降低延迟焦化加热炉燃料气单耗的原因分析与措施

付金

（1.西安石油大学材料科学与工程学院，西安710065；2.中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，洛阳471012）

降低延迟焦化加热炉燃料气单耗的原因分析与措施

付金

（1.西安石油大学材料科学与工程学院，西安710065；2.中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，洛阳471012）

加热炉是延迟焦化装置的核心设备，中部某炼厂延迟焦化加热炉存在燃料气单耗偏高的问题，通过对燃料气单耗影响因素原料性质、分馏系统和炉管结焦的分析，并采取了相关措施，取得了显著效果。

加热炉；原料性质；分馏系统；炉管结焦

1 前言

中部某炼厂140万吨/年延迟焦化装置以常减压装置生产的减压渣油为原料，采用LPEC设计的“可灵活调节循环比”工艺流程，生产汽、柴、蜡油等产品。延迟焦化原理是利用重油在热转化深度较低时结焦前体物不易出现的现象，在焦化加热炉炉管内获得重油轻质化所需要的能量，在焦炭塔内完成生焦反应的工艺过程[1]。焦炭塔生焦反应所需要的热量全部来自于加热炉，故加热炉是整个装置的核心单元设备[2]。据了解，在焦化装置总能耗中，加热炉燃料气单耗占61%，在所有能耗中所占比重最大，因此如何降低焦化装置加热炉燃料气单耗，成为了焦化节能降耗的关键。

2 影响加热炉燃料气单耗的因素

2.1 分馏系统操作对燃料气单耗的影响

原料在进入加热炉前，首先和分馏塔侧线的柴油、中段抽出油、轻蜡油、重蜡油和底循环油等换热器进行换热，温度升高后进入加热炉。如果进料温度高，在加热炉辐射段出口温度不变的条件下，可以有效降低燃料气单耗。另外，焦炭塔预热后的甩油目前也是进入分馏塔进行回炼，甩油温度较低，会吸收一定的热量，影响原料的换热终温。因此，对分馏塔合理进行优化操作，提高换热终温，可以降低燃料气单耗。

2.2 炉管内结焦对加热炉燃料气单耗的影响

加热炉进料主要是渣油，其富含沥青质、胶质以及重金属，结焦倾向大。渣油进入炉管后，以490℃左右的高温在炉管内流过，虽然三点注汽可以适当减缓渣油在炉管内的结焦速度，但是渣油在炉管内的结焦不可避免，表1为加热炉炉管的结焦情况，由表可知，加热炉炉管结焦严重，炉管内部焦层厚度为6 mm左右，按照清焦前后燃料气单耗计算，每毫米焦层消耗燃料气约为0.33kgeo/t。所以，炉管内焦层厚度对燃料气单耗存在较大影响。

2.3 原料性质对燃料气单耗的影响

该炼厂延迟焦化加热炉的原料分为两部分，一部分来自从常减压装置（热渣），一部分来自公司罐区（冷渣）。原料渣油进入焦化装置后先进入缓冲罐，之后进入加热炉。在进入加热炉前，原料性质的改善主要靠循环油量大小来控制。常减压生产波动，也会导致到焦化装置的渣油量变化较大。为了保持焦化原料缓冲罐液面平衡，必须调节来自罐区的渣油量，原料流量的频繁波动导致渣油性质波动加大。渣油性质中沥青质、胶质和残炭值对炉管结焦有较大影响，原料性质的不稳定性，将会导致炉管结焦倾向增加，炉管内结焦使加热炉燃料气单耗增加。

3 采取措施

3.1 优化分馏系统操作，提高原料换热终温

按照分馏塔侧线和原料换热的流程，加大分馏底部物料和原料的换热，可以有效提高换热终温。但是，热量如果向分馏塔下部转移过多，将会影响轻质油的产品质量和收率。因此，合理调整分馏系统总体热量分配比例，对降低燃料气单耗至关重要。经过分析各个侧线换热器的运行情况，在安全生产的基础上提高回流量，可以提高换热终温。

