焦化装置长周期运行探讨.doc

焦化装置长周期运行探讨段金庭，翁兴勇，肖 津大港石化公司第一联合车间摘要：延迟焦化机理就是在加热炉管中控制原料油基本上不发生裂解、缩合反应，而延缓至专设的焦炭塔中进行，焦化装置的关键性也就在此。综合全国各套焦化装置的同行经验，加热炉和焦碳塔的技术问题也是长周期的制约所在。本文从以下几个方面阐述了影响装置长周期的控制关键问题：加热炉炉管结焦；焦碳塔顶部的大油气线结焦问题；分馏塔底结焦问题；焦炭塔冲塔问题；冷焦水携带问题；技术管理。关键词：延迟焦化；长周期；对策；结焦；加热炉；冲塔；焦粉携带1、装置概况中国石油大港石化公司100万吨/年延迟焦化装置由中油股份华东设计院设计，以大港减压渣油为主要原料进行二次加工的装置。工艺上采用一炉两塔、单井架水力除焦，无堵焦阀密闭放空的先进工艺。装置主体包括焦化、分馏、吸收稳定三部分，于2004年11月一次开车成功。年处理减压渣油能力为100万吨（80-110万吨/年）。主要产品为汽油、柴油，副产品有干气、石油焦、液化气、蜡油。到目前为止装置已正常运转500多天。加工量与收率情况具体见下表。加工量与产量（吨）日期加工量汽油柴油液化气蜡油干气焦炭损失运行2005年98431114330040362528095108706423772523004407365天2006年一季度284658392611148447549393601210471264128090天产品收率（m%）日期加工量汽油柴油液化气蜡油干气焦炭损失总液收2005年98431114.5641.012.8511.044.3125.630.4569.462006年一季度28465813.7940.342.6513.834.2525.030.4570.62本文在此就装置的长周期问题做粗略的探讨。2、延迟焦化反应的基本原理焦化是焦炭化的简称，是重质油(如重油，减压渣油，裂化渣油甚至土沥青等)在高温条件下进行裂解和缩合反应，产生不凝气、汽油、柴油、蜡油和石油焦的过程。延迟焦化是石油深度加工的主要工艺之一，是最深度的脱碳过程，也是最成熟最廉价的渣油轻质化工程，提高柴汽比的重要途径。延迟焦化的反应机理与热裂化基本相似，只是延迟焦化工艺是将重质油进行高温热裂解。渣油在通过加热炉时，采用高的流速和较高的加热强度，使油品在短时间内获得焦化反应所需的热量，并迅速离开加热炉管进入焦炭塔内进行裂解、缩合反应。3、焦化装置长周期运行对策由以上的原理分析可以看出，在加热炉管中控制原料油基本上不发生裂解和缩合反应，而延缓至专设的焦炭塔中反应，焦化装置的关键性也就在此。在生产中，综合全国各套焦化装置的同行经验，我们发现以下几个方面是装置长周期的控制关键：炉管结焦；焦碳塔大油气线结焦；焦碳塔冲塔；冷焦水携带。下面就这几个问题分别进行说明。3.1避免加热炉炉管结焦延迟焦化的意义就是将高温渣油迅速的转移到焦碳塔中进行反应（设计冷油流速为1.2m/s）。而一旦加热炉结焦将大大加大加热炉的热负荷，炉管压降增大，增大焦化装置关键设备辐射泵的负荷。而控制加热炉流速是这一关键问题的保证。流速偏低，停留时间过长容易造成炉管结焦，严重影响装置的长周期运转。焦化装置物料来源的不稳定性是其一大特点，也就是说，焦化为了整个系统的物料平衡，其波动性会很大。所以，辐射进料在加热炉管内的停留时间波动性也比较大，流速不能保证。为此车间在总结了一套比较行之有效的数据系统，以保证炉管内介质流速。列表如下：生产工况低处理量正常大处理量原料量260028002800300030003200循环比0.50.30.2辐射量390042003640390036003840循环比=（辐射量-新鲜原料量）/新鲜原料量。低处理量正常大处理量每路辐射室入口注汽量300kg/h300kg/h300kg/h辐射室出口注汽量220kg/h200kg/h180kg/h对流室入口注汽量150kg/h150kg/h200kg/h说明：(1).在低处理量时为了保证辐射量和炉管的流速通常采用大循环比操作，在大循环比时，辐射量的重油组分增加，也就是说相对比来说，汽化率降低，炉负荷增加，为保证后路流速，所以辐射室出口的注汽量要相对高些。反之对于大处理量，小循环比操作来说由于新鲜原料量比较大，导致汽化率相对比要高，所以辐射炉管后路的流速不用考虑，但是由于小循环比操作容易导致结焦，汽化率高，所以在辐射料刚进入炉管时的流速必须保证，以避免对流部分的炉管结焦。(2).