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减压塔进料加热炉结焦分析及优化操作
作者：霍国鹏
来源：《中文信息》2019年第04期
摘 要：本文介绍了减压塔进料加热炉长周期运行中出现的结焦问题，加热炉炉管结焦原因分析，并提出相应的优化操作措施，缓解结焦、延长加热炉运行周期，保证煤直接液化装置的长周期稳定运行。
关键词：煤液化装置 加热炉炉管 结焦 清焦
中图分类号：TQ529 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2019）04-0-02 引言
煤液化装置减压塔进料加热炉延缓结焦，延长加热炉的运行周期，是提高油收率的关键，为保证煤直接液化装置的长周期稳定运行，很有必要对减压塔进料加热炉进行结焦分析及优化操作[1]。
一、煤直接液化减压加热炉介绍
神华煤直接液化采用神华和煤炭科学研究总院联合开发的列入国家“863”计划的纳米级催化剂，在供氢溶剂的作用下，通过高温、高压提质反应，生产出石脑油、柴油和液化气等产品。煤液化装置减压塔进料炉为方箱型加热炉，是分馏工段非常重要的设备，加热炉由两个炉膛组成，设置四管程，炉管为水平螺旋环形布置，介质采用上进下出形式，由对流室入炉，进入辐射室，由于加热炉盘管中介质为固、液两相，在较高流速下，介质中固相会对盘管冲蚀的特别严重，尤其在转弯处，所以该加热炉采用了长圆式螺旋管箱式加热炉，为防止冲蚀大半径弯管，炉管材质选用TP347H，腐蚀余量为6mm，双面辐射，46型底烧瓦斯燃烧器，在辐射室管架内侧沿周围均匀布置4个RC-2HO，92型底烧瓦斯燃烧器，每个燃烧器都配有长明灯，在炉管上共设有12个管壁热电偶，检测管壁温度。 二、减压塔进料加热炉存在的问题
加热炉将物料为固含量17%左右、温度达到370℃的常压塔底油煤浆通过P307泵输送到减压塔进料加热炉加热，加热炉出口温度达到415℃后送入减压塔，加热炉在运行一段时间后，由于加热介质的特殊性，在炉管内出现结焦现象，严重影响油收率及经济效益，所以，必须将加热炉单独隔离进行清焦处理。经过多次传统的烧焦方式证明，很难彻底解决结焦在炉管上的焦块，目前采用机械清焦方式来处理。 三、结焦的原因
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进入减压炉炉管内的物料为气液固三项物料，加热物料的特殊性，造成含固物料在炉管内结焦堵塞，经过分析总结得出造成减压塔炉管结焦的主要原因为：
第一，含固物料粘度大，物料在经过炉管时阻力加大、停留时间延长，组分在炉管内分层，轻组分流速快，重组分流速慢，造成重组分在炉管下部沉积，随着时间的延长，沉积的重组分由于受热不均，沉積部位局部高温，造成炉管结焦，在装置进料低负荷时，炉管结焦的速度明显加快，减压塔进料加热炉入口流量在低负荷时，每根炉管的进料量只有50t/h左右，很容易造成偏流，由于流经该炉管的介质为反应后的熟煤浆，粘度大，流速缓慢，在高温局部过热环境下，炉管很快结焦，且结焦后是不可逆的，只能停炉采用机械清焦的方式处理，为避免炉管局部结焦不得不降低减底进料温度[2]。
第二，高含固物料进入减压塔进料加热炉后，炉管压差变大，炉管内高含固物料中轻组分出现汽化现象，轻组分被快速闪蒸出来，这样，汽化后产生的介质汽液固三相分离，气体流速快而传热系数小，传热速度慢，由于汽液固三相流速不同，炉管内分层现象明显，高含固物料在局部过热时，出现沉积和结焦。
第三，在装置运行期间，为保证减压塔底温度，更多的拔出液相组分，燃料气进入炉膛的手阀开度较大，如果火苗不齐，且有些火苗直扑炉管，在监控不到位，没有及时调整，长时间运行情况下很容易造成炉管温度局部过热，进而造成炉管结焦。
第四，在高含固物料进入加热炉时，有一部分相对较轻的组分发生高温裂解反应，以及高温脱氢缩合反应，也是加剧减压塔进料加热炉炉管结焦的重要因素。 四、结焦对策
第一，减压塔进料加热炉两个炉膛，共4根炉管，单根炉管长度470米，出入口管径为124mm，炉管内径为146mm，在清焦时只能用直径为124mm的清焦球进行，清焦球在炉管中形成一定间隙，不能直接与炉管充分接触，使得结焦在炉管上的焦块不能彻底剥离。改变炉管与出入口法兰结构形式，使炉管与出入口管径相同，方便机械清焦处理，对保证煤浆进料加热炉的长周期稳定运行很有必要。根据多次机械清焦的经验，将减压塔进料加热炉中间炉管弯头外移至加热炉外，设置连接炉管与弯头的法兰，炉管弯头在需要清焦的情况下，可以在炉膛外将弯头拆下，利于分段机械清焦，从而提高清焦效率。
第二，保持减压塔进料加热炉入口最大流量，当系统出现波动时，优先考虑加热炉的操作，保证常压塔底液位正常，常压塔底泵稳定运行，当出现反应系统至分馏系统断料时，将常压塔侧线油外送关闭，侧线油返回塔底或利用冲洗油补充塔底液位，保证常底泵的流量压力恒定，也可将减压塔减三油相至加热炉阀门开大，从而保证加热炉入口流量。
