在線清焦技術在1.20Mt/a焦化加熱爐上的應用

鄭志斌，魏 文

（中國石油烏魯木齊石化公司，烏魯木齊830019）

中國石油烏魯木齊石化公司（簡稱烏魯木齊石化）1.20Mt/a延遲焦化裝置于2010年3月由中國石化工程建設公司（SEI）設計，2011年11月試車成功。主要由焦化、吸收穩定、脫硫脫硫醇3部分組成。裝置采用一爐兩塔工藝，設計循環比為0.3，其中加熱爐為直壁附墻燃燒雙面輻射立式爐，設計負荷為41.79MW。

在線清焦技術是在加熱爐不停爐的情況下對爐管內焦層進行清除的過程。操作時對加熱爐多管程中的某一管程切除進料并通入清焦介質，清焦介質以及清除的焦炭與其它正常運行管程的油品一同進入焦炭塔。在線清焦技術有兩種［1］：一種是恒溫法，其原理是利用高速流動的水蒸氣對焦垢層的沖刷作用及水蒸氣在高溫下與焦炭發生水煤氣反應生成一氧化碳和氫氣；另一種方法是在線清焦的核心方法——變溫法，其原理是利用金屬爐管與管內焦垢層熱膨脹系數的不同，通過快速升高及降低爐管溫度，使得焦炭層與爐管剝離。

在線清焦技術在國外已經非常成熟，并且已經列入常規操作。近幾年國內多家煉油廠嘗試過在線清焦技術，但是由于清焦效果不理想以及裝置工藝設計未包含在線清焦操作等因素，在線清焦技術未得到廣泛應用，所以經驗較少。烏魯木齊石化焦化加熱爐綜合應用兩種在線清焦方式，取得了較好的清焦效果。本文主要介紹烏魯木齊石化在線清焦技術的應用情況、積累的經驗和在線清焦效果。

1 首次在線清焦

烏魯木齊石化1.20Mt/a延遲焦化裝置于2012年5月檢修開工后，加熱爐的1號、3號管壁溫度上升較快，9月初1號爐管管壁的最高溫度已超過620℃，說明爐管已出現結焦情況，急需對1號、3號爐管進行在線清焦。

1.1 在線清焦前的準備工作

焦炭塔換塔4h后進行在線清焦的準備操作的準備工作，清焦前切除加熱爐流量聯鎖、瓦斯壓力聯鎖，引爐管吹掃蒸汽至吹掃閥前脫凈凝結水，啟動在線清焦注水泵，調節好流量備用。

1.2 在線清焦操作

在清焦準備工作完成后，對清焦爐管進行降溫、降量，當溫度和流量達到切除進料要求后，將進料控制閥上游閥快速關閉。切除進料后及時打開吹掃蒸汽吹掃爐管，并將清焦注水改入爐管內。吹掃45min后停吹掃蒸汽，開始進行變溫、變注水流量操作。清焦操作結束后將爐管介質切換回正常進料。2012年9月11日12時至23時對1號爐管進行在線清焦，恒溫吹掃30min，溫度為650℃→456℃→650℃，最高點未恒溫，在線清焦11h，升降溫3次。整個過程如表1所示。

在1號爐管清焦過程中發現爐管出現氧化剝皮現象，可能是由于最高點溫度過高所致，所以在3號爐管在線清焦時降低了最高點溫度，在線清焦貼片的最高溫度按620℃控制。2012年9月12日11時至18時對3號爐管進行在線清焦，恒溫吹掃時間45min，溫度為620℃→456℃→620℃，最高點未恒溫。在線清焦操作7h，升降溫3次。1號、3號爐管在線清焦過程中表面溫度變化趨勢見圖1。

表1 首次在線清焦程序

圖1 1號、3號爐管在線清焦過程中表面溫度變化趨勢

1.3 清焦效果

表2為首次在線清焦前后的情況對比。由表2可見，在同等操作條件下，1號爐管清焦后的表面平均溫度下降約16℃，3號爐管清焦前后爐管表面平均溫度變化很小。所以此次在線清焦未取得理想的效果。

表2 首次在線清焦前后的情況對比

2 在線清焦方案的摸索與實踐

2.1 完善后的在線清焦方案

為保證裝置安全平穩過冬，2012年12月27至2013年1月11日，先后進行了兩次有計劃的在線清焦操作。通過分析摸索清焦控制參數，在恒溫時間、溫度梯度、快速升降溫次數等方面完善了清焦方案，完善后的清焦程序見表3。

表3 完善后的加熱爐在線清焦程序

與原方案相比，完善后的在線清焦方案主要在以下幾個方面發生改變：①蒸汽吹掃爐管時間由30min延長至1h，通過蒸汽吹掃將爐管內存油、軟焦吹掃干凈；②增大高低溫溫差，高溫恒溫溫度提高到675℃，最低溫度降低到426℃，高低溫溫差由194℃增到249℃，快速降溫速率達到1 000℃/h，保證在線清焦效果；③增加高溫恒溫時間，根據焦層厚度適當增加高溫恒溫時間至1～4h，在高溫恒溫時間段將焦層中的軟焦剝離，增加焦層硬度，以便快速降溫時焦層從爐管脫離；④增加快速清焦循環次數，通過增加快速升降溫次數保證清焦效果；⑤改變投用進料的方式，在投加熱爐進料時不停清焦注水，進料穩定后停注水改注汽。在投用進料過程中爐管冷油流速低，通過注水控制冷油流速，防止在投用進料時出現爐管結焦的情況。

