延迟焦化装置炉管结焦分析及改进措施

刘晓宇

摘要：因为延迟焦化装置属于高温、高硫化氢、高风险的装置。通过隐患的分析和排查，提出解决对策。对装置生产由较强的指导作用。本文主要分析延迟焦化装置炉管结焦分析及改进措施

关键词：延迟焦化;安全隐患;对策

引言

随着原油资源的劣质化，加工高含硫、高金属劣质油已成为炼厂的常态。由于焦化装置工艺的灵活性，其已成为炼油工业加工渣油的重要工艺。延迟焦化装置的安全生产成为重中之重。

1、延迟焦化装置安全隐患

1.1人的因素

人的误操作，延迟焦化装置由于周期性生产，每天操作工面临开关许多阀门。由于操作较频繁很容易出现误操作。误操作导致的阀门开关错误，会导致物料的流出，造成火灾等事故。其次由于延迟焦化装置24小时生产，操作工面临着上夜班，由于人的生物特性会导致上夜班时人员精神不好，也极易导致误操作。技术水平，人员由于学习能力，工作经验不同，导致技术水平不一样。对待突发情况的处理水平也不一样，造成的后果也不同。人的技术水平不够，不能及时处理突发事故。人的情绪波动，由于延迟焦化装置操作属于高风险作业，导致操做人员压力较大。夜班工作导致人员精神状态不好，长期处于疲惫状态。情绪会不稳定。

1.2设备因素

机泵，机泵作为焦化装置的动力，担负着运送物料的作用。由于其运行环境较恶劣，操作条件变化较大，会导致机泵密封损坏发生泄漏。机泵运行时间过长保养不到位，会导致一些配件损坏，发生机泵振动，温度超指标。腐蚀，延迟焦化装置内平台，包括各塔器、罐、空冷等平台。由于平台有些地方存水，导致平台腐蚀较严重。平台腐蚀由于较隐蔽发现困难，另外由于平台腐蚀是一个缓慢的过程，通常不能引起足够重视。设备的腐蚀，各管线、塔器由于腐蚀都会发生减薄。

1.3职业危害

延迟焦化装置高噪声，焦炭粉尘，各种油品。接触时间较长会导致听力下降、导致肺部疾病。各种油品通过呼吸、皮肤等接触吸收会对身体造成不同程度的伤害。硫化氢等恶臭气体也会对人身体造成伤害，在生产操作中会发生物体打击、坠落等不确定因素导致的身体伤害。

2、焦化炉关键技术进展

2.1加热炉管壁热电偶失灵，导致部分火焰无法及时调整

此次清焦过程中对其全部检查列出明细及失灵原因，联系专业焊工提前备料，在下次清焦期间逐个修复；加强加热炉火嘴燃烧情况的检查，发现燃烧不好的及时调节。

2.2提前对密闭除焦系统各项设备进行维护检修

减少除焦系统设备故障，避免突然出现意外，导致时间推迟。另外焦炭塔预热前期放缓预热速度，换塔前减缓环阀开启速度，减少分馏塔底温度的波动。

2.3炉管结焦机理

重质油分子在高温下发生裂解和缩合反应。焦化炉炉管上所沉积焦炭来自于重油中胶质和沥青质的缩合反应，由苯不溶物到喹啉不溶物，进而缩聚成焦。由于向炉管内注汽及炉管内重油裂解产物的汽化，焦化炉管内为汽液两相流动。炉管结焦速率等于焦炭生成速率与脱落速率之差。减少炉管结焦包括降低结焦母体生成速率和提高结焦母体脱落速率。结焦母体生成速率与油品的性质以及油膜温度有关。炉管局部结焦是非正常的结焦方式，往往是由于炉管内部粗糙或者火焰舔管，造成局部热强度过高，使局部位置内膜油温过高，油品在管内反应剧烈造成。因此，减少局部结焦、降低焦炭生成速率要控制炉管内油膜温度[7]。结焦母体脱落速率与结焦前体物的浓度有关，炉管内介质裂解深度较低时，重油反应过程产生的自由基被重油胶质所“笼蔽”，阻碍了自由基之间的进一步叠合，重油中结焦母体产率为零；只有当裂解深度增加一定值后，重油胶质的“笼蔽”效应才被破坏，自由基之间的叠合就无障碍，结焦母体随裂解深度增加激增，“笼蔽”效应被破坏对应的裂解转化深度称为最大可裂化度。根据炉管结焦机理，只要将关键炉管出口实际裂解转化深度控制在介质的最大可裂化度之内，即能保证操作安全。