同时为了提高进入分馏塔的热量，还采取了以下措施：

3.1.1 预热初期，甩油直接出装置，减少预热后期至分馏的量，降低回炼冷油对分馏塔塔热量的影响，增加换热终温；焦炭塔预热到200℃以后再进入分馏塔，同时严格控制流量，保持蒸发段温度不得低于370℃。

3.1.2 提高焦炭塔顶油气至分馏塔的温度，由415℃提至424℃，增加油气进分馏塔热量，将焦炭塔的热量尽可能多的转移至分馏系统，提高换热终温。

3.1.3 定期清理换热器循环油-渣油换热器。因为循环油是热含量最大，温度最高的组分，换热器内部结焦情况最为严重。在机械清焦期间，在处理量较小的情况下，将该换热器一切一备进行清理。

经过优化分馏塔系统以及相关操作，在保证汽、柴油收率的前提下，将热量合理转移，提高了换热终温，降低加热炉瓦斯单耗约0.24kgeo/t。

3.2 适时进行机械清焦，有效降低燃料气单耗

因为炉管本身材料限制，炉管表面温度超过650℃后对炉管损害较大，同时当炉管表面温度过高，也会加剧炉管内焦炭层的增加速率，导致燃料气单耗增加。所以，依据炉管表面温度，选择合适的时间清焦，可以有效地降低燃料气单耗。

表2为在2012年与2013年1～6月份加热炉单耗数据，由表可知，在每次加热炉进行机械清焦后，燃料气单耗可以降低约1.5kgeo/t，效果显著。

表2 2012年与2013年1月～6月加热炉燃料气单耗

3.3 优化装置进料，合理控制循环比

对于焦化装置原料性质变化复杂，不易控制的特点，主要采取增加检测，及时优化的手段，同时，对于原料性质劣质化的问题，对应合理调整循环比，改善进加热炉时的性质，减缓炉管结焦，有效降低瓦斯单耗。

3.3.1 增加原料性质监控频率，及时改善进料性质

3.3.1.1 增加了对渣油性质的分析频率，对于原料的主要性质（密度、残炭值等），坚持每天分析，对于次要性质（金属含量、盐含量等），由每月一次增加到每月二次，四组分依据残炭值变化，可及时联系对渣油进行加样分析。

3.3.1.2 若发现原料残炭值、胶质和沥青质含量变化超过设计值的2%，要对常减压进料及时进行调整，减少劣质原油进料，增加轻质原油比例，以达到改善焦化进料性质的效果。改善后加热炉燃料气单耗减少了0.17kgeo/t。

3.3.2 依据进料变化，合理控制循环比

增加分馏塔底部循环油进入原料渣油量，可以有效改善进入加热炉原料的性质，是防止加热炉结焦最直接有效的方法，能降低燃料气单耗。但是循环比过大，又会增加燃料气单耗，起到相反作用，所以循环比大小的控制是难点。根据多年生产经验，该厂得到了循环比与渣油密度变化的对应关系，如表3所示。

表3 渣油性质变化对应循环比

2013上半年，根据渣油在线密度，将循环比控制在0.10～0.15之间，平均循环比为0.12。通过合理的控制循环油量，在不增加炉管结焦的前提下，增加了处理量，同时降低加热炉燃料气单耗0.11kgeo/t。

4 结论

经过对该厂延迟焦化装置加热炉分析，可知影响加热炉燃料气单耗的主要因素是：原料性质、分馏系统操作和炉管的结焦状况。同时依据焦化装置的特点，通过对原料性质来源进行优化，对分馏系统以及相关操作进行调整和对加热炉进行适时机械清焦等方法，有效地降低了加热炉瓦斯单耗，取得了显著效果。

[1]林世雄，石油炼制工程（第三版）[M]，北京：石油工业出版社，2000：302-310.

[2]钱家麟，于遵宏，李文辉等.管式加热炉第二版[M].中国石化出版社，2003.

TE963

A

1671-0037（2014）01-52-1.5

2013年12月6日。

付金（1984.6-），男，在读硕士，助理工程师。研究方向：材料科学与工程。