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第三，操作工在操作时，注意各参数的变化，加强监控，保证减压塔进料热炉出口压力，控制炉管内物料保持一定的流速，避免加热炉入口流量过小或断料现象，炉管温度出现局部高点时，及时联系操作工现场调小相对应的燃料气手阀。
第四，系统大幅波动，在人为不可控制的情况下，通过减压塔进料加热炉跨线直接将加热炉切除，燃料气阀门关至最小，常压塔底物料直接进减压塔，并用加热炉入口低压紧急冲洗油冲洗炉管，可以有效的防止炉管结焦的发生。
第五，常压塔进行降压操作，操作压力由原来的0.8MPa左右降至0.16MPa左右，尽可能多的拔出常底物料中的轻组分，增加常底物料的固含量，减少轻组分在减压塔进料加热炉炉管内汽化引起的炉管结焦，常压塔改造后常顶压力下降0.MPa左右，常压塔的侧线外送量明显增加，有效减少进入加热炉的轻组分，炉管结焦速度明显减缓。
第六，减压塔进料加热炉设置可以单炉膛切除进行清焦流程，炉管结焦严重时，系统降低生产负荷，单炉膛运行，对结焦炉膛进行单系列清焦工作。单炉膛运行时，单炉膛热负荷虽然增大，但是，完全可以保证炉出口温度，减底温度没有大的波动，减底油渣性质影响不大;其次，在系统负荷80～90%时可以满足常底液位控制，减压炉单炉膛运行时炉管流速是双炉膛运行时的1.5倍左右，高流速可以有效降低炉管结焦趋势，所以减压炉可以采取一个炉膛运行，一个炉膛备用的方案，进行切换运行在线清焦，有效延长加热炉整体运行周期[3]。
第七，加强装置间沟通，保证燃料气压力稳定，操作工严格执行工艺操作指标，控制加热炉出口温度，严格按照装置操作规程进行加热炉的日常操作和巡检维护，确保加热炉的长周期安全运行。
第八，增加减压塔进料加热炉余热回收系统。高温烟气往往带走加热炉热量的20～50%的热量，由于烟气和被预热介质的流动方向相反，可有效充分地利用烟气余热，达到被预热介质较高的预热温度，降低了燃料气的不完全燃烧量，从而降低排烟热损失。回收烟气余热，达到节能降耗的目的，回收烟气余热也是一项重要的节能途径，还可以适当减少燃料气用量，有效缓解炉管结焦速度。 五、日常操作要点
煤液化装置减压塔进料加热炉是提高常压塔进入减压塔的进料温度，满足减底温度，保证系统油收率的关键设备。在日常操作中，延缓加热炉的结焦，注意以下操作要点：
第一，在日常的操作条件下，注意常压塔底液位控制，保证常压塔底两台泵同时运行，提高运行泵变频，尽量提高泵出口压力，满足加热炉入口大流量。
第二，控制好减压塔进料加热炉进料各分支流量均匀，防止炉管偏流，加热炉入口两路调节阀保持全开，通过各分支流量、炉管壁温、压差、现场加热炉火嘴燃烧情况综合判断是否偏流。
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第三，通过减压塔进料加热炉进入减压塔的压控阀控制常壓塔底液位，同时加热炉出口压力不小于0.70MPa，保证炉出口压力稳定。
第四，减压塔进料加热炉进料流量减少或进料中断时，及时降低加热炉炉膛温度，对加热炉进行大幅降温或大面积熄火，防止加热炉炉管内无介质流动的情况下，造成加热炉炉管干烧。反应系统波动时，用热高分、热中分、常压塔做缓冲，最大限度的减小加热炉进料量的波动。
第五，内操严密监控加热炉进料量、炉管进出口压力、压差、炉膛温度、炉管壁温等参数，
第六，减压塔进料加热炉氧含量控制在3.5%—5.5%，炉膛负压控制在-5—-20Pa，提高加热炉热效率。 结论
针对于煤液化装置减压塔进料加热炉中工艺介质的特殊性，加热炉结焦问题因物料的特殊性不可避免，在加热炉的操作过程中，严格控制好加热炉进料量，注意各分支流量的分配，操作要减少流量的波动，努力提高加热炉的热负荷以及加热炉的热效率。确保各火嘴燃烧完全，炉膛明亮，炉管温度均匀，炉管的温度不允许超过450℃，提高加热炉的使用寿命。 减压塔进料加热炉出现结焦后对装置油收率影响较大，分析原因主要是由于减底温度降低，减底物料中的油品无法全部分离，较大一部分油品被减底油渣带走，油渣软化点降低，灰分降低，导致油收率降低。目前，减压塔进料加热炉采用单炉膛运行，运行效果良好，从单炉膛运行数据来看，炉管没有明显的结焦趋势，同时在减压炉出现结焦迹象后及时进行单炉膛清焦，正在对操作参数进一步优化，积极研究缓解结焦延长加热炉运行周期的对策，确保煤液化项目的安、稳、长、满、优运行。 参考文献
[1]煤制油化工公司网站.2014.2.27
[2]王云.神华煤直接液化项目减压炉结焦分析[J].石油和化工设备，2013（16）.58～60. [3]龚朝兵，周雨泽等.焦化装置加热炉对流段结焦的处理与优化[J].石油化工设备技术，2012（04）.26～27.
