新型延迟焦化加热炉设计探讨.pdf

第8期
新型延迟焦化加热炉设计探讨
吴振松
(中海油仁化工种有限公可,山东青岛266061)
摘要]随着焦化加热炉加エ的原油品质日益劣化及规模的日益扩大,焦化加热炉的设计要求越来越高。近年来国外大型
焦化加热炉的引进及国内技术的发展,使焦化加热炉的设计进行了改进。新技术在延迟焦化加热炉的设计被使用。在炉型
选择上,宜采用水平管单排管双面辐射妒型;对輻射管架,应特别注意辐射管架的热膨胀问题;对炉管材料,宜采用Cr9Mo
材质;对冷油流速,宜设计为2m/s左右較合理;对然器,宜选用低NOx的附墙燃烧器;为保证焦化炉的长周期安全运
行,宜采用在线娆焦技术;对炉衬,宜采用热容量较低的纤维类材料。与传统的焦化加热炉相比,采用新技术的焦化加热
炉在热效率、操作周期及操作费用等方面有着明显的技术和经济优势。
关鍵词]炼油装置;延迟焦化;加热炉;设计
焦化加热炉是延迟焦化装置的核心设备,焦。近年来,随着国外焦化技术的引进和国内技
其运行的好坏直接影响装置的运行問期和经济效术的发展,水半单排管双面辐射焦化炉技术越来
益。随着炼油装置加工的原油日益劣化、常减压越多地应用于工程设计。
装置加工深度的提高及径质油拔出率的上升,延
水平单排管双面辐射炉管的問向热强度不均
退焦化装置加工原料中重组分油品、残炭及盐类匀系数(即問向最高热强度与平均热强度比值
等含量均不断增加,焦化加热炉的操作条件日益仅为单排单面辐射炉管的2/3,炉管表面热强度分
苛刻,这对焦化加热炉提出了更高的要求叫;随布更均匀,峰值热强度和管壁温度都更低,从而
着焦炭塔的直径越做越大,延迟焦化装置规模亦更能缓炉管内结焦,延长焦化炉运行周期。同
日益大型化。延退焦化装置规模大型化是降低投时,在周向最高热强度相等的前提下,双面辐射
资、减少消耗、提高经济效益的重要手段,在设炉管的平均热强度设计值可取单面辐射炉管平
各投资和操作費用等方面都具有较大优势。因热强度的15倍,因此双面辐射炉管表面积可以比
此,研究开发新型延迟焦化加热炉的设计方法显单面辐射焦化炉表面积減少13,即单程炉管总长
得尤为重要。
度减少1/3。在相同的管内流速条件下,双面辐射
国外延退焦化技术以美国为代表,较成熟的排管不仅減小了管内压降,并且缩短了油品在管
有凯洛格( Kellogg)公司、鲁姆斯( ABB Lummus内的停留时间,从而达到延缓管内结焦、延长加
Grest)公司、大陆( Conoco)石油公司和福斯特。热炉操作問期的目的。所以,为适应加工劣质原
惠勒( Foster Wheeler)公司的技术。在国内自上海料和延长装置操作問期的要求,新设计的焦化炉
石化1999年底100万吨/年焦化装置建成并顺利投戸产宜采用水平管单排管双面辐射传热方式。
以来,延迟焦化技术及装置建设得到了较快发展。
另外,根据装置规模的大小,一般可将焦化
批年加工能力在100万吨以上的延退焦化装置陆炉设计成多室结构,各室完全隔开,一室放置
续建成并投产,単套最大加工能力已达210万吨/年管程的炉管。这样一程在线清焦或烧焦时,其余
(惠州炼油)。作为焦化装置核心设备的焦化炉,各程可正常运行,或一室烧焦,其余各室继续正
工程技术亦取得了长足进步。本文主要对延迟焦化常运转。
加热炉设计采用的新技术加以综述。
1.2辐射管架
1焦化炉设计相关问题及新技术应用
焦化炉采用单排卧管双面辐射炉型时,辐射
1.1加热炉的结构型式
国内焦化装置加热炉大多数为单面辐射卧管作者的介:英松(山等20中吧白
炉,流速低,炉管表面热强度不均匀,炉管易结在中海油化工程有限公可从事加热炉方血的设工作。
