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延迟焦化装置加热炉炉管结焦原因及控制措施

·130· 2015年8月工程技术技术论坛

延迟焦化装置加热炉炉管结焦原因及控制措施

陆书贵王静吕景超

中石油辽阳石化分公司炼油厂,辽宁辽阳 111000

摘要:随着原料劣质化以及延迟焦化装置加热炉的工作环境恶劣,加热炉炉管内会发生结焦现象,而结焦量对装置处理量带来的影响则直接影响整个焦化装置的正常安全运行,因此做好加热炉炉管的结焦控制很有必要,文章从生产实际出发,明晰影响焦化装置生产运行的关键是控制炉管结焦,进而通过对炉管结焦原因进行分析,并提出了抑制延缓结焦的措施,从而为延长结焦炉的运转周期提供一定的保障措施。

关键词:延迟焦化装置;加热炉;炉管结焦;控制措施

中图分类号:TE96 文献标识码:A 文章编号:1671-5586(2015)46-0130-01

由于加热炉炉管内存有高粘度、高残炭的流动介质油渣,延迟焦化装置经常出现结焦的现象是很正常的,虽然也安置一些热电偶温度监控在焦化加热炉的炉膛、炉管出入口及部分炉管外表面等地方以应对生产需求,但这仍不能准确控制炉管内的结焦状况,关键还是要分析延迟焦化加热炉成焦原因并找出最佳的减缓或抑制结焦的措施,这对于装置的长周期安全运行是十分必要的。

1 炉管结焦原因分析

炉管结焦是由于油品在炉管中裂解后又缩合而形成高分子焦炭的反应,介质在炉管内流动时与炉管内表面之间存在一个边界层,边界层的平均温度比介质主体温度要高,而平均速度比介质主体速度慢,流动状态呈层流,因此边界层总是比介质主体先进入临界温度区,焦炭的浓度也比介质主体中焦炭的浓度高,当边界层的温度进入介质裂解的临界温度范围时,焦炭量增加且随温度的上升而增多,此时认为炉管开始结焦,炉管结焦的速度与边界层的温度、压力、平均流速、边界层焦炭的浓度等都有关系,并且边界层的厚度愈厚,结焦速度也越大。

2 结焦的主要影响因素

2.1 原料油性质

对延迟焦化装置影响比较大的是原料的残炭、硫含量高等,这些是直接导致炉管结焦的根本因素。

2.2 加热炉出口温度

炉出口温度它直接影响反应的深度,受加热炉炉管结焦和焦炭成焦状况的制约,由于延迟焦化是吸热反应,加热炉可以提供焦化反应所需的热量,如果温度过低,焦化反应难以充分进行,并且将生成软焦,降低液体收率;另外低温时焦碳塔内泡沫层升高,这是由于泡沫本是反应不彻底的产物—树脂状的胶质,沥青质,所以提高炉出口温度可以使反应不彻底的产物在高温度下进一步反应生成焦炭,从而降低泡沫层,泡沫层高度除了与原料起泡沫性能有关外,与加热炉出温度关系密切,温度过高,生成的焦炭硬度增加,给除焦带来困难,致使炉管等结焦。

3 炉管结焦的控制措施分析

3.1 改善加热炉进料性质

由上述分析结焦原因可知,炉管结焦与油品的性质有密切的联系,特性因数高的石蜡基组分在较低的温度下会先行裂解而结焦,由于石蜡基组分并非胶质、沥青质的良好溶剂,温度升高会使沥青质等从液相分离出来而结焦,因此加工石蜡基原油等这类渣油的焦化装置应通过提高循环比来降低加热炉进料的劣质化程度,即减少加热炉管结焦,应提高循环比;其次原料中的含盐量对炉管结焦也有很大的影响,这些非溶解性固体杂质会诱发和加快高温介质成焦先兆体的出现,进而在炉管中产生结焦现象,因此原料中钙盐和钒盐过高时应要求上有装置进行深度脱盐脱金属;再次根据各厂物料平衡的要求,多数焦化装置都掺炼重催的催化油浆,由于催化油浆中含有大量的稠环芳烃,在相同温度下其更容易在炉管内发生裂解缩合反应,而且油浆中含有的催化剂也会加速管壁上成焦先兆体的形成,缩短加热炉运行周期,所以焦化装置重油催化油浆的参炼比例应适当控制,一般不应大于10%,且越低越有利于长周期运行。

3.2 优化加热炉运行条件

提高加热炉热效率,防止和降低炉管结焦,延长炉管寿命,应强化加热炉平稳操作管理,优化加热炉运行条件。

3.3 选择合适的介质流速

根据结焦的机理可知,当介质流速增大时,介质在炉管内的停留时间缩短,边界层的流速增加、厚度减薄,结焦速度降低,所以为了减少高温渣油在炉管内发生的缩合反应,要保证介质在最短的时间以较大的流速通过炉管并迅速达到反应温度,目前焦化加热炉均采用炉管注汽的方式来增加管内湍流速度,破坏边界层流层,从而降低结焦,一般采用在对流入口、辐射人口和辐射中段三个部位注入一定压力蒸汽的方式,注汽量的大小需根据炉管的进料量来确定,所以防止炉管结焦要根据实际处理量准确调整各点注汽量,确保炉管内介质流速合适。

3.4 严格控制加热炉出口温度

加热炉出口温度直接影响焦炭塔内的反应温度和反应深度,温度过高,焦化反应过深,炉管结焦倾向增大;温度过低,反应深度不够,焦炭质量不合格,合适的炉出口温度应根据原料的性质进行调整,特别是原料的四组分组成和残炭值,合适的炉出口温度不仅可以节能降耗,也可以达到减缓炉管结焦的目的。

3.5 提高炉管清焦质量

炉管内结焦使管壁温度急剧上升,增加了管内压力降,最终装置只能被迫停炉进行烧焦或清焦,管壁内清焦是否彻底是决定加热炉下一运行周期长短的一个重要因素,目前国内大多数延迟焦化装置采用蒸汽一空气烧焦的方法,在整个烧焦过程中炉管一直处于高温状态,为了保证烧焦质量,有时甚至会超过炉管使用极限温度,严重影响炉管的使用寿命,同时在烧焦过程中如果操作不当,极易导致炉管内结焦发生炸焦,大量的焦炭会堵塞炉管,导致停工周期延长,甚至需要更换炉管,因此必要格外注意提高炉管清焦质量。

4 结论

焦化加热炉运行的好坏直接影响着装置的长周期运行和炼厂的经济效益,加热炉炉管内结焦是影响生产周期、导致装置运行经济性能下降和停工检修的主要因素之一,因此为了使延迟焦化装置延长运行周期,实现企业效益最大化,就必须延缓与控制炉管内的结焦,本文从注意加工原料的性质,及时根据原料变化调节循环比;优化加热炉的操作,改善加热炉的运行条件,保证每次检修的清焦质量;多采用机械清焦,降低炉管的机械损伤等多方面进行措施干预,从而大大延长了焦化加热炉的运行周期。

参考文献

[1]张伟政.延迟焦化加热炉炉管结焦原因分析及对策[J].石油炼制与加工.2010,14(10):105-106.

[2]韩靖.延迟焦化加热炉炉管结焦分析[J].中国石油和化工标准与质量.2010,18(05):129-130.

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