改進工藝減緩延遲焦化爐管快速結焦

武生祥

摘 要：爐管結焦導致延遲焦化加熱爐效率嚴重下降，并且縮短裝置運轉周期，減緩爐管結焦成為裝置發展的必然趨勢。通過對某煉化延遲焦化加熱爐爐管結焦原因分析，總結出原料性質、爐出口溫度、原料中金屬含量、渣油在爐管中停留時間以及加熱爐注水溫度和注水量是延遲焦化裝置爐管結焦的主要原因。所以在日常操作中應該改善原料性質，適當加大爐管注水量，保證輻射爐管內冷油流速，控制好爐管壁溫度，提高注水溫度（防止對流段結軟焦），同時要對原料中金屬含量進行監控分析，通過改進操作減緩加熱爐爐管結焦。

關鍵詞：監控分析;改進工藝;減緩爐管結焦

截止2019年底，我國原油一次加工能力達6.5億噸/年。隨著原油變重變劣、輕質油品需求量上升，重油深度加工任務日益繁重，加工重質油特別是重質渣油已成為煉油行業亟待解決的問題。延遲焦化這套使得劣質變優質、投資成本小的工藝備受青睞。截止目前國內共有延遲焦化裝置90多套，總加工量超過1.1億噸。但延遲焦化裝置的高溫熱裂解，導致關鍵設備加熱爐爐管結焦成為一個必然發生的現象，嚴重影響裝置長周期運行。分析焦化加熱爐爐管結焦的機理及影響因素，并提出了預防及減緩措施是提高工作以及生產效率的關鍵所在。

1 延遲焦化加熱爐爐管結焦機理分析

影響延遲焦化過程的主要工藝參數是循環比、反應溫度以及焦炭塔操作壓力。爐管結焦是由于油品在爐管中裂解（一次反應）后又縮合或聚合（二次反應）而形成高分子焦炭的反應。爐管結焦是焦粒生成、長大、向爐管內壁沉積的過程。瀝青質沉積在爐管內壁上，受熱后進一步縮合脫氫，最終導致加熱爐管結焦。焦粒的生成和長大與油品的性質、溫度有關，而焦粒的沉積還與油品的流速、含鹽量等有關。焦粒在爐管內壁的沉積速度，實際上就反映了爐管內的結焦程度。

2 問題分析

正常生產時，常減壓會產生大量的渣油，現在對渣油的一般加工是催化裂化、延遲焦化，然而隨著加工的油品變重不利于催化裂化，所以延遲焦化的優勢非常明顯。但延遲焦化裝置的高溫熱裂解，導致關鍵設備加熱爐爐管結焦成為一個必然發生的現象，嚴重影響裝置長周期運行。而裝置的頻繁停工或兩臺以上加熱爐單爐運行進行的機械清焦，都會造成巨大的經濟損失，可見優化操作減緩加熱爐結焦對提高整個裝置的處理量，降低能耗都有很大的空間。

2.1 影響因素及排除

原料性質、爐出口溫度、原料中金屬含量、渣油在爐管中停留時間、加熱爐注水溫度、注水量、以及管線堵塞造成的偏流等等都會造成爐管結焦。另外如儀表的故障也會造成爐管結焦。

多項定性分析，處理量在設計值范圍內，并且保持不變;原料性質保持不變;爐出口溫度在設計值范圍內，并且保持不變;原料性質不變;渣油在爐管中的停留時間在合理范圍內，并且保持不變;加熱爐注水溫度、注水量在合理范圍內，并且保持不變。操作造成的管線結焦可以排除。

2014年大檢修期間，對進出口管網所涉及到管線及過濾網詳細地檢查及清掃，對燃料氣管線詳細地檢查及清掃，運行期間精心操作未出現事故，所以不可能出現堵塞情況，管網因素可排除。

