加氢装置加热炉的运行优化

王莹波

(中国石化洛阳分公司，河南洛阳 471012)

·生产与实践·

加氢装置加热炉的运行优化

王莹波

(中国石化洛阳分公司，河南洛阳 471012)

对加氢炉设计情况进行了介绍，从设备问题、燃料质量及性质变化、重沸炉负荷变化、加工负荷调整频繁、附属系统及仪表控制故障等多方面，针对运行中存在的问题进行了分析，并对在生产检修中过程中采取的更新设备、优化生产方案、加强重沸炉负荷控制、优化三门一板操作等优化操作措施进行了说明，介绍了取得的节能效果，提出了今后优化的建议。

节能降耗;炉管;热负荷;热效率

0 前言

中国石化洛阳分公司三联合车间有三套加氢装置:260万t/a直柴加氢装置、76万t/a航煤加氢装置及76万t/a催柴加氢装置。目前由于催柴加氢装置处于停工期间，故实际运行加热炉四台:直柴反应炉F3401及重沸炉F3402，航煤反应炉F3201及重沸炉F3202。目前由于加热炉存在瓦斯组分波动大、负荷变化频繁、设计落后、设备老化等问题，影响了加热炉的热效率［1］。

1 加氢装置加热炉简介

1.1 柴油加氢装置加热炉

260万t/a柴油加氢装置反应加热炉F3401和分馏塔底重沸炉 F3402均是2010年建成投用。F3401设计热负荷11 800 kW，炉型为单排双面辐射立管立式炉。该炉通过空气预热器回收烟气余热，配置了相应的风机、快开风门等辅助设备。

F3402为辐射对流型圆筒炉。设计热负荷为20 200 kW，设置了余热锅炉等节能设备以回收烟气余热。F3402设计采用油气混烧火嘴，并在地面上设置负荷可调式空气预热器，和配置的引风机、鼓风机及相应控制系统一起实现火嘴的高效燃烧。

1.2 航煤加氢装置加热炉

76万t/a航煤加氢装置反应加热炉F3201和分馏塔底重沸炉F3202均为圆筒炉，设计热负荷均为7.56 MW。二炉均设有空气预热器以回收烟气余热，配置了相应的风机、风门等辅助设备。

2 操作中存在问题分析

2.1 F3201和F3202空气预热器、燃烧器等老化、腐蚀

F3201和F3202空气预热器自20世纪90年代投用至今，已发生多处腐蚀穿孔现象，不仅不能实现空气预热，且由于其泄漏后空气侧有阻燃气体(氮气)，直接影响了火嘴的燃烧状况，经常导致F3201火焰频繁发生熄火现象。同时航煤二炉还存在燃烧器和风门严重老化、燃烧器内部衬里严重损坏、燃烧器外部配件锈蚀严重、风道蝶阀密封性能差、炉墙外壁温度超标等问题。

2.2 加热炉负荷频繁调整

由于直柴加氢装置柴油加氢实施间歇性生产国四或国五柴油的方案，因此根据生产要求，生产国五柴油期间需要较高的反应苛刻度，反应器床层温升较生产普通柴油时增加较多，这就导致了F3401负荷大幅降低。因此，加热炉的燃烧情况也随加工方案而频繁调整，不仅增大了操作难度，也给衬里的长周期运行带来了冲击。

在生产中由于航煤处理量的提高，航煤反应温度由原来的265℃提至290℃，直接导致F3201热负荷变大。而F3201燃烧器为自然通风，在负荷变化时燃烧工况波动较大。具体表现有:燃烧期间火嘴燃烧状况不尽相同(有发飘发黄的、有全蓝的)，并有脱火现象发生;点火过程中部分火嘴易熄火;调整过程中易出现闪爆等。

同时随着装置处理量的变化，也使加氢装置的重沸炉F3202及F3402负荷随之变化，调整频繁。由于航煤加氢装置处理量及反应温度较原设计偏低较多，航煤分馏塔底重沸炉负荷仅为1.3 MW，占设计负荷(7.56 MW)的17%，氧含量控制异常困难，导致F3202对流室氧含量长期在9%上下;实际生产中直柴加氢装置原料不足，而且生产方案调整相对频繁，加之上游装置调整所带来的负荷变化等原因，导致其重沸炉负荷在60%～105%间频繁调整。

2.3 加热炉存在漏风现象

炉子漏风点主要是各种炉壁表面的结合处缝隙、各种表面开口处的缝隙。包括对流室顶、对流室箱盖板、辐射室人孔门、激波吹灰器爆破弯头密封口、集合管与箱盖板连接处等。同时内部保温材料的脱落、损坏也增大了散热损失。