对于辐射室入口注汽而言，是保证炉管不结焦的关键所在，根据炼油工艺学介绍，原料油性质与加热炉炉管内结焦的情况有关。梅克勒和博罗克关于原料临界分解温度范围的机理，认为油品在其临界分解温度范围内最容易结焦。根据我公司原油的特性因数，可由其表格推算出的临界温度范围为400430。对流室的出口即辐射炉管的入口的温度在380左右，向下就是其临界分解温度范围，所以，加强辐射炉管的入口注汽，提高在临界分解温度范围内的流速尤其重要。许多装置为了降低能耗，炉子的注汽量（包括辐射炉管注汽量）都随处理量的变化而变化，这是不对的。不管是在低处理量还是在高处理量下单路辐射炉管都应采取注汽维持在0.3t/h不变。我装置通过以上对加热炉的控制，开工到2006年5月份加热炉热负荷一直平稳，辐射泵出口压力正常，未出现增大趋势。从加热炉炉出口压降的长期观测，四路压降一直维持在1.51.6mpa之间，未见增大趋势，表明加热炉炉管结焦情况不明显。3.2避免大油气线及分馏塔底结焦对于每套焦化装置来说，焦粉携带都是长周期的生产瓶颈，主要体现在以下两个方面：焦碳塔顶大油气线携带问题，分馏塔焦粉携带。下面就这两个问题针对我装置现状分别进行说明。(1).大油气线结焦问题许多装置的大油气线的结焦问题都比较严重，到目前为止，我装置清理焦碳塔顶弯脖处结焦平均23月一次，属于比较频繁的一套装置，从清理前后效果和现场结焦情况来看，我装置的结焦主要集中在焦碳塔和塔顶油气线的结合处，属于急冷油位置不合理的一种。焦碳塔顶急冷油的作用是降低焦炭塔的塔顶温度，洗涤高温油气中的焦粉，提高大油气线油气速度，急冷油注入位置、方式、性质、温度及对焦炭塔顶温度控制方式，对焦化大油气线的结焦有影响。急冷油的注入位置最好注入到焦炭塔顶油气线出口下方，这样急冷油既可以降温，同时又起到洗涤焦粉的作用。通过对同类装置的了解，锦州石化急冷油改造属于比较理想的一种，喷射管采用环形分布，上面开8个内向45度的开孔。我装置在初期采用了环形分布，但是急冷油下探位置不够，导致结焦比较严重、频繁。目前在实践中正逐步下移急冷油喷管位置。由于我装置单塔处理量较大，正在考虑开12个孔。采用注入急冷油降低焦炭塔顶温度，最好是用急冷油的潜热降温，不要出现高温液相油滞留在管线底层结焦，为此，我装置采用的是中段循环油，不但潜热高，而且注入温度高，避免的液相油的出现，属于比较合理的一种。(2)分馏塔底结焦问题分馏塔结焦主要有两方面的原因，一、塔底温度过高，自身产生热分裂反应，目前我装置的分馏塔底温度控制340350，比较理想。二、从焦炭塔出来的大油气线携带焦粉。这也是大油气线结焦产生过大压降的主要原因。我装置从开工初期就重视这一问题，我们主要做了以下工作。 计算焦炭塔空塔线速。（生产5柴油为例，处理量3100t/d）装置技术人员通过严格的计算，推算出在正常生产状况下焦炭塔空塔线速0.087m/s。由此可以看出接近中石化推荐的最大线速（0.0915m/s，极限值），也就是说超出此值，焦炭塔很容易产生泡沫焦夹带现象，焦炭塔内的泡沫层带到分馏塔中，从而引起辐射泵的操作故障，严重时造成停工。同时也会使得大油气线结焦，造成转油线压降增大，焦炭塔反应压力偏高。对此，我们根据以上的计算方法，对每次生产工艺条件的调整都严格计算其空塔线速，避免产生雾沫夹带，以至于分馏塔底携带焦粉，大油气线结焦。 根据工艺计算，控制小吹汽量。在焦炭塔老塔切换后，老塔进行小吹汽操作，此时，老塔内的渣油仍在反应，在短时间内产生较多的气体和焦炭，假定反应产生的油气和以前同样多，再加上小吹汽量，就是老塔吹汽时的线速，这个速度就很可能超过极限值。造成大油气线结焦。根据以上计算，我们及时调整装置的小吹汽量。如果处理量3000t/d以上，推论出，小吹汽量控制在3t/h左右比较合适，这与传统焦化的8t/h小吹汽量有很大出入。小吹汽量的降低有效避免了线速过大，产生雾沫夹带现象，大油气线和分馏塔带焦现象。3.3防止焦炭塔冲塔焦炭塔的冲塔原因很多。比如，反应温度不够，反应压力较低，生焦高度过高，焦炭塔预热不够充分等都会造成焦炭塔冲塔。焦炭塔冲塔的后果非常严重，即有可能造成分馏塔底过滤器堵塞，加热炉进料中断。造成装置事故性停车，影响长周期运转。在理论上认为焦炭化的反应是在液相层发生，如示意图中所示。反应层高度，可以从中子料位计的曲线变化推论得出。一般来说，焦炭塔的液相层和泡沫层的高度为10m 左右。细致的了解焦炭塔的安全高度和生焦高度可有效的防止焦炭塔冲塔的发生。