2021延迟焦化操作工考试延迟焦化操作工综合练习

2021延迟焦化操作工考试延迟焦化操作工综合练习1.什么是延迟焦化？它的基本工艺原理是什么？延迟焦化是一种石油热裂化工艺，主要针对重质原油加工过程中产生的渣油、沥青等重质残油进行深度加工，将其转化为气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦的过程。其工艺核心原理就是利用重质烃类在高温条件下的热裂化和缩合反应特性，通过控制反应条件，将裂化反应和生成焦炭的缩合反应推迟到焦炭塔中进行，因此得名“延迟焦化”。具体来说，原料渣油首先在加热炉中被快速加热到反应所需的温度（一般在490℃-510℃左右），在加热炉管内，因为物料流速快，停留时间短，裂化和缩合反应只进行到一定程度，不会在炉管内大量生焦，避免炉管结焦堵塞；当高温物料进入焦炭塔后，利用物料自身的高温和压力，在焦炭塔内提供足够的停留时间，让裂化反应和缩合反应充分进行：其中较小分子的烃类从塔顶逸出，进入分馏系统进行分离，得到不同沸点范围的产品，而缩合反应生成的焦炭则留在焦炭塔中，待焦炭塔充满后切换进料，再进行除焦作业，循环运行。延迟焦化工艺相比于其他重质油加工工艺，具有原料适应性强、工艺流程简单、投资较低的特点，可以加工其他工艺难以处理的高硫、高残碳、高重金属含量的劣质渣油，是当前炼油企业实现渣油深加工、提高轻油收率的重要装置之一，在重油加工体系中占据着不可替代的位置。2.延迟焦化装置的主要工艺单元有哪些？各单元的作用是什么？延迟焦化装置主要分为五个核心工艺单元，分别是原料预处理单元、加热炉单元、焦炭塔单元、分馏单元、吸收稳定单元，此外还配套有冷切焦水系统、除焦系统、吹气放空系统等辅助单元。原料预处理单元的作用，主要是对进入装置的渣油原料进行脱水、脱杂质以及性质调整。因为进厂或者上游装置送来的渣油往往含有一定量的水分，水分如果进入加热炉会导致炉管压力骤升、温度波动，严重时会造成冲塔、炉管干烧等安全事故，同时部分固体杂质如果进入装置也会堵塞炉管或者影响石油焦产品质量。预处理单元一般通过原料缓冲罐沉降脱水，通过过滤器除去固体杂质，有的装置还会根据原料性质调整，掺入部分蜡油或者其他馏分油，调整原料的残碳值和粘度，满足生产不同牌号石油焦或者提高液体产品收率的要求。加热炉单元是延迟焦化的核心能量提供单元，作用就是将原料渣油快速、均匀加热到反应所需的温度，同时要保证炉管内不结焦或者少结焦，延长装置的运行周期。目前延迟焦化加热炉多采用立管式箱式炉，一般分为两路对称进料，为了防止炉管结焦，大多采用炉管注汽或者注水工艺，提高炉管内介质的流速，缩短停留时间，减少烃类在炉管内的缩合生焦。加热炉出口温度直接影响到反应深度，如果温度过高，反应深度过大，会导致炉管结焦加速，焦炭塔内泡沫层过高，影响挥发份分离，产品质量也会变轻；如果温度过低，反应深度不足，会导致蜡油收率升高，石油焦收率降低，同时炉管也容易逐渐结焦，所以加热炉出口温度必须严格控制在工艺要求范围内。焦炭塔单元是延迟焦化发生反应的核心场所，作用就是提供足够的反应空间和停留时间，让加热炉出来的高温渣油完成裂化和缩合反应，裂化产物从塔顶分出，焦炭沉积在塔内。因为延迟焦化是间歇生产过程，焦炭塔是周期性切换运行，一般装置都配置至少两座焦炭塔，一座塔处于进料生焦阶段，另一座处于除焦、预热待命阶段，切换周期一般为24小时到48小时，根据装置处理量和焦炭塔容积决定。