万方数据
石油和化工设备
20-口论文广场
2017年第20卷
管架处在高温的辐射室内干烧,其金属温度可达般认为,介质在430℃以后的停留时间应控制在
到800℃以上。因此,管架材料须选用Cr25Ni20。40s以内。
辐射管架可采用悬吊式或下支撑式结构,通常悬
原料越重注水(蒸汽)量相对越多,但
吊式结构管架在稳定性、热膨胀补偿及经济性等注水(蒸汽)量的增加会导致炉管压降増大,
方面具有较大优势。射管架的Cr25Ni20钢线膨显著增加加热炉的热负荷,能耗加大。国外焦
胀系数比一般钢材大,这将造成出入口炉管很大化炉设计的注水(蒸汽)量一般只有进料量的
的位移。因此,出入口炉管穿过炉墙处应设置密0.3%~-0.5%,并采用多点注水(蒸汽)技术。国
封装置,既保证炉膛密封,又保证出入口炉管能内焦化炉设计的注水(蒸汽)量一般为进料量的
白由位移。
2%左右,有的是单一点注水(蒸汽);有的是两
此外,对流室至辐射室的转油线设计应特点:第一点在辐射遮蔽管出口辐射入口处,第
别注意辐射管架的热膨胀问题。辐射管为下支撑点在辐射出口前6~8根炉管处;有的为
时,应将最上部辐射管在转油线组焊时向上预拉口、中部和出口三分之一处。至于注水还是注汽
伸一段距离,且将对流管板上的对应管孔开成长哪个方案更佳,至今尚无定论,但国内注汽的比
圆孔,让刈流管作为辐射管架的补偿。辐射管架较多见。值得注意的是,与注入中压蒸汽相比,
采用上吊式时,则可不必考虑这个问题,只需考注水更易造成炉膛温度升高,这对运行在负荷上
虑辐射气入口管少量的向下位移。
限的焦化炉是比较危險的。
3炉管材质的选择
焦化炉管油品线速度达到2m/s以上即可控制
目前国内焦化炉炉管材料多为Cr5Mo(A335
结焦速度,为了提高焦炭的质量,国内外目前己
P5),但由于辐射炉管的金属峰溫可达到560℃经开始采取不注水(注汽)或少注水(注汽)的
(开工初期)~650℃(开工末期),而Cr5Mo材方法米诚少炉管的结焦,采用提高冷油流速到
质炉管的最高使用温度为600℃,因此采用Cr5Mo1.8~2mS和其它描施米保证焦化炉长周期安全
材质炉管的焦化炉多存在高温区炉管严重氧化爆运转。因此在大型焦化炉设计中冷油流速设计为
皮现象,均须定期更换,从而影响了焦化炉的长2ms左右较合理。
周期操作。国外延退焦化炉炉管多采用Cr9Mo材1.5燃烧器选型及布置
质,Cr9Mo材质炉管的最高使用温度可达650℃,
燃烧器的类型及性能对焦化炉的操作具有极其
极限设计金属温度为705℃,可有效避免氧化爆皮重要的作用。为满足炉管表面热强度及烟气温度沿
现象发生。因此新设计的双面辐射焦化炉炉管宜炉膛高度方向上均匀分布的要求,其火焰高度应在
采用Cr9Mo材质
炉瞠高度的13为宜。为满足炉管表面热强度及烟气
另外,若加工介质含高硫高酸时,应根据貝、温度沿炉管长度方向上分布的均匀性要求,采用能
体情況,酌情选用18-8或TP316L材质的炉管
量较小、扁平火焰的气体燃烧器较为合适。各台燃
1.4多点注水(蒸汽)技术
烧器应均匀分布,并要求火焰形状稳定且不飄动,
焦化炉设计的核心问题是如何减缓炉管的火焰不添管,以延缓结焦并减少污染。
结焦。结焦速度取决于焦垢生成速度和焦垢脱离
近几年设计的大型焦化炉多选用低NOx的附
速度,即:结焦速度=焦垢生成速度一焦垢脱离墙燃烧器,附墙燃烧器采用热壁辐射技术,火焰
速度。根据管内介质不同的加热阶段,在管路系添墙贴着炉壁上升,先把炉墙加热成一个均匀
统不同部位分别注:入不同比例的水或蒸汽。其作的热壁载体,再将能量辐射给炉管,使炉管受到
用是:在裂化反应加