在线清焦技术的应用对焦化加热炉的影响

郑志斌，蔡海军，魏 文，魏志强

(中国石油乌鲁木齐石化公司，乌鲁木齐 830019)

在线清焦技术的应用对焦化加热炉的影响

郑志斌，蔡海军，魏 文，魏志强

(中国石油乌鲁木齐石化公司，乌鲁木齐 830019)

介绍了在线清焦技术在中国石油乌鲁木齐石化公司1.20 Mt/a延迟焦化装置加热炉上应用后对加热炉产生的影响。在线清焦技术的应用有效延长了加热炉的运行时间，但是也对加热炉产生了不利影响，实践证明在线清焦操作会导致加热炉炉管表面热偶脱落、炉管表面氧化剥皮、炉管入口固定螺栓松动、炉管出口法兰螺栓疲劳等不良后果。同时针对在线清焦操作产生的不良影响，提出了一些建议。

在线清焦 延迟焦化 加热炉 损害

中国石油乌鲁木齐石化公司1.20 Mt/a延迟焦化装置加热炉于2011年11月正式投用，加热炉为直壁附墙燃烧双面辐射立式炉，炉管材质为A335P9，加工介质为减压渣油，设计负荷41.79 MW。2012年9月中国石油乌鲁木齐石化公司首次对加热炉进行在线清焦操作。本文主要介绍在线清焦技术的应用对焦化加热炉的影响。

1 在线清焦技术的应用

在线清焦技术最早起源于乙烯裂解炉的设计和操作，该技术可以实现在不停炉的情况下对炉管内结焦进行有效的清除。操作时对加热炉多管程中的某一管程切除进料并通入清焦介质除氧水或凝结水，清焦介质以及清除的焦炭与其它正常运行管程的油品一同进入焦炭塔。在线清焦技术有两种[1]：一种是恒温法，其原理是利用高速流动的水蒸气对焦垢层的冲刷作用及水蒸气在高温下与焦炭发生水煤气反应生成一氧化碳和氢气；另一种方法是在线清焦的核心方法，即变温法。变温法的原理是利用金属炉管与管内焦垢层热膨胀系数的不同，通过快速升高及降低炉管温度，使得焦炭层与炉管剥离。

2012年9月中国石油乌鲁木齐石化公司焦化加热炉综合应用两种在线清焦方式，首次对加热炉进行在线清焦操作[2]，统计至2013年8月共对加热炉分支炉管进行25次操作。应用在线清焦技术后，炉管表面温度下降80 ℃以上，燃料气用量减少500 m3/h(标准状态)，有效延长了加热炉运行时间，为全装置达到三年一修提供了有力保障。分支炉管在线清焦统计数据见表1。由表1可见：1号炉管清焦9次，清焦次数最多；2号、4号炉管清焦5次，清焦次数最少。加热炉运行初期单支炉管清焦时间平均在24 h左右，升降温8次左右。在装置运行后期单支炉管的清焦时间延长到58～100 h，升降温次数多达13～27次，清焦难度不断增大。

表1 分支炉管在线清焦统计数据

2 在线清焦对炉管的影响

2.1 炉管表面热偶脱落

经过25次在线清焦操作后4支炉管表面热偶共出现7个失灵，热偶显示温度明显高于炉管表面温度，接近炉膛温度。热偶失灵的主要原因是在线清焦过程中，快速升降温对热偶焊接处产生热应力，导致热偶焊缝断裂，热偶脱落。在2013年8月停工检修中对炉管热偶进行检查，发现失灵的热偶均发生焊缝断裂。

2.2 炉管出口法兰螺栓疲劳延长

炉管经过3次以上在线清焦操作后，加热炉出口法兰螺栓出现疲劳延长现象，在清焦操作完成后投用进料时，出现加热炉出口法兰瞬间撑开发生泄漏。原因是多次快速升降温过程中，加热炉出口法兰螺栓出现疲劳延长现象，在投用进料时炉管入口压力升高导致加热炉出口法兰泄漏。

2.3 炉管入口固定螺栓松动

在线清焦操作中，灭火降温时清焦注水流量需从7 t/h提高至9 t/h，大量低温水迅速带走炉管热量，此时炉管会发生震动，在清焦操作过程中发现炉管入口固定螺栓震松脱落的情况。所以在操作过程中要加强所有炉管固定螺栓的检查工作，确保将在线清焦操作对炉管产生的冲击降至最低。

2.4 炉管宏观检验

在线清焦快速升降温的实现，需要快速将清焦炉膛全部主火快速点燃或熄灭，所以清焦炉膛的氧含量控制难度比较大，容易出现炉膛氧含量超指标的情况。初期对炉膛氧含量控制没有重视，导致分支炉管出现不同程度氧化剥皮现象。2013年8月20日加热炉检验报告对炉管的宏观检验显示，1号炉管第1～9根、2号炉管第1～8根、3号炉管第1～6根和4号炉管第1～6根，表面都有不同程度氧化脱落现象。在2012年5月24日曾对加热炉进行全面检测，在线清焦技术应用前，加热炉炉管未见氧化剥皮现象，说明在线清焦操作时氧含量过高会导致加热炉炉管表面出现氧化剥皮。