焦炭塔顶部设置大瓦斯线，将反应生成的油气引出到分馏塔，同时顶部还会设置消泡剂注入系统，抑制生焦过程中产生的泡沫层升高，防止泡沫携带焦炭进入分馏塔造成塔顶产品带焦、堵塞管线的问题。分馏单元的作用，是将焦炭塔来的高温油气按照沸点范围切割分离，得到富气、汽油、柴油、蜡油等产品，同时将循环油送回加热炉继续反应。高温油气从焦炭塔出来后进入分馏塔底部，首先和原料渣油在分馏塔底换热，原料渣油被加热，高温油气中携带的焦炭颗粒也被洗涤下来，随循环油返回加热炉。分馏塔从下到上依次抽出循环油、蜡油、柴油、汽油，塔顶出来的富气和汽油进入吸收稳定单元进一步处理。分馏单元需要控制好各侧线的抽出温度和抽出量，保证各产品的馏程符合质量要求，同时控制好塔底循环油的温度和液位，避免塔底结焦。吸收稳定单元的作用，是将分馏塔顶来的富气和粗汽油进行分离，得到干气、稳定汽油和液化石油气三个产品。富气进入吸收塔，利用粗汽油作为吸收剂将富气中的C3、C4组分吸收下来，吸收后的尾气就是干气，一般作为装置燃料或者送出装置做其他用途；吸收了C3、C4的富汽油进入解吸塔，将溶解的C2及更轻组分解吸出来，然后进入稳定塔，在稳定塔内精馏分离，塔顶得到液化石油气，塔底得到稳定汽油。吸收稳定单元需要控制好干气中C3以上组分含量，控制好液化石油气中C2和C5组分含量，保证稳定汽油的蒸气压符合指标要求。除焦系统的作用，就是将生焦完成的焦炭塔中的焦炭清除出去，让焦炭塔可以重新投入使用。目前延迟焦化普遍采用水力除焦工艺，就是将焦炭塔顶底盖打开后，利用高压水泵打出15-30MPa的高压水，通过钻杆带动高压喷头从焦炭顶部向下切割，将焦炭破碎，焦水混合物从焦炭塔底部流出进入焦池，然后将焦炭捞送出厂，切焦水则经过沉淀、过滤后循环使用。水力除焦工艺自动化程度高，除焦效率高，劳动强度低，是当前的主流除焦方式。3.延迟焦化加热炉炉管结焦的原因有哪些？如何预防和处理？加热炉炉管结焦是延迟焦化装置运行过程中最常见的问题，结焦会导致炉管传热效率下降，炉膛温度和炉管外壁温度升高，炉管阻力增大，装置处理量下降，严重时会导致炉管烧穿，引发火灾爆炸事故，所以必须重点防控。炉管结焦的常见原因主要有以下几个方面：第一，原料性质变化，原料的残碳值升高，沥青质、重金属含量升高，这些组分本身更容易发生缩合反应生成焦炭，如果原料性质突然变重，没有及时调整工艺参数，就很容易在炉管内结焦。第二，炉管注汽量不足或者注汽中断，注汽的作用是提高炉管内物料流速，缩短停留时间，如果注汽量不够，物料流速慢，烃类在炉管内停留时间变长，缩合反应就会充分进行，生成的焦炭就会附着在炉管内壁。第三，加热炉炉膛温度不均匀，局部炉管超温，加热炉如果火焰偏烧、扑炉管，就会导致局部炉管温度过高，加速该处的热反应，生成焦炭附着在管壁。第四，炉管流速过低，当装置处理量降低，降量生产时，如果没有相应调整注汽量，保持炉管流速，就会导致停留时间过长，引发结焦。第五，原料带水，原料带水进入炉管后，水分汽化，导致炉管内物料流速不均匀，局部区域流速降低，物料停留时间变长，同时水分汽化会导致炉管温度波动，容易引发局部结焦。