2.2 方案完善后的在線清焦操作

完善清焦方案后進行清焦操作，各爐管的表面溫度變化趨勢見圖2，在線清焦操作過程控制情況見表4。

2.3 方案完善后的清焦效果分析

表5為方案完善后的在線清焦前后情況對比。由于1號爐管第一根和第四根熱電偶失靈，4號爐管第二、第三、第四根熱電偶失靈，數據處理時對這幾點進行剔除。由表5可以看出：清焦前1號爐管結焦最嚴重，爐管表面溫度平均在615℃以上，分支出口溫度為455.4℃，已是焦化反應的下限溫度；2號爐管結焦較輕，2號分支出口溫度雖在490℃以上，但爐管表面溫度較高，無法保證長時間運行；在相同操作條件下，清焦后1號、2號、3號、4號爐管的表面溫度平均下降102.7，81.8，79.7，36.6 ℃，說明1號～3號爐管的結焦基本被清除干凈，清焦效果明顯，4號爐管的清焦效果較差，主要原因是表面熱電偶失靈較多，升降溫操作時指導性不強，清焦效果判斷不準確。

由以上分析可知，除4號爐管外，其它3支爐管清焦后表面溫度可降低80℃左右，接近開工時爐管的運行情況。而且燃料氣消耗量較清焦前下降了500m3/h（標準狀況），說明在線清焦可以有效清除爐管結焦，降低燃料氣消耗量，延長運行周期。

圖2 清焦時的1號～4號爐管的表面溫度變化

表4 在線清焦過程控制情況

表5 方案完善后的在線清焦前后情況對比

3 在線清焦過程中遇到的問題及對策

（1）在切除進料過程中，緩慢降溫、降量會使加熱爐總出口溫度過低，影響分餾操作。因此，降溫降量要快速進行，可熄滅對應爐膛的所有主火，在分支出口溫度低于450℃、爐管表面溫度低于500℃時快速切斷爐管進料，以減小對分餾操作的影響。

（2）給汽吹掃時，對流段爐管表面溫度會突然上升。主要原因是降低爐膛輻射室溫度對對流段溫度影響不大，而吹掃蒸汽吸熱量較少。對流段溫度最高會升至500℃左右，在提高清焦注水量后對流段爐管表面溫度會恢復正常。

（3）在蒸汽吹掃結束、提高注水量時，由于清焦爐膛熱負荷較低，大量低溫除氧水進入爐管后不能迅速汽化，導致爐管入口壓力突然下降，最低可至0.6MPa。過低的入口壓力非常危險，有可能導致高溫渣油倒流進入清焦爐管而導致清焦爐管加劇結焦、甚至堵塞［2］。此時可快速打開吹掃蒸汽，提高爐管入口壓力。為避免這種情況發生，可在停吹掃蒸汽前緩慢提高注水流量及爐膛熱負荷。

（4）快速升降溫時很難快速、準確達到目標溫度，剛開始進行在線清焦操作時，因為對升降溫趨勢不了解，可能會出現升溫時間過長、降溫溫度過低等情況，要根據裝置實際情況摸索升降溫速率，進行提前控制。

（5）快速升降溫時，由于清焦爐膛快速點火、滅火，會使整個加熱爐瓦斯壓力波動，影響其它爐管表面溫度及分支出口溫度。為了減小對其它爐膛的影響，需要在點火、滅火前對其它爐膛瓦斯流量調節閥開度等做好記錄。并嚴格控制氧含量，防止爐管氧化剝皮或瓦斯燃燒不完全。

（6）清焦、切換進料及快速升降溫過程中，分餾塔氣速增加，可適當提高分餾側線回流量，防止沖塔。須嚴格控制分餾塔塔頂油氣冷后溫度，防止造成壓縮機喘振。

（7）在清焦完成、投用加熱爐進料時，為防止因爐管局部過熱而出現結焦情況，升溫速率不宜過快。

4 影響在線清焦效果的因素分析

影響焦化加熱爐在線清焦效果的主要因素為：①升降溫溫差：在不超過爐管設計溫度的前提下溫差應盡量大。中國海油惠州分公司焦化裝置的在線清焦過程中控制加熱爐分支出口溫度最高為675℃，最低溫度為426℃，此時爐管表面溫度已非常接近爐管極限使用溫度（705℃）［3］。②恒溫時間：前期恒溫吹掃要盡可能將爐管內渣油及軟焦吹掃干凈，后期在最高點溫度恒溫時要將爐管內焦層烤干，并通過水煤氣反應將其清除。③升降溫速率：根據在線清焦的主要清焦原理，要求降溫速率控制在1 000℃/h左右。④在線清焦操作時間：要達到較好的清焦效果，一定要保證清焦時間（吹掃時間、恒溫時間以及升降溫操作次數）。⑤清焦效果的判斷：判定清焦完成的依據很重要。恒溫時瓦斯用量變化量、各爐管表面之間的溫差、爐管表面與分支出口間的溫差都可作為判定依據。⑥在線清焦的具體操作手段：根據爐管結焦厚度和結焦軟硬情況，合理安排幾種清焦手段，以達到最好的清焦效果。

5 結束語

在線清焦技術的成功應用不僅有效延長了加熱爐運行時間，為全裝置達到“三年一修”提供了有力保障，而且將會改變延遲焦化裝置的運行理念，提高加熱爐運行苛刻度，降低焦炭中揮發分含量，使裝置效益最大化。隨著國內延遲焦化新技術的不斷推廣，在線清焦技術將會得到更廣泛的應用。

［1］魏學軍，李出和，胡剛.焦化加熱爐在線清焦的設計與實踐［J］.石油化工設備技術，2008，29（2）：33－35

［2］龔朝兵.焦化加熱爐爐管在線清焦的實踐與思考［J］.化工機械，2010（4）：514－518

［3］劉超.在線清焦技術在中海油惠州煉油廠4.2Mt/a延遲焦化裝置的應用與分析［J］.廣東化工，2009，36（10）：178－181