延遲焦化加熱爐管結(jié)焦的研究與分析

王兵，楊清程，姜可新，田志強(qiáng)

（鞍山開炭熱能新材料有限公司，鞍山 114044）

1 前言

加熱爐是延遲焦化裝置的核心設(shè)備，由于延遲焦化的工藝特性，加熱爐爐管結(jié)焦是一個(gè)必然發(fā)生的現(xiàn)象，也是影響延遲焦化裝置長周期運(yùn)行的一個(gè)制約因素。

2 加熱爐管結(jié)焦機(jī)理

爐管結(jié)焦的問題實(shí)際上就是焦炭的生成和吸附沉積的問題[1]，結(jié)焦速度其實(shí)就是焦炭在管壁上被吸附沉積的快慢。

加熱爐爐管結(jié)焦是被焦化油在一定壓力、溫度條件下，由于裂解、縮合反應(yīng)生成焦炭，然后沉積并吸附在爐管內(nèi)壁表面的現(xiàn)象[2]。結(jié)焦導(dǎo)致爐管流通面積減小焦化油流動阻力增加，裝置能耗增加。在介質(zhì)吸收相同熱量時(shí)，結(jié)焦?fàn)t管管壁溫度高于未結(jié)焦?fàn)t管，爐管強(qiáng)度下降，使用壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生。以本延遲焦化裝置的一次加熱爐爐管結(jié)焦為例分析。

3.1 加熱爐流程及結(jié)焦因素

原料油通過加熱爐輻射進(jìn)料泵抽出打入焦化加熱爐的對流段（在爐管內(nèi)通過六點(diǎn)注水來提高爐管內(nèi)物料流速，以延緩爐管結(jié)焦），同時(shí)調(diào)整空氣與燃料氣配比（氧含量）來提高加熱爐熱的效率，使原料油在輻射段被迅速加熱到480℃-505℃，然后經(jīng)四通閥進(jìn)入焦炭塔內(nèi)，在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件下，發(fā)生裂解和縮合等一系列化學(xué)反應(yīng)，如圖1 所示。

圖1 加熱爐部分流程Fig.1 Heating furnace partial flow

影響加熱爐爐管結(jié)焦的因素：

1）爐膛溫度場分布的均勻性，具體涉及燃料壓力、流量、配風(fēng)等

2）加熱爐原料和注水的流量、壓力的平穩(wěn)性

3）熱電偶測量的精確度

4）環(huán)境及其他因素

這四方面都能影響加熱爐結(jié)焦的速度，分析如下。

3.2 加熱爐各點(diǎn)溫度分析

圖2 結(jié)焦后加熱爐出口各點(diǎn)溫度曲線Fig.2 Temperature curves at the outlet of the heating furnace after coking

如圖2 所示可以看出加熱爐溫度曲線出現(xiàn)明顯的下滑。而此時(shí)如圖3 所示加熱爐爐膛溫度曲線，與加熱爐出口溫度曲線相反，有明顯的上升趨勢。這是因?yàn)榧訜釥t出口溫度電偶已經(jīng)出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，隨著結(jié)焦厚度的增加，加熱爐出口熱電偶測量的溫度越來越失真，隨著煤氣量的不斷加大，使?fàn)t膛溫度持續(xù)升高，形成加劇爐管結(jié)焦的惡性循環(huán)。

圖3 結(jié)焦后加熱爐爐膛溫度曲線Fig.3 Curve of furnace chamber temperature after coking

圖4 燒焦后加熱爐出口各點(diǎn)溫度曲線Fig.4 Temperature curves at the outlet of the heating furnace after burning

圖5 燒焦后加熱爐爐膛溫度曲線Fig.5 Curve of furnace chamber temperature after charring

經(jīng)燒焦后，恢復(fù)生產(chǎn)。如圖4 和5 所示是加熱爐出口各點(diǎn)溫度曲線與爐膛溫度的曲線。在進(jìn)料量相同、煤氣用量沒有太大變化的前提下，對照可以看出正常情況下加熱爐各溫度點(diǎn)曲線更平滑、操作人員對溫度更容易掌控；而爐管發(fā)生結(jié)焦后，傳熱效果下降，熱阻增大，加熱爐出口溫度下滑，爐膛溫度明顯高于正常時(shí)期爐膛溫度，最高點(diǎn)達(dá)765℃。此時(shí)，加熱爐出口各溫度低而爐膛溫度高，形成反差，所以通過加熱爐出口各溫度點(diǎn)和爐膛溫度可以判斷出加熱爐爐管是否結(jié)焦。