预防炉管结焦的措施主要有：第一，稳定原料性质，控制原料的残碳、重金属和沥青质含量在设计范围内，如果原料变重要及时调整加热炉出口温度和注汽量，适当提高注汽量，保证炉管流速。第二，保证注汽（注水）量稳定，定期校验注汽流量计，保证流量准确，工艺上严格按照操作法控制注汽量，不得随意降低注汽量，装置降量时同步降低处理量和调整注汽量，保证炉管线速在要求范围内，一般要求炉管内物料的平均线速不低于1.5m/s。第三，优化加热炉燃烧控制，保证炉膛温度均匀，火焰不扑炉管，调整火焰长度，避免局部过热，定期监测炉管外壁温度，发现局部超温及时调整燃烧。第四，严格控制原料含水量，原料罐和原料缓冲罐加强切水，控制原料含水量在1%以下，避免原料带水进入加热炉。第五，定期对加热炉进行在线清焦或者停炉清焦，按照装置设计的运行周期，到周期后及时进行清焦，避免结焦越来越严重，引发安全事故。当炉管已经发生结焦，结焦程度不严重的时候，可以采取在线清焦的方法进行处理，比如加大注汽量，适当降低加热炉出口温度，进行热浸泡，将部分软焦剥落；或者采用停炉后空气-蒸汽清焦法，通过在炉管内通入空气和蒸汽，让焦炭氧化燃烧，除去炉管内的结焦。如果结焦非常严重，炉管阻力大，炉管外壁温度严重超标，就需要停炉更换炉管或者机械清焦，避免发生安全事故。4.焦炭塔生焦过程中泡沫层升高的原因是什么？有哪些危害？如何控制？在延迟焦化生焦过程中，焦炭塔内的渣油在反应过程中会产生大量气泡，这些气泡和焦炭、未反应的渣油混合形成泡沫层，泡沫层如果过高就是我们常说的冲塔前兆，对装置运行影响很大。泡沫层升高的原因主要有：第一，原料性质变重，残碳值升高，沥青质含量高，原料在反应过程中更容易生成泡沫，而且泡沫稳定性更高，不容易破裂，导致泡沫层快速升高。第二，加热炉出口温度过高，反应深度过大，生成的轻组分更多，大量轻组分从液相中逸出，形成更多的气泡，推动泡沫层升高。第三，焦炭塔进料速度过快，或者进料升温速度过快，大量油气快速从液相中分离，导致泡沫层迅速上涨，尤其是新塔预热后切换进料的时候，升温速度控制不好很容易出现泡沫层升高的问题。第四，系统压力波动，焦炭塔压力突然降低，会导致溶解在液相中的轻组分大量逸出，引发泡沫层急剧升高。泡沫层过高的危害主要有：第一，泡沫会携带大量焦炭颗粒随着油气进入分馏塔，导致分馏塔底结焦加速，堵塞塔底过滤器、炉管进料泵入口，还会导致蜡油产品中含焦量升高，影响下游装置加工。第二，泡沫层过高会导致焦炭塔的有效容积减小，缩短生焦周期，需要提前切换焦炭塔，降低装置处理量，严重时泡沫会进入大瓦斯线，堵塞大瓦斯线，导致系统压力升高，引发安全事故。第三，大量泡沫进入分馏塔后，会导致分馏塔操作波动，顶温波动，产品质量不合格，严重时会导致分馏塔冲塔，整个分馏系统操作混乱。控制泡沫层升高的措施主要有：第一，根据原料性质调整操作，当原料残碳升高时，适当降低生焦周期的处理量，或者提前注入消泡剂，控制泡沫层高度。第二，稳定加热炉出口温度，避免超温，严格按照工艺指标控制反应温度，根据原料性质调整温度，不要为了提高石油焦收率随意提高反应温度。第三，控制新塔进料速度，切换进料的时候要缓慢提高进料量，逐步提温，不要快速大幅度调整，让泡沫有足够的时间破裂，避免泡沫层快速上涨。第四，稳定焦炭塔系统压力，避免压力大幅度波动，切换塔过程中操作要平稳，调整压力要缓慢进行。