2.2 原油金屬含量

本煉油公司加工原油品種較雜，來源地有：蓬萊、達里亞、榮卡多、文森特、梵高、培恩斯、流花、曹妃甸等。

自2011年11月9日延遲焦化裝置開工到2012年1月28日，加熱爐輻射管壁溫度變化趨勢見圖1。

由圖可知，12月2日至12月8日爐管溫度自560℃升至577℃（升高17℃）;12月16日至12月26日爐管溫度自570℃升至603℃（升高33℃）。這兩個階段屬于加熱爐爐管結焦快速期，在這段時間常減壓裝置加工原油品種較多而且組成配比變化較大，在輻射量變化的每一個階段各種原油都有出現，且配比變化也比較多，見表1。

由圖1和表1可以看出，在加熱爐爐管結焦快速期期間，常減壓裝置加工蓬萊原油和曹妃甸原油的比例分別都有大的變化，由表1可以看出，蓬萊原油和曹妃甸原油的金屬含量明顯高于其他原油，通過分析也證明原料中的Fe、Ni、V、Na、Ca、Mg含量明顯偏高，金屬含量高就容易形成鹽，鹽具有很強的吸附性能，極易吸附瀝青質和膠質分子，形成更多的結焦母體，起著結焦催化劑的作用。也就是說原料中金屬雜質的變化對于爐管的結焦起著很大的作用，說明管壁溫度上升較快階段與原料性質組成變化很大呈正相關。

2.3 爐管結焦原因及危害

油品在爐管里經過裂解、縮合最終形成焦炭，爐管內部形成的焦粒不斷的聚合、長大在爐管內表面形成厚厚的焦層，通過檢測發現結焦速度與焦層厚度成正增長關系，也就是說爐管里一旦形成焦層，結焦的速度會越來越快。另一方面渣油含鹽量過高也是加速爐管結焦的誘因，由于鹽類在高溫下與金屬的吸附性變的更強，高溫爐管吸附渣油中的鹽組分，形成鹽垢，鹽垢形成了爐管局部過熱，加劇結焦。

隨著焦層厚度的增加，爐子的效率降低，燃料氣消耗量變大，爐子的壽命變短，嚴重情況可能燒穿爐管，發生事故。因此通過優化操作，達到減緩加熱爐結焦速度，使得裝置能夠長周期運行意義重大。

2.4 金屬含量試驗

根據圖1和表1分析，初步確認導致爐管快速結焦的原因是原料中金屬含量過高。為了確定就是因為原料中金屬含量過高導致的爐管快速結焦，進行了加工原油組成的調節。具體操作是2014年開工時選擇了金屬含量較低的文森特和榮卡多原油。并對開工后六個的爐管溫度進行了記錄。

通過對檢修后爐管6個月的溫度檢測，在原料性質、處理量、操作參數不變的情況下，整體溫度較開工初期的平均562℃上升至596℃，整體上升34℃。遠比2011年兩個月爐管溫度上升四十多℃低很多。

3 工藝改造

確定了原料中金屬含量過高導致鹽含量過高，從而使得爐管快速結焦。2018年在A爐進行機械清焦期間采取了在對流入口加防鹽劑，減少原料中鹽含量從而達到減緩爐管結焦，見表2。

由表2可以看出，通過對A爐的改造，機械清焦后爐管6個月的溫度，在原料性質、處理量、操作參數不變的情況下，整體溫度較清焦初期的平均565℃上升至585℃，整體上升20℃，較之前有很大的改進。在驗證的基礎上，后期對B爐在機械清焦期間進行了同樣的改進，同樣達到了很好的效果。

4 結論

延遲焦化加熱爐爐管結焦影響因素很多，通過分析上述問題產生的原因，綜合分析對于易結焦的渣油原料，應該對原料性質進行監控分析，優化上游電脫鹽操作提高電脫鹽效果，在上游電脫鹽效果變差的情況下，及時的調整防鹽劑的量，通過加注防鹽劑控制原料中的鹽含量，從而達到優化原料，減緩爐管結焦的作用。其次在操作中宜采用較大循環比來提高芳烴與瀝青質的比例，及時調整各分支流量等措施以減緩加熱爐爐管結焦。

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