加氫裝置反應進料爐出口兩路溫差大分析總結及問題探討

＊孫立琪

（中海石油舟山石化有限公司 浙江 316000）

1.前言

中海石油舟山石化有限公司170萬噸/年餾分油加氫裝置以重油裂解裝置的重餾分油為改質原料，裂解石腦油和粗工業燃料油為精制原料油，改質原料油在經過高壓換熱器（E2103、E2101）換熱升溫后，進入原料油加熱爐（F2101）加熱，加熱爐爐管分A、B兩路，爐出口兩路匯和后，原料進入預加氫精制反應器（R2103），進行預精制脫氮。

加熱爐出口兩路溫差。加氫裝置在2022年6月大檢修后開工以來，F2101出口兩路溫差波動頻繁，最大溫差達到14℃。

圖1 2022年9月8日至10月8日原料油加熱爐出口兩路的溫差趨勢圖

2.加熱爐出口兩路溫差大原因分析

對于加熱爐而言，爐出口A、B兩路出現較大溫差的主要原因可以分為兩種：（1）兩路爐管內介質發生偏流導致吸熱量不一致；（2）爐膛兩側發生偏燒導致兩側熱輻射程度不一致。

(1)爐管偏流

加熱爐爐管偏流主要有以下幾個原因：

①低負荷運行期間，兩路爐管進料量無法平均分配。

②爐管內存在一定程度的結垢。換熱器在運行期間，殼層內的原料油因換熱升溫后所含的不飽和烴發生縮合反應形成膠質積碳結焦，以及上游帶來的固體機械雜質，被流體帶入到加熱爐，不能均勻分布在爐管，造成兩路爐管發生偏流。

③本裝置是屬于爐前混氫工藝流程，在不同的條件下，氣液兩相的流動流型不一樣，主要流型包括氣泡流、液節流、環狀流等。氣液分布不均，流動流型變換，流體內相對的運動摩擦也不同，造成爐管偏流。

根據裝置在6月開工以來，各加工負荷下，加熱爐進出口壓降無明顯增大，不考慮加熱爐爐管偏流為主要原因。加熱爐進出口壓降趨勢圖如圖2所示。

圖2 原料油加熱爐2022年9月至10月爐管差壓趨勢圖

(2)爐膛偏燒

加熱爐燃燒狀態影響著加熱爐的能耗，加熱爐燒偏會造成部分火嘴氧含量過剩，部分火嘴因氧含量低燃燒不充分產生CO，甚至同時造成爐膛氧含量及煙氣中CO含量升高，這樣既降低加熱爐熱效率，又增加了CO排放量。加熱爐偏燒，說明加熱爐爐膛熱負荷不均勻，熱負荷大的部位爐管易結焦，勢必影響加熱爐的長周期運行[1]。

根據圖3，從趨勢中可以得出本裝置原料油加熱爐出口兩路溫差波動頻繁且差值較大，主要原因就是加熱爐爐膛南北兩側偏燒。

圖3 原料油加熱爐出口兩路溫差與爐膛南北兩側溫差對比

造成爐膛偏燒有許多因素，本裝置較為直觀的有：加熱爐火嘴火焰燒偏、儲運來尾氣的影響和加熱爐燃燒器故障。

①加熱爐火嘴火焰燒偏

火嘴火焰大小不均的原因有：

A.各火嘴燃料氣分配不一，導致南北兩側火嘴火焰燒偏，爐膛溫差變大。

根據對現場進行火嘴火焰調整，9#火嘴對爐膛偏差最為敏感，現場看火窗觀察9#火嘴火焰過高，且尾部火焰飄散，但是根據火嘴分布圖（圖4）以及燃料氣引出點，末端火焰應該最小。

圖4 加熱爐火嘴分布圖

分析原因，現場各火嘴手閥均有卡量，導致調節閥后燃料氣壓力高，無法分配均勻，9#火嘴燃料氣管線背壓高，燃料氣氣速高，卡手閥控制各火嘴燃料氣的量，對加熱爐燃燒影響太大。從圖5看，2022年9月30日3點至6點，根據加熱爐所需的出口溫度調節燃料氣壓力，爐膛南北兩側發生多次波動。

圖5 提高加熱爐燃料氣量后，導致的爐膛偏燒

B.燃料氣管網壓力低，球罐補高瓦，燃料氣組分變化。

本裝置燃料氣總管壓力控制點為0.46MPa，管網發生波動后，控制手段為球罐液化氣氣化補足管網壓力，致使燃料氣組分突然變重，根據組分燃燒難易情況，重組分基本在末端幾個火嘴燃燒，從而導致爐膛北側熱負荷高，火嘴火焰普遍較長，導致爐膛南北兩側溫差大。圖6中燃料氣管網壓力下降后，補入球罐液化氣，引起了爐膛南北兩側溫差變大。