2.4原料反应特性表征

焦化原料复杂多样，原料性质变化时难以判断装置是否为原料裂解提供了足够热量同时控制炉管的结焦。而焦化原料本身特性如胶质、沥青质、残炭及特征参数等在热反应过程中渣油各组成之间可相互转化，并不能反映焦化缩合和裂解的反应特性。国内中国石油大学（华东）系统地建立了焦化原料反应特性的表征方法，包括结焦倾向表征、裂解难易程度表征及条件产品分布表征。（1）结焦倾向表征用不同油样在相同反应条件下得到的结焦因子作为评价油样结焦倾向的方法。国内主要原油的减压渣油结焦因子如图2所示。塔河减渣、济南减渣、乌拉尔减渣、青岛炼化减渣、委内瑞拉减渣的结焦因子都在8%以上，属于结焦倾向大的原料。（2）裂解难易程度表征通过不同焦化原料由相同的初始状态进行焦化反应到相同的终了状态，根据不同原料焦化反应所需热量大小来表征其裂解难易程度。同时，用反应前后小于等于540℃馏分增量及气体产率之和表征裂解深度；用反应后甲苯不溶物产率表征缩合深度；控制不同的反应条件，得到油样裂解-缩合曲线，可得到油样的最大可裂化度，实际焦化炉操作应控制管内反应不超过最大可裂化度。（3）条件产品分布不同油样的产品分布是衡量原料裂解性能的重要参数，影响焦化装置产品分布的因素有原料物性、操作条件和装置因素。静态实验引入参考装置和参考油样的概念，待测油样与其他参考油样在微反装置上采用相同反应历程，获得若干不同反应条件下的实验室产品分布，结合参考油样实验室条件产品分布与参考装置产品分布的差异，预测待测油样在工业装置上的产品分布，实验室对气体、液体和焦炭收率的预测与装置相比，绝对误差在2%以内。

2.5过程模拟技术

焦化炉传统工艺校核方法主要控制冷油流速和炉管表面平均热强度两项，但这种方法着眼于控制炉管内传热，未考虑炉管结焦，并不能体现炉管结焦速率与结构、操作及物性之间的相互关系。国外焦化炉工艺校核方法主要控制介质油品在管内426℃以上的真实停留时间≤40s，焦化炉出口裂解转化率不超过10%。上述指标的控制是为了确保边界底层中结焦前体物向流动主体的扩散，但该方法停留时间控制来自理论，渣油在管内转化率控制上限来自经验，且未有直接描述原料结焦倾向的参数。国内基于结焦机理，通过过程模拟，开发了提高装置轻收和控制结焦的新的工艺校核方法，控制参数包括管内流型、反应深度及结焦倾向，具体指标为管内两相流流型为喷雾流、焦化炉实际裂解深度≤油品最大可裂化度、最高油膜温度≤530～550℃。焦化炉过程模拟将焦化炉结构参数与工艺参数相关联。焦化炉过程模拟包括管内重油热反应、平衡汽化及两相流动过程的模拟，管外燃烧、流动及传热的模拟，利用耦合迭代技术完成管内外模型的连接，得到管内外整个工艺过程的模拟。管外模拟可以计算不同燃烧条件、炉管排布与炉型结构条件下的管外热强度分布。管内模拟可得到管内两相流流型、停留时间、实际裂解深度、最高油膜温度等关键工艺参数。

结束语

装置进料量的大幅度调整、分馏塔底温度波动加剧，造成加热炉负荷大幅变化，对炉管结焦运行产生负面影响。加热炉管壁热偶失灵，无法及时对加热炉进行调整，加快了加热炉炉管局部结焦的趋势。

参考文献：

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