐若預(yù)期長期在低負荷下運行，建議對加熱爐進行改造。初步改造方案可參考如下：

（1）將常壓爐四路進料改為兩路進料;

（2）減壓爐爐管更新，縮小管徑；

（3）減壓爐對流室常底油從蒸汽排管下部直接進入對流室，拆除上部7排常底油排管，減少常底油壓降;

（4）爐管內(nèi)注氣提高流速。

［1］錢家磷．管式加熱爐[M].北京: 中國石化出版社, 2003:198.

Check of Atmospheric and Vacuum Heating Furnace Under Low Load in South Distillation Unit

,

（CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co.Ltd Huludao Design Institute, Liaoning Huludao 125001, China）

At present, the processing capacity of the south distillation unit is about 7,500 tons / day, and the heating furnace load is 52% of the designed load. Under the current processing capacity, the oil flow rate is low in the furnace tubes. If the furnace temperature is improperly controlled, the furnace tubes have the risk of coking. In order to solve the above problems, the coking tendency of the heating furnace and other related parameters were investigated, which could provide a guide for the smooth operation of the furnace.

tubular heating furnace; low load; coking tendency

TQ 208

A

1004-0935（2017）04-0373-03

2016-03-01

李昕益（1984-），男，工程師，遼寧省朝陽市人，2007 年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京），現(xiàn)從石油化工工藝設(shè)計工作。