2.5 炉管厚度检测

在2013年8月停工检修中对加热炉炉管厚度进行检测，加热炉清焦前后炉管厚度检测结果如表2所示。由表2可见：1号炉管平均厚度减薄0.34 mm，最薄点厚度变化最大，减薄值为0.80 mm；4号炉管平均厚度减薄0.12 mm，最薄点厚度变化最小，减薄值为0.60 mm。结合表1可见：1号炉管清焦次数最多，所以1号炉管厚度减薄最严重；2号炉管在线清焦次数少，但连续清焦时间最长，最长时间达到100 h，升降温次数最多，单次清焦升降温27次，所以2号炉管厚度减薄情况仅次于1号炉管；4号炉管清焦次数和连续清焦时间最少，所以4号炉管厚度变化最小。说明分支炉管在线清焦次数越多，连续清焦时间越长炉管减薄程度越大。

表2 炉管厚度检测结果

2.6 渗透探伤

在2013年8月对加热炉1号～4号炉管各抽2处焊缝进行了渗透检测，未发现可记录性缺陷，评为Ⅰ级，说明在线清焦操作对炉管焊缝无影响。

2.7 硬度检测

按金属显微组织检验方法GB/T 13298—1991要求在分支炉管中的第1根直管、第2根直管以及第2个弯头上各选取一点，磨制1个金相点JX-13-100。经抛光、浸蚀及复膜后进行检验，金相组织检测结果均为回火索氏体。

在金相组织检测位置利用硬度检测仪HT-2000A/20-9709检测炉管硬度，炉管硬度检测数据(HBHLD)见表3。

表3 炉管硬度检测结果

由表3可知，以上8根直管及4个弯头的金相组织均正常，说明前期在线清焦操作对炉管金相组织无影响。2012年和2013年炉管硬度检测结果见表4。由表4可见，对比2012年和2013年炉管硬度检测数据，1号～4号炉管硬度平均值和最低值变化不大，说明前期在线清焦操作对炉管硬度无明显影响。

表4 2012年和2013年炉管硬度检测数据

3 结论及建议

在线清焦技术的应用有效延长了加热炉的运行时间，但是也对加热炉产生了不利影响，实践证明在线清焦操作会导致加热炉管表面热偶脱落、炉管表面氧化剥皮、炉管入口固定螺栓松动、炉管出口法兰螺栓疲劳等不良后果。

由加热炉检测报告可知，一个运行周期进行25次在线清焦虽然对炉管金相组织、炉管硬度无影响，渗透探伤也未发现可记录性缺陷。但宏观检测炉管表面氧化剥皮现象较严重，炉管出现不同程度减薄现象。在线清焦次数越多，连续清焦时间越长炉管减薄程度越大。综合分析出现的问题之后，在以后的清焦过程中应该注意以下几点：

(1) 检修中对炉管表面热偶全面检查，对于焊缝有裂开的要重新焊接，确保焊缝严密焊透。

(2) 在线清焦操作过程中，需要严格控制清焦炉膛的氧体积分数不大于3%，减少炉管表面氧化剥皮，尤其是在高温恒温时间段，炉管表面达到了675 ℃，过高的氧含量会加重炉管氧化剥皮情况。

(3) 加强对炉管进口固定螺栓的检查，在操作前及操作过程中均需要对固定螺栓检查和恢复。在投用进料前对加热炉管出口法兰进行热紧，防止投进料时发生泄漏。

(4) 加强加热炉日常运行管理，减少在线清焦次数；制定合理的清焦界面条件，在加热炉炉管出现轻微挂焦时进行在线清焦，防止炉管结焦过厚，减少在线清焦持续时间。

(5) 装置停工检修期间，需对加热炉进行全面检查，尤其是炉管的检测尤为重要。

[1] 魏学军，李出和，胡刚.焦化加热炉在线清焦的设计与实践[J].石油化工设备技术，2008，29(2)：33-35

[2] 郑志斌，魏文.在线清焦技术在1.2 Mt/a焦化加热炉上的应用[J].石油炼制与化工，2014，45(7)：62-65

EFFECT OF ONLINE DECOKING TECHNOLOGY ON LONG-TERM OPERATION OF COKING FURNACE

Zheng Zhibin， Cai Haijun， Wei Wen， Wei Zhiqiang

(RefineryofUrumqiPetrochemicalCo.，CNPC，Urumqi830019)

Urumqi Petrochemical Co.，CNPC adopts the online decoking technology for its 1.2 Mt/a delayed coking device. This text introduces the situation of heating furnace. The online decoking technology prolongs the furnace running time， but has some adverse effect on the heating furnace， such as thermocouple falling off， tube surface oxidation peeling， tube entrance capebolt loosing，heating furnace outlet flange bolt fatigue. Some suggestions are proposed to solve these damages.

online decoking； delayed coking； heating furnace； damage

2014-07-14； 修改稿收到日期： 2014-10-20。

郑志斌，2010年毕业于东北石油大学化学工程与工艺本科专业，从事延迟焦化装置工艺技术管理工作。

郑志斌，E-mail：zhengzbws@petrochina.com.cn。