第五，正确注入消泡剂，按照泡沫层高度调整消泡剂注入量，一般在切换进料后泡沫层上涨最快的阶段加大消泡剂注入量，生焦后期泡沫层稳定后可以适当减少注入量，保证消泡效果的同时降低药剂消耗。消泡剂要选择性能优良的产品，保证能够有效降低泡沫的稳定性，让泡沫快速破裂。5.分馏塔底结焦的原因是什么？如何预防？分馏塔底结焦是延迟焦化装置非常常见的问题，塔底结焦会导致塔底泵抽空，循环油流量不足，加热炉进料波动，严重时会堵塞塔底出口，迫使装置停工清焦，所以预防分馏塔底结焦是延迟焦化操作的重点工作。分馏塔底结焦的原因主要有几个方面：第一，焦炭塔来的油气携带大量焦炭颗粒，这些固体颗粒进入分馏塔后，大部分会沉降在塔底，这些颗粒成为结焦的晶核，加速塔内重质油的缩合结焦，固体颗粒不断聚集，最终形成大块的焦块。第二，分馏塔底温度过高，塔底循环油是重质残油，本身含有大量沥青质和焦炭颗粒，如果塔底温度过高，超过380℃以上，重质油就会发生热缩合反应，不断生成焦炭，温度越高反应速度越快，结焦速度也就越快。第三，分馏塔底液位过高，循环油停留时间过长，塔底液位高的时候，重质油在塔底停留时间变长，缩合反应有足够时间进行，就容易生成焦炭沉积在塔底；如果液位长时间过高，还会导致塔底温度升高，加速结焦。第四，分馏塔底循环油流量不足，循环比偏小，塔底重质油不能及时抽出送回加热炉，在塔底停留时间过长，也会加速结焦。第五，原料性质变化，原料残碳高、沥青质含量高，携带到分馏塔的焦炭颗粒多，塔底循环油的残碳也会升高，更容易发生缩合结焦。预防分馏塔底结焦的措施主要有：第一，控制焦炭塔泡沫层高度，合理注入消泡剂，减少焦炭携带进入分馏塔，从源头减少结焦的晶核来源。第二，严格控制分馏塔底温度，一般控制塔底温度在340℃-370℃之间，不要超过380℃，可以通过调整原料进塔的换热温度，调整循环油抽出量来控制塔底温度，避免超温。第三，控制分馏塔底液位在工艺要求范围内，不要长时间保持高液位运行，一般控制液位在30%-70%之间，稳定液位，避免大幅度波动。第四，保持足够的循环比，保证塔底循环油的循环量，让重质油可以及时抽出，减少在塔底的停留时间，不要为了提高液体产品收率随意降低循环比，要根据原料性质和塔底结焦情况调整循环比，原料重的时候适当提高循环比，保证塔底油流速，减少沉积。第五，在分馏塔底注入阻焦剂，阻焦剂可以抑制重质油的缩合反应，阻止焦炭颗粒聚集，减缓结焦速度，延长装置运行周期。第六，定期对分馏塔底进行在线清焦，或者停工时进行清焦，按照运行周期及时清理，避免结焦累积影响装置运行。6.延迟焦化装置切换焦炭塔的操作步骤是什么？操作中需要注意哪些问题？切换焦炭塔是延迟焦化装置周期性操作中最重要的步骤，操作不当很容易导致系统压力波动、冲塔、加热炉进料波动等问题，所以必须严格按照步骤操作。切换前首先要做好新塔的准备工作：首先，新塔已经完成除焦，盖好顶底盖，试压合格，然后进行暖塔，就是将新塔逐步升温，排除塔内的水分和冷空气，预热到接近反应温度，一般预热到300℃以上。预热过程要缓慢进行，避免升温太快导致焦炭塔热应力过大，损坏设备，同时要定期脱水，防止水进入系统造成压力波动。切换前还要确认新塔的进出口阀门、放空阀门都处于正确位置，消泡剂系统、压力表、温度计都正常好用。正式切换步骤一般是：首先，逐渐打开新塔的进料阀，同时逐渐关闭老塔的进料阀，整个切换过程一般需要15-30分钟，缓慢切换，避免进料流量大幅度波动。