在線清焦技術(shù)在1.20Mt/a焦化加熱爐上的應(yīng)用

鄭志斌，魏 文

（中國(guó)石油烏魯木齊石化公司，烏魯木齊830019）

中國(guó)石油烏魯木齊石化公司（簡(jiǎn)稱烏魯木齊石化）1.20Mt/a延遲焦化裝置于2010年3月由中國(guó)石化工程建設(shè)公司（SEI）設(shè)計(jì)，2011年11月試車成功。主要由焦化、吸收穩(wěn)定、脫硫脫硫醇3部分組成。裝置采用一爐兩塔工藝，設(shè)計(jì)循環(huán)比為0.3，其中加熱爐為直壁附墻燃燒雙面輻射立式爐，設(shè)計(jì)負(fù)荷為41.79MW。

在線清焦技術(shù)是在加熱爐不停爐的情況下對(duì)爐管內(nèi)焦層進(jìn)行清除的過程。操作時(shí)對(duì)加熱爐多管程中的某一管程切除進(jìn)料并通入清焦介質(zhì)，清焦介質(zhì)以及清除的焦炭與其它正常運(yùn)行管程的油品一同進(jìn)入焦炭塔。在線清焦技術(shù)有兩種［1］：一種是恒溫法，其原理是利用高速流動(dòng)的水蒸氣對(duì)焦垢層的沖刷作用及水蒸氣在高溫下與焦炭發(fā)生水煤氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣；另一種方法是在線清焦的核心方法——變溫法，其原理是利用金屬爐管與管內(nèi)焦垢層熱膨脹系數(shù)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。

在線清焦技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)非常成熟，并且已經(jīng)列入常規(guī)操作。近幾年國(guó)內(nèi)多家煉油廠嘗試過在線清焦技術(shù)，但是由于清焦效果不理想以及裝置工藝設(shè)計(jì)未包含在線清焦操作等因素，在線清焦技術(shù)未得到廣泛應(yīng)用，所以經(jīng)驗(yàn)較少。烏魯木齊石化焦化加熱爐綜合應(yīng)用兩種在線清焦方式，取得了較好的清焦效果。本文主要介紹烏魯木齊石化在線清焦技術(shù)的應(yīng)用情況、積累的經(jīng)驗(yàn)和在線清焦效果。

1 首次在線清焦

烏魯木齊石化1.20Mt/a延遲焦化裝置于2012年5月檢修開工后，加熱爐的1號(hào)、3號(hào)管壁溫度上升較快，9月初1號(hào)爐管管壁的最高溫度已超過620℃，說明爐管已出現(xiàn)結(jié)焦情況，急需對(duì)1號(hào)、3號(hào)爐管進(jìn)行在線清焦。

1.1 在線清焦前的準(zhǔn)備工作

焦炭塔換塔4h后進(jìn)行在線清焦的準(zhǔn)備操作的準(zhǔn)備工作，清焦前切除加熱爐流量聯(lián)鎖、瓦斯壓力聯(lián)鎖，引爐管吹掃蒸汽至吹掃閥前脫凈凝結(jié)水，啟動(dòng)在線清焦注水泵，調(diào)節(jié)好流量備用。

1.2 在線清焦操作

在清焦準(zhǔn)備工作完成后，對(duì)清焦?fàn)t管進(jìn)行降溫、降量，當(dāng)溫度和流量達(dá)到切除進(jìn)料要求后，將進(jìn)料控制閥上游閥快速關(guān)閉。切除進(jìn)料后及時(shí)打開吹掃蒸汽吹掃爐管，并將清焦注水改入爐管內(nèi)。吹掃45min后停吹掃蒸汽，開始進(jìn)行變溫、變注水流量操作。清焦操作結(jié)束后將爐管介質(zhì)切換回正常進(jìn)料。2012年9月11日12時(shí)至23時(shí)對(duì)1號(hào)爐管進(jìn)行在線清焦，恒溫吹掃30min，溫度為650℃→456℃→650℃，最高點(diǎn)未恒溫，在線清焦11h，升降溫3次。整個(gè)過程如表1所示。

在1號(hào)爐管清焦過程中發(fā)現(xiàn)爐管出現(xiàn)氧化剝皮現(xiàn)象，可能是由于最高點(diǎn)溫度過高所致，所以在3號(hào)爐管在線清焦時(shí)降低了最高點(diǎn)溫度，在線清焦貼片的最高溫度按620℃控制。2012年9月12日11時(shí)至18時(shí)對(duì)3號(hào)爐管進(jìn)行在線清焦，恒溫吹掃時(shí)間45min，溫度為620℃→456℃→620℃，最高點(diǎn)未恒溫。在線清焦操作7h，升降溫3次。1號(hào)、3號(hào)爐管在線清焦過程中表面溫度變化趨勢(shì)見圖1。

表1 首次在線清焦程序

圖1 1號(hào)、3號(hào)爐管在線清焦過程中表面溫度變化趨勢(shì)

