延遲焦化裝置焦炭塔保溫方案設計

許建選

（中國石油遼陽石化公司生產監測部，遼寧遼陽111003）

延遲焦化裝置焦炭塔保溫方案設計

許建選

（中國石油遼陽石化公司生產監測部，遼寧遼陽111003）

延遲焦化裝置焦炭塔塔體的保溫效果，對塔內液體的收率有很大的影響。原有的塔體保溫設計沒有考慮到塔體的特殊性，保溫結構熱損失大、易破壞、壽命短、塔體容易產生裂紋。文中采用了新型焦炭塔保溫方式，該保溫方式結構設計合理、保溫性能優良、方便安裝和拆卸、使用壽命較長，節能效果顯著。

焦炭塔；保溫改造；背帶式保溫；液體收率

某延遲焦化裝置生產能力為1 600 kt/a，塔體的外部保溫結構采用支持圈直接焊在焦炭塔外壁，使用“石棉+鍍鋅鐵皮”的老式保溫方法。該種保溫結構，防水、防風及防腐蝕能力差，散熱量大，能耗高，塔體溫度分布不均勻，局部易破損，維修量大，費用高。現場勘察發現，塔頂和塔底保溫已完全脫落，塔體中間部分很多地方鼓包、破損，保溫層外壁溫度高達70～80℃，造成了大量熱能浪費，且對操作工存在燙傷的安全隱患。因此，更換焦炭塔的保溫結構勢在必行，以提高延遲焦化裝置生產能力、生產效率，降低能耗，并消除安全隱患。

1 焦炭塔特殊性分析

（1）焦炭塔是一種低周循環的熱疲勞容器，操作溫度為450～500℃，且呈周期性變化。即48 h之內，從常溫至500℃左右，再降至常溫，操作溫度的周期性變化，引起殼體熱脹冷縮的周期性變化［1］。

（2）由于焦炭塔材料是Cr-Mo鋼，且經過熱處理，殼體不允許隨意焊接各種附件，焦炭塔是熱疲勞的壓力容器任何附件的焊接都將形成殼體的很大的局部峰值應力［2］。所以殼體上不允許進行任何的焊接或者其它容易差生局部過高應力的作業。

（3）由于焦炭塔使用一定周期后會出現裂紋等缺陷，須定期進行檢查，所以相應的保溫部位應該是可以方便拆卸的，便于實施檢查［3］。

焦炭塔工作的特殊性決定了保溫材料的高質量要求、施工的特殊化。因此，使用有新材料、新結構方式組成的焦炭塔保溫設計對未來的焦炭塔保溫改造顯得尤為重要。“背帶式”保溫是現在使用最廣、技術成熟度最高的新型焦炭塔保溫方式，通過同行業企業的實際使用，保溫效果得到了驗證。

2 焦炭塔“背帶式”保溫結構

焦炭塔“背帶式”保溫結構為相鄰的內保溫支持使用卡簧、半軟質保溫材料、伸縮性網架，外保溫支持縱向、橫向采用碳鋼帶，底部采用的彈簧、保溫支持間隔均勻，保證了受力均勻。可滿足焦碳塔從0℃至500℃左右的溫度頻繁升降對焦碳塔保溫苛刻的工藝要求及焦碳塔熱脹冷縮變形的要求；可增加焦碳塔外部的預制安裝量，縮短保溫安裝工期；可防止焦碳塔因水力切焦產生的大量水進入保溫層而使得保溫層遭受損壞。整個焦碳塔的保溫自成一體，確保焦碳塔正常工藝操作，節能增效，消除安全隱患，有利于裝置的安穩運行。焦炭塔新型背帶式保溫結構見圖1，2。

圖1 焦炭塔整體保溫結構

圖2 焦炭塔保溫結構切面

3 保溫改造方案

針對延遲焦化裝置焦炭塔原有保溫的缺陷，決定采用新型“背帶式”保溫結構技術，對焦炭塔進行保溫改造。

3.1 內保溫支持結構

內保溫支持結構軸向采用若干根碳鋼帶，上端和進料口的內支持鋼圈連接，下端自由伸張。橫向采用水平保溫支持角鋼支撐用卡簧連接，以適應焦炭塔隨溫度的熱脹冷縮的變化。軸向支持碳鋼帶之間用不銹鋼帶束緊，防止相互竄動。

3.2 保溫層

塔體保溫層總厚度160 mm。最內層采用硅酸鋁纖維氈；2層和3層采用憎水型復合硅酸鹽板材；固定層在保溫層外面，用不銹鋼龜甲網將將保溫材料加以固定，并為涂料層提供掛件；涂料層在固定層外側涂抹復合硅酸鹽涂料，使得整個焦碳塔保溫形成一體，使外層壁溫在40℃以下。防水層，為了防止雨水、除焦水或油污水侵蝕保溫層，在涂料層外側設三油二布。

3.3 外保溫支持結構

由軸向、橫向碳鋼帶組成。軸向碳鋼帶下端處設拉簧連接，解決了焦炭塔軸向熱脹冷縮問題。

3.4 外保護層

采用鋁合金瓦楞板，固定在外保溫支持結構的碳鋼帶上。

4 保溫技術分析

（1）“背帶式”保溫技術保溫效果好，塔體外表面溫度下降明顯，塔體熱損失小。據相關煉化裝置采用新型保溫材料考核數據得知，新型保溫結構可減少熱量損失，縮小加熱爐出口與焦碳塔內的焦化反應溫差。中國石油錦西石化公司統計數據顯示，對焦炭塔改造前后塔身的外表面溫度進行了散熱標定，改造后單塔塔體散熱量比改造前減少顯著。與改造前相比，焦碳塔外表溫度平均降低了11℃以上，因此應用新型保溫可以大幅度提高液體收率（焦碳塔內介質溫度每增加5.6℃，液體收率將提高1.1%左右）。

