优化加热炉方案提高焦化装置处理量.docVIP

延长焦化加热炉运行周期的优化设计 蔡明件 邱方清 （武汉炼化工程设计有限责任公司 430082） 摘要: 本文对延迟焦化装置加热炉的工艺设计进行了说明,重点分析了单面辐射炉炉管结焦的原因,以及在设计中针对炉管结焦原因所采取的一些措施。对新设计的双面辐射加热炉的特点进行了简要说明,并将单面辐射炉和双面辐射炉的工艺设计参数进行了比较,表明双面辐射加热炉是焦化加热炉发展的必然趋势。 关键词: 延迟焦化 循环比 加热炉 结焦 单面辐射炉 双面辐射炉 注水注汽 配风比 1概述 焦化加热炉是延迟焦化装置的核心设备，它运行的好坏直接影响到焦化装置的长周期生产及经济效益。加热炉炉管的结焦、鼓包、胀径、脱皮、烧穿等现象都将给安全生产带来严重威胁。由于延迟焦化装置的原料油为重质渣油，比重大、粘度高、临界反应温度低、在加热过程中易结焦，但又必须在加热炉内把原料加热到焦化反应所需的温度，因此加热炉辐射炉管的结焦是不可避免的。目前国内延迟焦化装置的检修周期主要是以加热炉管的结焦程度作为依据而决定的，它制约着焦化装置的生产周期，可以说，加热炉设计水平的高低在一定程度上代表着延迟焦化装置设计水平的高低。 武汉石化分公司延迟焦化装置原有的一台加热炉设计规模为40万吨/年，为单面辐射的卧管立式炉，设计热负荷为18.2MW。在本次焦化装置100万吨/年扩能改造中,新增的加热炉按60万吨/年设计，为双面辐射的卧管立式炉,以进一步延长加热炉的运行周期。下面对我厂焦化加热炉设计中如何降低炉管结焦,以延长加热炉的开工周期所采取的措施进行简要的说明。 单面辐射焦化炉的设计对结焦的影响 加热炉炉管内壁结焦是由于被加热介质在一定压力、温度条件下，由于裂解、缩合反应生成焦炭，然后沉积并吸附在炉管内壁而形成的，引起炉管结焦的原因很多，它受多方面因素影响:设计、施工、操作、原料本身及燃料气性质等等。综合分析，引起加热炉炉管结焦的主要原因有以下几点： 加热炉辐射炉管的布管方式 辐射炉管注水或注汽点及量 焦化炉燃烧系统的优化，合理配风 辐射炉管表面平均热强度、炉管内介质流速的合理选择。 对流段、辐射段出口温度的控制。 焦化炉进料性质。 因此，如能在设计上采取一些有效措施，通过车间技术人员及操作人员的精心操作，即可有效的减缓炉管结焦速率，延长焦化炉开工周期，提高装置的处理量。 2.1 辐射进料采用“下进中出”流程 据资料介绍（1），油品由350℃左右的温度进入加热炉辐射室到加热到500℃出辐射室，一般经历了三个加热升温阶段：即裂化加热阶段、缩合加热阶段和过热加热阶段。在不同的加热阶段对传热要求也不同，在裂化加热阶段和过热加热阶段对传热的要求是：大温差、高传热速率；在缩合加热阶段对传热的要求是：小温差、低传热速率，这就是通常简称的“二高一低”。根据油品在焦化炉辐射室三个加热阶段“二高一低”的传热要求以及辐射室高温区、次高温区和低温区的分布，对焦化炉辐射段炉管流程进行如下优化：油品由辐射室底部第1根炉管进入辐射室；当温度升高到临界反应区的下限时抽出经转油线送至辐射室顶部第一根炉管再次进入辐射室，当加热到生产工艺规定温度500℃时出辐射室进入焦炭塔。在设计焦化炉辐射管流程时，将油品在辐射室的裂化加热升温阶段设置在次高温区，过热加热阶段设置在高温区，缩合加热升温阶段设置在低温区。这种“下进中出”的流程实现了管外传热与管内油品吸热要求相匹配，从而为减缓加热炉辐射炉管结焦速率，延长开工周期，提高装置的处理能力创造了条件；同时油品与烟气换热为逆流换热，优化了辐射室传热条件，提高了辐射室的传热量。辐射炉管流程与炉膛温度分布曲线见图1。 对于底部设置火咀，介质下进中出的卧管立式炉，辐射室温度分布是不均匀的，因此辐射炉管所承受的表面热强度也是不均匀的。从图中可知，从下往上数，第8至16根辐射炉管正好位于辐射室的高温区，由于该区烟气温度最高，辐射能力最强，炉管承受的表面热强度最高，同时亦是炉膛热强度分布最不均匀的区域，因此布管时将过热加热阶段的炉管布置在该高温区，使炉管出口位于此区域，尽量避免介质的临界分解段位于此传热不均匀区,尽量减少局部过热和炉管内壁生焦。 辐射炉管采用“双点两级”注水技术 作为湍流剂，无论注水或注汽都是可行的，国内焦化加热炉普遍采用注水技术，因为注入的凝水和高温物料混合后能完全汽化，其相变过程对破坏管壁层流更为有利，但增加了加热炉的热负荷，因此，采用注水或注汽最终还是取决于使用二者的方便程度和经济性。尽管如此，相对于“单点一级”注水，“双点两级”注水技术则有更大的优越性。采用“单点一级”注水是指把全部注水量从辐射进料入口一次注入辐射加热炉管，此方法的缺点是：油品由350℃左右的温度进入辐射室后，首先要经过一个裂化加热升温阶段，根据自由基反应机理和中间相成焦