減壓塔進料加熱爐結焦分析及優化操作

霍國鵬

摘 要：本文介紹了減壓塔進料加熱爐長周期運行中出現的結焦問題，加熱爐爐管結焦原因分析，并提出相應的優化操作措施，緩解結焦、延長加熱爐運行周期，保證煤直接液化裝置的長周期穩定運行。

關鍵詞：煤液化裝置 加熱爐爐管 結焦 清焦

中圖分類號：TQ529文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2019）04-0-02

引言

煤液化裝置減壓塔進料加熱爐延緩結焦，延長加熱爐的運行周期，是提高油收率的關鍵，為保證煤直接液化裝置的長周期穩定運行，很有必要對減壓塔進料加熱爐進行結焦分析及優化操作[1]。

一、煤直接液化減壓加熱爐介紹

神華煤直接液化采用神華和煤炭科學研究總院聯合開發的列入國家“863”計劃的納米級催化劑，在供氫溶劑的作用下，通過高溫、高壓提質反應，生產出石腦油、柴油和液化氣等產品。煤液化裝置減壓塔進料爐為方箱型加熱爐，是分餾工段非常重要的設備，加熱爐由兩個爐膛組成，設置四管程，爐管為水平螺旋環形布置，介質采用上進下出形式，由對流室入爐，進入輻射室，由于加熱爐盤管中介質為固、液兩相，在較高流速下，介質中固相會對盤管沖蝕的特別嚴重，尤其在轉彎處，所以該加熱爐采用了長圓式螺旋管箱式加熱爐，為防止沖蝕大半徑彎管，爐管材質選用TP347H，腐蝕余量為6mm，雙面輻射，46型底燒瓦斯燃燒器，在輻射室管架內側沿周圍均勻布置4個RC-2HO，92型底燒瓦斯燃燒器，每個燃燒器都配有長明燈，在爐管上共設有12個管壁熱電偶，檢測管壁溫度。

二、減壓塔進料加熱爐存在的問題

加熱爐將物料為固含量17%左右、溫度達到370℃的常壓塔底油煤漿通過P307泵輸送到減壓塔進料加熱爐加熱，加熱爐出口溫度達到415℃后送入減壓塔，加熱爐在運行一段時間后，由于加熱介質的特殊性，在爐管內出現結焦現象，嚴重影響油收率及經濟效益，所以，必須將加熱爐單獨隔離進行清焦處理。經過多次傳統的燒焦方式證明，很難徹底解決結焦在爐管上的焦塊，目前采用機械清焦方式來處理。

三、結焦的原因

進入減壓爐爐管內的物料為氣液固三項物料，加熱物料的特殊性，造成含固物料在爐管內結焦堵塞，經過分析總結得出造成減壓塔爐管結焦的主要原因為：

第一，含固物料粘度大，物料在經過爐管時阻力加大、停留時間延長，組分在爐管內分層，輕組分流速快，重組分流速慢，造成重組分在爐管下部沉積，隨著時間的延長，沉積的重組分由于受熱不均，沉積部位局部高溫，造成爐管結焦，在裝置進料低負荷時，爐管結焦的速度明顯加快，減壓塔進料加熱爐入口流量在低負荷時，每根爐管的進料量只有50t/h左右，很容易造成偏流，由于流經該爐管的介質為反應后的熟煤漿，粘度大，流速緩慢，在高溫局部過熱環境下，爐管很快結焦，且結焦后是不可逆的，只能停爐采用機械清焦的方式處理，為避免爐管局部結焦不得不降低減底進料溫度[2]。

第二，高含固物料進入減壓塔進料加熱爐后，爐管壓差變大，爐管內高含固物料中輕組分出現汽化現象，輕組分被快速閃蒸出來，這樣，汽化后產生的介質汽液固三相分離，氣體流速快而傳熱系數小，傳熱速度慢，由于汽液固三相流速不同，爐管內分層現象明顯，高含固物料在局部過熱時，出現沉積和結焦。

第三，在裝置運行期間，為保證減壓塔底溫度，更多的拔出液相組分，燃料氣進入爐膛的手閥開度較大，如果火苗不齊，且有些火苗直撲爐管，在監控不到位，沒有及時調整，長時間運行情況下很容易造成爐管溫度局部過熱，進而造成爐管結焦。

第四，在高含固物料進入加熱爐時，有一部分相對較輕的組分發生高溫裂解反應，以及高溫脫氫縮合反應，也是加劇減壓塔進料加熱爐爐管結焦的重要因素。

四、結焦對策

第一，減壓塔進料加熱爐兩個爐膛，共4根爐管，單根爐管長度470米，出入口管徑為124mm，爐管內徑為146mm，在清焦時只能用直徑為124mm的清焦球進行，清焦球在爐管中形成一定間隙，不能直接與爐管充分接觸，使得結焦在爐管上的焦塊不能徹底剝離。改變爐管與出入口法蘭結構形式，使爐管與出入口管徑相同，方便機械清焦處理，對保證煤漿進料加熱爐的長周期穩定運行很有必要。根據多次機械清焦的經驗，將減壓塔進料加熱爐中間爐管彎頭外移至加熱爐外，設置連接爐管與彎頭的法蘭，爐管彎頭在需要清焦的情況下，可以在爐膛外將彎頭拆下，利于分段機械清焦，從而提高清焦效率。

第二，保持減壓塔進料加熱爐入口最大流量，當系統出現波動時，優先考慮加熱爐的操作，保證常壓塔底液位正常，常壓塔底泵穩定運行，當出現反應系統至分餾系統斷料時，將常壓塔側線油外送關閉，側線油返回塔底或利用沖洗油補充塔底液位，保證常底泵的流量壓力恒定，也可將減壓塔減三油相至加熱爐閥門開大，從而保證加熱爐入口流量。

第三，操作工在操作時，注意各參數的變化，加強監控，保證減壓塔進料熱爐出口壓力，控制爐管內物料保持一定的流速，避免加熱爐入口流量過小或斷料現象，爐管溫度出現局部高點時，及時聯系操作工現場調小相對應的燃料氣手閥。

第四，系統大幅波動，在人為不可控制的情況下，通過減壓塔進料加熱爐跨線直接將加熱爐切除，燃料氣閥門關至最小，常壓塔底物料直接進減壓塔，并用加熱爐入口低壓緊急沖洗油沖洗爐管，可以有效的防止爐管結焦的發生。

第五，常壓塔進行降壓操作，操作壓力由原來的0.8MPa左右降至0.16MPa左右，盡可能多的拔出常底物料中的輕組分，增加常底物料的固含量，減少輕組分在減壓塔進料加熱爐爐管內汽化引起的爐管結焦，常壓塔改造后常頂壓力下降0.64MPa左右，常壓塔的側線外送量明顯增加，有效減少進入加熱爐的輕組分，爐管結焦速度明顯減緩。

第六，減壓塔進料加熱爐設置可以單爐膛切除進行清焦流程，爐管結焦嚴重時，系統降低生產負荷，單爐膛運行，對結焦爐膛進行單系列清焦工作。單爐膛運行時，單爐膛熱負荷雖然增大，但是，完全可以保證爐出口溫度，減底溫度沒有大的波動，減底油渣性質影響不大;其次，在系統負荷80～90%時可以滿足常底液位控制，減壓爐單爐膛運行時爐管流速是雙爐膛運行時的1.5倍左右，高流速可以有效降低爐管結焦趨勢，所以減壓爐可以采取一個爐膛運行，一個爐膛備用的方案，進行切換運行在線清焦，有效延長加熱爐整體運行周期[3]。