圖6 球罐補高瓦后，爐膛南北兩側溫差變大

C.配風量不均，爐膛過剩空氣系數高或低。

根據各火嘴配風引出點，因1#～8#，17#～24#火嘴為單側輻射，不做參考，所以畫出9#至16#火嘴配風點（圖7），可以發現南側離鼓風機出口近，鼓風量更高，符合本裝置在加熱爐在正常運行時，爐膛南側氧含量比北側高。

圖7 9#至16#火嘴配風引出點

從現場加熱爐北側火嘴燃燒狀況，火焰狀態不穩定、飄散，甚至舔爐管，主要是配風量不足，穩定火焰狀態的過剩空氣系數不夠。在燃料氣壓力過高或者組分過重的情況下，燃料氣燃燒不充分，可能會發生火焰尾部再燃，導致爐膛負壓大幅波動。

南側因過剩空氣系數過大，由于燃燒反應過快使得火焰高度較低，同時入爐空氣多，爐膛溫度下降，傳熱不好，煙氣帶走熱量多。

②儲運尾氣的影響

從圖7可以看到，儲運來尾氣是并入鼓風機入口，與空氣一起進入火嘴燃燒器風道。尾氣中含有大量可燃氣，導致爐膛溫差變大。2022年10月5日18:34，儲運來尾氣閥門開至90后，大量尾氣進去爐膛燃燒，加熱爐爐膛南北兩側溫差最高達到100℃左右（圖8）。

圖8 儲運尾氣補入后，爐膛溫度曲線圖

③燃燒器故障

A.燃料氣帶液，火嘴堵塞，火焰跑偏。B.停工期間，發現燃燒器風道中累積了大量焦炭塊狀固體，導致風道堵塞，配風量大量下降。

因火嘴與風道均在2022年6月停工檢修期間進行清理，并且進入爐膛檢查燃燒器完好，所以燃燒器故障不做主要原因進行分析。

3.消除爐膛溫差的主要方法

近期，原料油加熱爐出口兩路溫差波動頻繁，分析過后，主要原因是火嘴燒偏及儲運尾氣大幅度補入造成的爐膛偏燒。進行了多種調整方式，后期幾月成果較為可觀，趨勢平穩（圖9）。

圖9 調整后成果

現場和DCS調整手段：

（1）當燃料氣壓力波動，組分波動時，及時根據加熱爐出口溫度及爐膛溫度，調整燃料氣的壓力，可以緩解爐膛溫差的上升。

（2）如碰到DCS調整無法緩解溫差的波動，觀察火焰燃燒情況，現場調整9#火嘴燃料氣手閥開度，DCS上溫差會迅速得到斧正。

（3）根據現場各火嘴燃燒情況，調整現場風門開度，使得各火嘴燃燒充分，保證燃料氣在燃燒前與空氣充分得到混合，不發生脫火、火嘴抽滅的異常情況。

（4）DCS及時調整A、B路風道閥門，使各路火嘴配風量均勻，爐膛內氧含量在正常區間內，能夠有效控制好火焰的燃燒形態，保證火焰不會過長或過短，不會無力、無規則飄動，不發生火焰舔爐管的情況。

（5）爐膛溫度波動時，應該及時觀察儲運送尾氣情況，調整加熱爐燃料氣壓力，發現過晚，會導致爐膛溫差惡化。

（6）加強對燃料氣分液罐的脫液，定期清理燃燒器火嘴及風道，防止焦炭積累，導致火嘴燒偏、火嘴抽滅。

4.結論

（1）加熱爐正常運行情況，各火嘴手閥不卡量，通過調整燃料氣調節閥調整爐膛熱負荷。現階段卡加熱爐各火嘴手閥，來調整火焰的大小、穩定，不是長久之計，在往后的調整過程中還是需要慢慢、分多次對火嘴手閥進開大，通過燃料氣調節閥進行調節，如發生閥后燃料氣壓力過低，可以熄滅幾個火嘴進行調整，節約燃料氣的用量。

（2）和風道有兩路一樣，把燃料氣入加熱爐也分為A、B兩路來調整，消除燃料氣分配不均的情況。因為反應進料爐24個火嘴燃料氣均在一根主管上引出，不用手閥調整各火嘴燃料氣用量，可能會由于燃料氣分配不均造成火焰燃燒不均一，所以還是考慮24個火嘴燃料氣也用2根主管進行分配，分為A、B兩路用兩個調節閥進行調整。