1.3 清焦效果

表2為首次在線清焦前后的情況對(duì)比。由表2可見，在同等操作條件下，1號(hào)爐管清焦后的表面平均溫度下降約16℃，3號(hào)爐管清焦前后爐管表面平均溫度變化很小。所以此次在線清焦未取得理想的效果。

表2 首次在線清焦前后的情況對(duì)比

2 在線清焦方案的摸索與實(shí)踐

2.1 完善后的在線清焦方案

為保證裝置安全平穩(wěn)過冬，2012年12月27至2013年1月11日，先后進(jìn)行了兩次有計(jì)劃的在線清焦操作。通過分析摸索清焦控制參數(shù)，在恒溫時(shí)間、溫度梯度、快速升降溫次數(shù)等方面完善了清焦方案，完善后的清焦程序見表3。

表3 完善后的加熱爐在線清焦程序

與原方案相比，完善后的在線清焦方案主要在以下幾個(gè)方面發(fā)生改變：①蒸汽吹掃爐管時(shí)間由30min延長(zhǎng)至1h，通過蒸汽吹掃將爐管內(nèi)存油、軟焦吹掃干凈；②增大高低溫溫差，高溫恒溫溫度提高到675℃，最低溫度降低到426℃，高低溫溫差由194℃增到249℃，快速降溫速率達(dá)到1 000℃/h，保證在線清焦效果；③增加高溫恒溫時(shí)間，根據(jù)焦層厚度適當(dāng)增加高溫恒溫時(shí)間至1～4h，在高溫恒溫時(shí)間段將焦層中的軟焦剝離，增加焦層硬度，以便快速降溫時(shí)焦層從爐管脫離；④增加快速清焦循環(huán)次數(shù)，通過增加快速升降溫次數(shù)保證清焦效果；⑤改變投用進(jìn)料的方式，在投加熱爐進(jìn)料時(shí)不停清焦注水，進(jìn)料穩(wěn)定后停注水改注汽。在投用進(jìn)料過程中爐管冷油流速低，通過注水控制冷油流速，防止在投用進(jìn)料時(shí)出現(xiàn)爐管結(jié)焦的情況。

2.2 方案完善后的在線清焦操作

完善清焦方案后進(jìn)行清焦操作，各爐管的表面溫度變化趨勢(shì)見圖2，在線清焦操作過程控制情況見表4。

2.3 方案完善后的清焦效果分析

表5為方案完善后的在線清焦前后情況對(duì)比。由于1號(hào)爐管第一根和第四根熱電偶失靈，4號(hào)爐管第二、第三、第四根熱電偶失靈，數(shù)據(jù)處理時(shí)對(duì)這幾點(diǎn)進(jìn)行剔除。由表5可以看出：清焦前1號(hào)爐管結(jié)焦最嚴(yán)重，爐管表面溫度平均在615℃以上，分支出口溫度為455.4℃，已是焦化反應(yīng)的下限溫度；2號(hào)爐管結(jié)焦較輕，2號(hào)分支出口溫度雖在490℃以上，但爐管表面溫度較高，無(wú)法保證長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；在相同操作條件下，清焦后1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)爐管的表面溫度平均下降102.7，81.8，79.7，36.6 ℃，說明1號(hào)～3號(hào)爐管的結(jié)焦基本被清除干凈，清焦效果明顯，4號(hào)爐管的清焦效果較差，主要原因是表面熱電偶失靈較多，升降溫操作時(shí)指導(dǎo)性不強(qiáng)，清焦效果判斷不準(zhǔn)確。

由以上分析可知，除4號(hào)爐管外，其它3支爐管清焦后表面溫度可降低80℃左右，接近開工時(shí)爐管的運(yùn)行情況。而且燃料氣消耗量較清焦前下降了500m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），說明在線清焦可以有效清除爐管結(jié)焦，降低燃料氣消耗量，延長(zhǎng)運(yùn)行周期。

圖2 清焦時(shí)的1號(hào)～4號(hào)爐管的表面溫度變化

表4 在線清焦過程控制情況

表5 方案完善后的在線清焦前后情況對(duì)比

3 在線清焦過程中遇到的問題及對(duì)策

（1）在切除進(jìn)料過程中，緩慢降溫、降量會(huì)使加熱爐總出口溫度過低，影響分餾操作。因此，降溫降量要快速進(jìn)行，可熄滅對(duì)應(yīng)爐膛的所有主火，在分支出口溫度低于450℃、爐管表面溫度低于500℃時(shí)快速切斷爐管進(jìn)料，以減小對(duì)分餾操作的影響。

（2）給汽吹掃時(shí)，對(duì)流段爐管表面溫度會(huì)突然上升。主要原因是降低爐膛輻射室溫度對(duì)對(duì)流段溫度影響不大，而吹掃蒸汽吸熱量較少。對(duì)流段溫度最高會(huì)升至500℃左右，在提高清焦注水量后對(duì)流段爐管表面溫度會(huì)恢復(fù)正常。