切换过程中要注意控制加热炉出口温度稳定，调整加热炉燃烧，保证温度不出现大的波动。切换进料完成后，确认进料全部进入新塔后，关闭老塔进料阀，然后将老塔顶的油气出口阀门切换到放空系统，关闭去分馏塔的出口阀门，老塔开始进行小吹汽，就是从塔底注入蒸汽，将塔内残留的油气吹出，送入放空系统，小吹汽时间一般为1-2小时，吹汽量从小到大逐步提高，避免压力波动。小吹汽完成后进入大吹汽，加大吹汽量，继续吹出塔内的剩余油气，同时冷却焦炭，大吹汽时间一般为2-4小时，之后进行给水冷焦，就是从塔底注入冷水，逐步淹没焦炭，将焦炭从高温冷却到可以除焦的温度（一般降到80℃以下），冷焦过程也要控制好给水速度，避免压力突然升高，同时要定期放水，控制水位上升速度，直到焦炭全部淹没，温度合格。切换操作中需要注意的问题主要有：第一，切换进料速度要缓慢，不能太快，太快会导致系统压力突然降低，引发新塔泡沫层急剧升高，造成冲塔，同时太快也会导致加热炉进料压力波动，影响炉管流速，容易引发结焦。第二，新塔预热必须合格，温度不够的话，进料后大量轻组分冷凝，导致系统压力下降，泡沫层升高，同时冷塔进高温油料，会产生很大的热应力，损坏焦炭塔筒体和焊缝。第三，切换过程中要密切关注系统压力和分馏塔操作，压力波动的时候及时调整气压机入口蝶阀或者放火炬阀，稳定系统压力，避免压力大幅度波动导致分馏塔冲塔，产品质量不合格。第四，老塔切出后吹汽量要逐步提高，不能一下子开大吹汽，不然会导致大量油气突然进入放空系统，放空塔超负荷，同时老塔压力波动大，容易损坏设备。第五，冷焦给水过程要控制好水位，避免水还没加满就提前停水，导致上部焦炭没有冷却，除焦的时候温度过高，或者焦炭没有泡软，除焦困难，同时也要避免给水过多，满塔后水进入放空管线，导致放空系统带水。7.水力除焦过程中常见故障有哪些？如何处理？水力除焦过程中常见的故障主要有：卡钻、喷头堵塞、高压水压力下降、焦孔塌方、顶底盖打不开等。卡钻就是钻杆在向下切割过程中被焦炭卡住，无法移动，这种情况一般是因为焦炭硬度大，切割下来的焦炭没有及时排出，卡在钻杆和焦炭之间，或者钻孔的时候偏斜，钻杆被卡住。处理卡钻的时候，首先不能硬往下压钻杆，应该将钻杆向上提起一点，转动喷头，调整位置，然后缓慢上下活动钻杆，同时保持高压水喷射，将卡住的焦炭冲碎，慢慢解除卡钻，如果卡钻非常严重，无法活动，就要降低高压水压力，将钻杆固定，然后慢慢尝试松动，实在无法解除的话，需要进入塔内人工处理，但是必须做好气体分析和安全防护，防止中毒窒息。喷头堵塞就是高压喷头的喷孔被焦炭颗粒或者其他杂物堵住，导致高压水流量下降，压力升高，除焦效果下降。喷头堵塞一般是因为高压水中含有杂质，或者切焦水系统过滤不好，固体颗粒进入高压水管线，堵塞喷头。处理喷头堵塞的时候，首先将钻杆提到塔顶，然后停高压泵，泄压后拆解喷头，清理堵塞的杂物，重新安装好再继续除焦，为了预防喷头堵塞，要定期清理切焦水过滤罐，保证切焦水干净，没有大的固体颗粒，高压水泵入口也要安装过滤器，定期清理。高压水压力下降是除焦过程中常见的问题，压力下降后切割力不够，无法有效破碎焦炭。压力下降的原因一般有：高压水泵故障，排量下降，或者高压水阀门开度不够，或者管线泄漏，还有就是喷头磨蚀，喷孔变大，导致压力下降。