優(yōu)化加熱爐設(shè)計(jì) 提高焦化裝置處理量(20090723)

1、1延長(zhǎng)焦化加熱爐運(yùn)行周期的優(yōu)化設(shè)計(jì)延長(zhǎng)焦化加熱爐運(yùn)行周期的優(yōu)化設(shè)計(jì)蔡明件邱方清（武漢煉化工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司430082）摘要摘要:本文對(duì)延遲焦化裝置加熱爐的工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行了說明重點(diǎn)分析了單面輻射爐爐管結(jié)焦的原因以及在設(shè)計(jì)中針對(duì)爐管結(jié)焦原因所采取的一些措施。對(duì)新設(shè)計(jì)的雙面輻射加熱爐的特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明并將單面輻射爐和雙面輻射爐的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了比較表明雙面輻射加熱爐是焦化加熱爐發(fā)展的必然趨勢(shì)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:延遲焦化循環(huán)比加熱爐結(jié)焦單面輻

2、射爐雙面輻射爐注水注汽配風(fēng)比1概述概述焦化加熱爐是延遲焦化裝置的核心設(shè)備，它運(yùn)行的好壞直接影響到焦化裝置的長(zhǎng)周期生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益。加熱爐爐管的結(jié)焦、鼓包、脹徑、脫皮、燒穿等現(xiàn)象都將給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅。由于延遲焦化裝置的原料油為重質(zhì)渣油，比重大、粘度高、臨界反應(yīng)溫度低、在加熱過程中易結(jié)焦，但又必須在加熱爐內(nèi)把原料加熱到焦化反應(yīng)所需的溫度，因此加熱爐輻射爐管的結(jié)焦是不可避免的。目前國(guó)內(nèi)延遲焦化裝置的檢修周期主要是以加熱爐管的結(jié)焦程度作為依

3、據(jù)而決定的，它制約著焦化裝置的生產(chǎn)周期，可以說，加熱爐設(shè)計(jì)水平的高低在一定程度上代表著延遲焦化裝置設(shè)計(jì)水平的高低。武漢石化分公司延遲焦化裝置原有的一臺(tái)加熱爐設(shè)計(jì)規(guī)模為40萬(wàn)噸年，為單面輻射的臥管立式爐，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為18.2MW。在本次焦化裝置100萬(wàn)噸年擴(kuò)能改造中新增的加熱爐按60萬(wàn)噸年設(shè)計(jì)，為雙面輻射的臥管立式爐以進(jìn)一步延長(zhǎng)加熱爐的運(yùn)行周期。下面對(duì)我廠焦化加熱爐設(shè)計(jì)中如何降低爐管結(jié)焦以延長(zhǎng)加熱爐的開工周期所采取的措施進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明。2

4、單面輻射焦化爐的設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)焦的影響單面輻射焦化爐的設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)焦的影響加熱爐爐管內(nèi)壁結(jié)焦是由于被加熱介質(zhì)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)壁而形成的，引起爐管結(jié)焦的原因很多，它受多方面因素影響:設(shè)計(jì)、施工、操作、原料本身及燃料氣性質(zhì)等等。綜合分析，引起加熱爐爐管結(jié)焦的主要原因有以下幾點(diǎn)：?加熱爐輻射爐管的布管方式?輻射爐管注水或注汽點(diǎn)及量?焦化爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化，合理配風(fēng)?輻射爐管表面平均熱強(qiáng)度、爐管內(nèi)介

5、質(zhì)流速的合理選擇。?對(duì)流段、輻射段出口溫度的控制。?焦化爐進(jìn)料性質(zhì)。因此，如能在設(shè)計(jì)上采取一些有效措施，通過車間技術(shù)人員及操作人員的精心操作，即可有效的減緩爐管結(jié)焦速率，延長(zhǎng)焦化爐開工周期，提高裝置的處理量。32.22.2輻射爐管采用輻射爐管采用“雙點(diǎn)兩級(jí)雙點(diǎn)兩級(jí)”注水技術(shù)注水技術(shù)作為湍流劑，無論注水或注汽都是可行的，國(guó)內(nèi)焦化加熱爐普遍采用注水技術(shù)，因?yàn)樽⑷氲哪透邷匚锪匣旌虾竽芡耆?，其相變過程對(duì)破壞管壁層流更為有利，但增加了加熱