（3）在蒸汽吹掃結(jié)束、提高注水量時(shí)，由于清焦?fàn)t膛熱負(fù)荷較低，大量低溫除氧水進(jìn)入爐管后不能迅速汽化，導(dǎo)致爐管入口壓力突然下降，最低可至0.6MPa。過低的入口壓力非常危險(xiǎn)，有可能導(dǎo)致高溫渣油倒流進(jìn)入清焦?fàn)t管而導(dǎo)致清焦?fàn)t管加劇結(jié)焦、甚至堵塞［2］。此時(shí)可快速打開吹掃蒸汽，提高爐管入口壓力。為避免這種情況發(fā)生，可在停吹掃蒸汽前緩慢提高注水流量及爐膛熱負(fù)荷。

（4）快速升降溫時(shí)很難快速、準(zhǔn)確達(dá)到目標(biāo)溫度，剛開始進(jìn)行在線清焦操作時(shí)，因?yàn)閷?duì)升降溫趨勢(shì)不了解，可能會(huì)出現(xiàn)升溫時(shí)間過長(zhǎng)、降溫溫度過低等情況，要根據(jù)裝置實(shí)際情況摸索升降溫速率，進(jìn)行提前控制。

（5）快速升降溫時(shí)，由于清焦?fàn)t膛快速點(diǎn)火、滅火，會(huì)使整個(gè)加熱爐瓦斯壓力波動(dòng)，影響其它爐管表面溫度及分支出口溫度。為了減小對(duì)其它爐膛的影響，需要在點(diǎn)火、滅火前對(duì)其它爐膛瓦斯流量調(diào)節(jié)閥開度等做好記錄。并嚴(yán)格控制氧含量，防止?fàn)t管氧化剝皮或瓦斯燃燒不完全。

（6）清焦、切換進(jìn)料及快速升降溫過程中，分餾塔氣速增加，可適當(dāng)提高分餾側(cè)線回流量，防止沖塔。須嚴(yán)格控制分餾塔塔頂油氣冷后溫度，防止造成壓縮機(jī)喘振。

（7）在清焦完成、投用加熱爐進(jìn)料時(shí)，為防止因爐管局部過熱而出現(xiàn)結(jié)焦情況，升溫速率不宜過快。

4 影響在線清焦效果的因素分析

影響焦化加熱爐在線清焦效果的主要因素為：①升降溫溫差：在不超過爐管設(shè)計(jì)溫度的前提下溫差應(yīng)盡量大。中國(guó)海油惠州分公司焦化裝置的在線清焦過程中控制加熱爐分支出口溫度最高為675℃，最低溫度為426℃，此時(shí)爐管表面溫度已非常接近爐管極限使用溫度（705℃）［3］。②恒溫時(shí)間：前期恒溫吹掃要盡可能將爐管內(nèi)渣油及軟焦吹掃干凈，后期在最高點(diǎn)溫度恒溫時(shí)要將爐管內(nèi)焦層烤干，并通過水煤氣反應(yīng)將其清除。③升降溫速率：根據(jù)在線清焦的主要清焦原理，要求降溫速率控制在1 000℃/h左右。④在線清焦操作時(shí)間：要達(dá)到較好的清焦效果，一定要保證清焦時(shí)間（吹掃時(shí)間、恒溫時(shí)間以及升降溫操作次數(shù)）。⑤清焦效果的判斷：判定清焦完成的依據(jù)很重要。恒溫時(shí)瓦斯用量變化量、各爐管表面之間的溫差、爐管表面與分支出口間的溫差都可作為判定依據(jù)。⑥在線清焦的具體操作手段：根據(jù)爐管結(jié)焦厚度和結(jié)焦軟硬情況，合理安排幾種清焦手段，以達(dá)到最好的清焦效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

在線清焦技術(shù)的成功應(yīng)用不僅有效延長(zhǎng)了加熱爐運(yùn)行時(shí)間，為全裝置達(dá)到“三年一修”提供了有力保障，而且將會(huì)改變延遲焦化裝置的運(yùn)行理念，提高加熱爐運(yùn)行苛刻度，降低焦炭中揮發(fā)分含量，使裝置效益最大化。隨著國(guó)內(nèi)延遲焦化新技術(shù)的不斷推廣，在線清焦技術(shù)將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

［1］魏學(xué)軍，李出和，胡剛.焦化加熱爐在線清焦的設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2008，29（2）：33－35

［2］龔朝兵.焦化加熱爐爐管在線清焦的實(shí)踐與思考［J］.化工機(jī)械，2010（4）：514－518

［3］劉超.在線清焦技術(shù)在中海油惠州煉油廠4.2Mt/a延遲焦化裝置的應(yīng)用與分析［J］.廣東化工，2009，36（10）：178－181