最上部中子料位计泡沫层反应层焦炭中心孔：反应油气通道从生产上来讲，生产就是为了追求最好的经济效益，反应温度高和反应压力高都会造成轻油收率降低，经济效益不好。以下为相关条件对生产的影响。（关系如下图所示）。但是低反应压力和低反应温度会造成焦炭塔冲塔，影响长周期运转，所以抓好两者的切合点，是装置的关键所在。生焦高度液相层泡沫层经济效益反应温度影响不大反应温度低，液相层高。反应温度高，液相层低，泡沫层低轻收降低，干气收率高，经济效益低。反应压力（高）基本无影响。影响不大，稍微降低影响不大，稍微降低。轻收降低，干气收率高，经济效益低原料量正比关系正比关系正比关系能耗相对低，经济效益好。下面就我装置的焦炭塔冲塔现象进行分析7月上旬，焦碳塔出现了泡沫层过高的问题。两次出现冲塔现象。当时生产条件为炉出口温度499（正常），反应压力为0.225mpa左右（偏高），原料处理量为3150t/d（稍微偏大），经过技术分析，发现焦碳塔进料温度偏低，通过对比中子料位计曲线，发现反应层厚度比正常情况下增加了23m。分析反应温度偏低的原因，可能是由于之前由于分馏塔底（做加热炉进料）过滤器在切换过程中造成加热炉晃量使得炉管、焦碳塔进料段转油线管线内壁的结焦剥落，堵塞到炉管和转油线的低点。造成流速降低，温降增大。从而造成反应塔内的反应温度降低，焦碳塔内的反应层（液相层）厚度增加。变相的增加了泡沫层的高度，由于反应温度的偏低，也使得反应层内未反应的物质增加。小吹汽时也更容易造成大量液相重组分夹带泡沫焦进入分馏塔底，从而造成塔底过滤器堵塞。严重时造成加热炉进料量中断，装置停工。从以上分析可以看出，防止焦碳塔冲塔是维持焦化装置长周期运转的一个重要方面，密切监视焦炭塔进料温度、加热炉出入口压降、中子料位计的泡沫层高度、控制小吹汽量、计算焦碳塔线速是保证装置长周期运转的必要条件。3.4 降低冷焦水带焦量冷焦水的焦粉携带也是新建焦化装置比较常见的一个影响长周期的问题，由于新装置普遍采用了密闭放空技术，冷却完高温焦炭的水直接进罐，许多装置都出现了不同程度的冷焦水罐内带焦粉问题。我装置平均3个月左右清理冷焦水沉降罐一次，属于中等程度的一种。清理沉降罐不但费用高，而且又很大的不安全因素隐藏在里面。原料性质是决定成焦情况的主要因素，我公司原油属于中间环烷基油，结焦的焦质比较脆，容易产生焦粉携带 ，这也是我公司焦粉携带重要的原因之一，从目前的经验来看，以下几个因素是控制冷焦水携带焦粉的关键所在。(1)小给水冷焦该工序操作时，流速不要过大，避免出现小范围，或者低程度的炸焦，由于刚开始冷焦时，反应塔内焦炭温度达到400多度，流量过大很容易出现炸焦。出现小的焦粉颗粒或焦块。但是给水速度小，又容易产生给水不进，从经验来看，我装置目前采用的小给水冷焦流速控制在120150t/h之间比较合适，可以考虑在给水以后适当降低给水量。(2)小给水改大给水该工序操作要分阶段进行，不要一次到位，由于塔内容积很大（1455m3），小给水量不能满足淹没所有的焦。所以分阶段进行，避免出现炸焦，以至出现小的焦粉颗粒。(3)放水速度放水速度不宜过快，过快容易携带部分焦粉。目前我装置一般控制放水速度在2小时左右。但是鉴于我公司的原料性质和国内装置焦粉携带的普遍性，在冷焦水放水线上加过滤器是比较可行的一套技术，目前正在联系改造中。3.5 提高工艺、设备管理水平，加强日常规章制度的执行力度(1)工艺管理日常培训紧密结合生产实际需要，针对技术改造，装置事故隐患预案的培训，加强日常事故演练，提高事故处理能力，从而降低意外事故对装置的影响程度。做到细化管理，消除死角。采用了电子巡检制度，使得日常巡检更加完善，采用电子巡检系统后，车间在电子巡检时及时发现焦碳塔顶安全阀引出线砂眼泄漏和封油泵自停引起辐射泵机封缺油冒烟等多起事故。更加及时的将事故隐患消灭在了萌芽状态。严格履行工作票制度。如火票、电票、进入有限空间作业票等，坚决避免因为操作不当造成装置停车事故的发生。(2)设备管理开展设备状态监测，做到预知维修，消除设备隐患。焦化装置开工初期，由于设备本身的技术缺陷、设备选型与工艺条件不匹配等问题，动设备的故障率极高。针对这种情况，专门成立了状态监测小组，负责装置所有动设备及机组的状态监测。一旦检测出某台机泵的轴承震动值、加速度值、冲击值超标，及时请维护车间检测工程师进行复核，如果结果一致，邀请维护车间有经验的维修人员进行经验判断。有效的避免了p-3105/a、b柴油及回流泵、p-3107/b