6、爐的熱負(fù)荷，因此，采用注水或注汽最終還是取決于使用二者的方便程度和經(jīng)濟(jì)性。盡管如此，相對(duì)于“單點(diǎn)一級(jí)”注水，“雙點(diǎn)兩級(jí)”注水技術(shù)則有更大的優(yōu)越性。采用“單點(diǎn)一級(jí)”注水是指把全部注水量從輻射進(jìn)料入口一次注入輻射加熱爐管，此方法的缺點(diǎn)是：油品由350℃左右的溫度進(jìn)入輻射室后，首先要經(jīng)過一個(gè)裂化加熱升溫階段，根據(jù)自由基反應(yīng)機(jī)理和中間相成焦機(jī)理知，在此升溫階段油品發(fā)生的熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)主要是大分子烴類的裂解反應(yīng)，由大分子裂解為小分子，長(zhǎng)鍵斷裂成短鍵，

7、形成裂解產(chǎn)物；而渣油中的瀝青質(zhì)含量基本沒有變化，油品溫度較低，爐管尚不具備結(jié)焦條件，在此階段注水失去注水的意義。注水后油品流速提高，增加了油品流過輻射爐管系統(tǒng)的壓力降。在油品的縮合反應(yīng)階段（臨界反應(yīng)區(qū)），焦化爐輻射爐管結(jié)焦速率最大；在此階段注水，既可以提高油品的速率，達(dá)到降低爐管結(jié)焦速率的目的，又可以利用水轉(zhuǎn)化為水蒸氣的吸熱增加渣油在縮合反應(yīng)階段對(duì)熱量的需求量，延長(zhǎng)油品加熱升溫時(shí)間，為中間相小球體的長(zhǎng)大、相互融并和有序排列創(chuàng)造條件。因此

8、，在渣油發(fā)生縮合反應(yīng)階段注水是科學(xué)合理的，可以使注水的作用得到充分發(fā)揮。我們?cè)诩訜釥t計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)采用“雙點(diǎn)兩級(jí)”注水技術(shù)，即以10%的軟化水由輻射進(jìn)料口注入輻射爐管，用于降低裂解產(chǎn)物的分壓，促使渣油中的重組份的進(jìn)一步發(fā)生裂解反應(yīng)；以90%的軟化水由轉(zhuǎn)油線入口注入輻射爐管，用于提高渣油縮合反應(yīng)階段的流速，減緩該階段輻射爐管結(jié)焦速率；同時(shí)利用水汽化潛熱大，汽化時(shí)吸收大量熱來延長(zhǎng)渣油縮合反應(yīng)階段的加熱升溫時(shí)間，為中間相小球體的長(zhǎng)大、相互融并和有

9、序排列創(chuàng)造了條件，這有利于降低焦炭產(chǎn)率和提高焦炭質(zhì)量?！半p點(diǎn)兩級(jí)”焦化爐輻射室爐管注水法與“單點(diǎn)一級(jí)”注水法相比，使注水的目的得以充分發(fā)揮，提高了減緩焦化輻射爐管結(jié)焦速率的效果，降低了油品流過輻射室爐管系統(tǒng)的壓降，同時(shí)還可以降低焦炭產(chǎn)率，提高焦炭的質(zhì)量。目前，采用“雙點(diǎn)兩級(jí)”注水已呈現(xiàn)主導(dǎo)趨勢(shì)，此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)可以概括為：降低爐管壓降和有利于介質(zhì)的汽化和裂解。2.32.3優(yōu)化焦化爐燃燒系統(tǒng)與合理配風(fēng)優(yōu)化焦化爐燃燒系統(tǒng)與合理配風(fēng)過?？諝庀禂?shù)的

10、大小不但對(duì)加熱爐的熱效率有著直接的影響，而且對(duì)輻射室的傳熱量也有著直接的關(guān)系。煙氣是依靠三原子氣體的輻射將熱量傳給爐管的（2），三原子氣體在煙氣中的濃度和煙氣的溫度決定著煙氣的輻射能力，過?？諝庀禂?shù)大小直接決定著三原子氣體在煙氣中的濃度，對(duì)輻射室內(nèi)的煙氣溫度也有一定的影響。下表1為我廠焦化裝置處理量為40萬(wàn)噸年，原料為管輸減壓渣油，循環(huán)比為0.4，不同的空氣過剩系數(shù)時(shí)加熱爐設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)。表1不同空氣過剩系數(shù)對(duì)加熱爐熱效率的影響項(xiàng)目空氣過