处理的时候首先检查高压水泵运行情况，调整出口阀门，如果是喷头磨蚀就更换喷头，如果是管线泄漏就停泵泄压处理泄漏，如果是泵本身故障就切换备用泵，重新升压除焦。焦孔塌方就是钻孔的时候，上部的焦炭突然塌落，堵住已经钻好的焦孔，导致钻杆无法继续下放。这种情况一般是因为焦炭疏松，或者钻孔速度太快，上部焦炭没有支撑，发生塌方。处理的时候，将钻杆提起，重新从顶部慢慢往下钻，将塌落的焦炭冲碎排出，然后再继续钻孔，除焦的时候适当控制钻孔速度，避免塌方，对于疏松的石油焦，可以减慢钻孔速度，逐步往下走。顶底盖打不开一般是因为密封面被焦炭卡住，或者液压系统故障，或者长期使用导致密封圈变形粘连。处理的时候首先检查液压系统，压力不够就调整压力，密封面有焦炭卡住，就用高压水冲洗密封面，把焦炭冲掉，然后再尝试打开，如果还是打不开，就用辅助工具撬动，不要硬开，防止损坏顶底盖结构，必要的时候人工清理密封面的焦炭，再打开。8.延迟焦化装置生产不同牌号石油焦需要如何调整操作？石油焦按照质量可以分为针状焦、优质低硫焦、普通焦和高硫焦，不同牌号的石油焦对硫含量、灰分、挥发分、真密度都有不同的要求，生产中需要根据产品要求调整操作。首先，硫含量主要由原料硫含量决定，所以生产低硫石油焦必须控制原料硫含量，选择低硫渣油作为原料，如果原料硫含量偏高，生产低硫焦的时候只能通过调和或者掺兑低硫原料来控制产品硫含量，工艺操作对硫含量影响很小，所以原料控制是核心。然后是挥发分，挥发分是石油焦的重要质量指标，挥发分过高说明反应深度不够，生产中需要适当提高加热炉出口温度，提高反应温度，增加反应深度，降低石油焦的挥发分；如果挥发分过低，想要调整过来就适当降低反应温度，控制反应深度。同时，生焦周期也会影响挥发分，适当延长生焦过程中的反应时间，也可以降低挥发分。灰分主要来自原料中的杂质和携带的盐分，所以控制灰分首先要控制原料的杂质含量，加强原料脱盐脱水，除去原料中的固体杂质和盐分，同时减少消泡剂等药剂带入的杂质，生产高纯度石油焦的时候要选择低灰分的消泡剂，控制药剂注入量，减少药剂带入的灰分。生产针状焦的时候，对原料要求更高，一般需要低硫、低灰分、低沥青质的热裂化渣油或者催化裂化渣油作为原料，工艺上需要控制较低的加热炉出口温度，较低的循环比，控制反应深度，让石油焦得到有序的结晶，同时需要更长的生焦周期，控制升温速度，得到低热膨胀系数的针状焦。生产高硫石油焦一般作为燃料使用，对质量要求较低，可以加工高硫渣油，适当提高反应温度，提高石油焦收率，降低液体产品中的残碳，提高装置处理量。9.延迟焦化装置发生火灾爆炸的主要原因有哪些？如何预防？延迟焦化装置加工的都是易燃易爆的烃类物料，操作温度高，压力不高但物料一旦泄漏很容易引发火灾爆炸，常见的原因主要有：第一，设备泄漏，加热炉炉管结焦烧穿，高温油气泄漏，遇到明火发生火灾；管线腐蚀穿孔，阀门密封泄漏，法兰垫片损坏，都会导致油气泄漏，达到爆炸极限遇到点火源就会爆炸。第二，除焦或者切换塔过程中，可燃气体没有置换干净，进入空气形成爆炸性混合物，作业时遇到点火源爆炸，比如打开焦炭塔顶底盖的时候，塔内还有残余可燃气体，或者进入塔内作业的时候没有置换合格，发生爆炸中毒事故。第三，加热炉炉膛熄火后没有及时切断燃料气，燃料气在炉膛内聚集，重新点火的时候发生炉膛爆炸。第四，放空系统或者瓦斯系统带水，导致压力波动，或者安全阀失灵，超压导致设备损坏，