3.3 加熱爐進(jìn)口壓力分析

圖6 結(jié)焦后加熱爐進(jìn)口壓力曲線Fig.6 Pressure curve of inlet of heating furnace after coking

如圖6 所示為結(jié)焦后加熱爐進(jìn)口壓力曲線，圖7 所示為燒焦后加熱爐進(jìn)口壓力曲線，通過對比發(fā)現(xiàn)結(jié)焦后加熱爐進(jìn)口壓力明顯高于燒焦后加熱爐進(jìn)口壓力，原因在于爐管結(jié)焦后使管徑變小，流通面積減少，而在進(jìn)料量與注水量不變的情況下，加熱爐進(jìn)口壓力必然要增大，發(fā)現(xiàn)后如不及時(shí)停工處理，嚴(yán)重時(shí)爐管可能出現(xiàn)堵死現(xiàn)象。所以通過觀察加熱爐進(jìn)口壓力的變化可以判斷出加熱爐爐管的結(jié)焦程度。

圖7 燒焦后加熱爐進(jìn)口壓力曲線Fig .7 Pressure curve of furnace inlet after charring

3.4 延緩加熱爐管結(jié)焦的措施

1）調(diào)節(jié)燃?xì)鈮毫土髁?，以及每個(gè)火嘴的配風(fēng)量，使加熱爐各火嘴燃燒呈短火焰、齊火苗，使?fàn)t膛內(nèi)溫度場分布均勻，避免加熱爐管局部位置過熱。

2）加熱爐原料送入和注水泵流量波動較大忽高忽低，都會造成了焦化油在加熱爐管內(nèi)的流速不均勻，從而受熱不均，局部爐管溫度過高，逐漸結(jié)焦。注水對緩解加熱爐爐管結(jié)焦起著至關(guān)重要的作用，因此我們必須盡量避免注水泵的大范圍波動。

3）注意分析加熱爐儀表準(zhǔn)確性（熱電偶、線路、溫度變送器等），加熱爐出口四溫度點(diǎn)調(diào)換后，各溫度點(diǎn)顯示溫度普遍低于實(shí)際溫度。此時(shí)，實(shí)際溫度過高引起結(jié)焦程度加劇。當(dāng)加熱爐出口溫度出現(xiàn)異常，我們要根據(jù)同一周期時(shí)間爐膛溫度、爐管溫度、焦炭塔溫度、煤氣消耗量、分餾塔液位及急冷油的注入量，綜合來判斷加熱爐的實(shí)際溫度，防止因儀表失靈造成人為控制溫度過高。

表1 更換電偶前后加熱爐出口溫度Table.1 Heating furnace outlet temperature before and after replacing electric couple

4）環(huán)境因素也會影響加熱爐出口溫度測點(diǎn)的準(zhǔn)確性，如焦炭塔保溫不好保溫層老化，刮風(fēng)下雨對塔內(nèi)溫度將會產(chǎn)生影響，造成塔內(nèi)熱量散失。應(yīng)避免缺失保溫，現(xiàn)場排水及雨雪天等環(huán)境因素對加熱爐出口溫度的影響，使加熱爐到爐出口溫度點(diǎn)之間產(chǎn)生較大偏差。

5）另外焦化重油不斷循環(huán)使用，勢必?cái)y帶焦粉，然而加熱爐進(jìn)料中焦粉的帶入對爐管結(jié)焦具有一定的催化作用，導(dǎo)致焦在爐管中過多過早生成，縮短開工周期。

4 結(jié)束語

加熱爐結(jié)焦問題是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，影響他的因素是多方面的，本文主要結(jié)合延遲焦化生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行分析[3]。只有正確控制加熱爐和焦炭塔的操作條件，減少其他因素的對加熱爐的影響，才能有效的延緩加熱爐的結(jié)焦。