（2）可縮短預熱時間，減少焦炭塔預熱甩油量。中國石油錦西石化公司統計數據表明，焦炭塔保溫改造前，單塔的預熱時間為4.5 h，應用新型背帶式保溫后，預熱時間僅為3 h，每塔預熱時間平均縮短1.5 h。

（3）結構設計比較合理。不在設備本體上進行焊接作業；滿足了新材質的要求，使用鋁合金瓦楞板做外保護板；布局合理、施工規范、搭接縫和塞縫填實，有效地防止熱量從保溫層搭接縫處擴散。

（4）內部保溫選材適當，使用壽命長，維護量小，費用低。施工所用材料如背帶、瓦楞板等都是標準件，便于安裝、拆卸等；在檢查塔體裂縫時，省工、省時。

5 焦炭塔改造前后對比分析

5.1 改造前后溫度對比

對焦炭塔保溫改造前后分別用熱紅外成像儀對爐體外表面進行了紅外照射，通過熱紅外成像分析，得出了塔體外表面溫度前后對比數據，見表1。

表1 塔保溫改造前后溫度對比

從表1可以看出，焦炭塔保溫改造后，焦炭塔各部位的表面溫度下降顯著，保溫改造后的外表面平均溫度與改造前相比，下降了15.4℃，說明新型焦炭塔保溫改造取得了很好的保溫效果［4，5］。

5.2 改造前后能耗對比

由表1中的數據可計算出該焦炭塔保溫改造前、后塔體散熱損失量：

式中q—表面熱流量，kJ/（m2·h）；u—環境周圍風速，m/s；tb—塔平均表面溫度，℃；t0—環境溫度，℃。

散熱損失量：

式中S—焦炭塔傳熱面積，m2。

改造前的散熱損失量：

Q1=3.6（10+u0.5）（tb-t0）×S=3.6×（10+1.20.5）×（62.4-20）×523.7=886 942.9 kJ/h=246.4 kW

改造后的散熱損失量：

Q2=3.6（10+u0.5）（tb-t0）×S=3.6×（10+1.20.5）×（47-20）×523.7=564798.5 kJ/h=156.9 kW

改造后散熱節約量為［6～9］：

Q1-Q2=246.4-156.9=89.5 kW

（計算中環境風速取1.2 m/s，環境溫度為20℃）

從改造前后散熱量的損失比較計算中可以看出，新型保溫技術有效減少熱量損失，使焦炭塔保持較高的反應溫度，從而可以提高液體收率。由于焦炭塔改造后表面溫度降低了15.4℃，散熱節約量為89.5 kW，經濟效益顯著［10～12］。

6 結束語

塔體表面某些部位缺少保溫或保溫破損，長期裸露，特別在下雨、下雪時，會造成塔內外溫差陡增，熱應力增大，是塔體變形，焊縫開裂的潛在隱患。與以前的焦炭塔保溫方式相比，新型“背帶式”焦炭塔保溫方式保溫效果好，節能效果顯著；其模塊化的安裝、拆卸方式極大的解決了生產過程中塔體進行裂縫檢查時對塔體保溫層的損害；其獨特的設計結構和材料的使用，使得該種保溫方式維護量小、維護費用低、使用壽命長；其良好的保溫性使得爐體散熱量大幅下降，從而使得塔內保持較高的反應溫度，大幅提高了液體的收率。

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［2］張維忠.焦炭塔選材與受力數學模型研究及工業應用［J］.石油化工設備技術，2007（5）：30-32.

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［4］陳曉玲，段滋華，李多民.國內外焦炭塔的研究現狀及其進展［J］.化工機械，2009（1）：56-59.

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［7］孫詩琨，郭敏鐸，李鋒.新型背帶式保溫技術在焦炭塔上的應用［J］.石油化工設備技術，2005，26（3）：22-24.

［8］王永譽.焦炭塔披掛式保溫局部超溫原因分析及對策［J］.石油化工腐蝕與防，2015，32（5）：45-48.

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［12］劉錫光.煉油廠延遲焦化裝置焦炭塔制造技術改進［J］.壓力容器，2004，21（4）：29-32.

Scheme design for coke drum insulation of delayed coking unit

Xu Jianxuan
（Production Monitoring Division of PetroChina Liaoyang Petrochemical Company，Liaoyang 111003，China）

Insulation effect of the coke drum body in the delayed coking unit has significant influence on the yield of liquid in the drum.The original drum body insulation design had not considered the particularity of the drum,the insulation structure had high heat loss,was easy to damage,had short service life,and the drum body was easy to generate cracks.In this paper,the new type coke drum insulation method is used,this insulation method has rational design of structure and good insulation performance,is convenient for installation and disassembly,has long service life,and significant energy-saving effect.

coke drum;heat transformation;strap-type insulation;liquid yield

TE962

B

1671-4962（2017）06-0048-03

2017-07-13

許建選，男，工程師，2008年畢業于哈爾濱工程大學化學工程與工藝專業，現從事節能監測工作。