2.4 瓦斯系统压力不稳、燃料气脏，影响加热炉平稳操作

在运行中不仅燃料气压力、组分等的变化会影响各炉的工况，而且由于瓦斯内杂质燃烧后产生酸性气体，易产生腐蚀，运行中发生了瓦斯罐底排凝线弯头出现裂缝、瓦斯软管泄漏、管线及设备频繁堵塞等问题，导致了加热炉调整的困难。另外直柴重沸炉F3402还专设了两个瓦斯尾气燃烧火嘴，其量少，且不稳定，对该炉操作也有影响。

2.5 附属系统及仪表控制的影响

各炉应用了空气预热器、鼓风机、引风机和先进控制系统，但在实际运行过程中，风机等辅助系统及仪表故障较多，特别是炉F3201和F3202烟道挡板和风机出口蝶阀老化，基本失去调节作用;另外由于F3202长明灯自保阀引压线测压点位置设置错误(测压点设置在自励式调节阀后)，导致其正常处于压力低低联锁自保状态(阀联锁关闭)，长明灯不能投用，给安全生产造成了很大困扰。

3 优化和解决措施

3.1 采用新型燃烧器、更新空气预热器及附属管道

根据炉F3201的工况，分析其工况恶化的根本原因是加热炉瓦斯与空气混合不均匀，现有的燃烧器老化不匹配，为此在线采用了新型鼠笼式结构的后置预混式燃烧器进行了全部更换。同时增上了瓦斯分支管线就地压力表和瓦斯调节阀后压力至DCS系统的远传仪表，丰富了监控手段。在2015年大检修中对航煤炉F3201和F3202扰流子空气预热器及其附属的腐蚀管道进行了整体更换，消除了空气预热器内漏现象。

3.2 优化生产方案和操作

柴油加氢生产国五柴油期间，由于反应苛刻度提高后，反应放热增加，加热炉负荷降低，通过熄灭F3401全部主火嘴，只对称留用部分长明灯的措施，从而节约瓦斯气约250 Nm3/h;同时，考虑到只有部分长明灯燃烧，耗氧极少，通过停运反应炉鼓风机及引风机，每小时实现节电40.5 kW·h。

在航煤处理量和反应温度提高的工况下，加热炉F3201热负荷也同步变大。在实际生产中通过摸索新型鼠笼式结构的后置预混式燃气喷头的燃烧经验，优化风门配风，适当地降低其火焰高度等措施实现了F3201的高效燃烧。在此基础上，对F3202及F3402的进料温度加强监控，根据处理量的变化提前优化，特别是对重沸炉四路进料的流量进行严格控制，加强了对炉F3402余热锅炉的优化操作;并且针对F3202实际运行负荷较低的情况，熄掉部分主火嘴，较好地保证了加热炉在低氧含量情况下火焰的正常燃烧。

3.3 全面堵漏、炉子内衬喷涂反辐射涂料

为切实防止漏风损失，车间对各台炉子的具体情况进行了全面统计后统一使用浆料、保温材料等进行了集中整改填补;同时在2015年大检修中对四台加热炉内衬喷涂反辐射涂料，并加强了看火窗的管理，基本消除了漏风问题。

3.4 稳定瓦斯压力及组成、通过检修中处理管线及阀门堵塞问题

在运行中及时稳定燃料气压力、组分等，控制好直柴重沸炉F3402两个瓦斯尾气燃烧火嘴的流量，减少因瓦斯压力及组成变化引起的加热炉操作波动;在检修中通过对航煤瓦斯罐底排液线进行了疏通，底部各阀门进行了更换，消除了瓦斯罐底排液管线堵塞的隐患;通过对瓦斯系统阀门进行了检修，对阻火器及瓦斯喷枪进行了全面拆装清洗，对所属管线进行吹扫等措施消除了管线及阀门的堵塞问题。

3.5 增上风机调速系统、更新挡板等设备

在2015年大检修中对航煤炉F3201和F3202烟道挡板和风机出口蝶阀进行了更换，特别是炉F3202增上了风机永磁调速系统，可有效控制风量;同时对F3202长明灯自保阀引压线测压点问题进行了移位整改，消除了隐患。

4 直接和间接经济效益

经检修和优化，加氢各加热炉的热效率均控制在较高的水平，直柴加氢装置按2015年生产模式(一年中120 d生产国五柴油)计算:则停用鼓、引风机后，每小时节电40.5 kW·h，累计年节约:40.5× 24×120×0.58=3.92万元;熄灭F3401全部主火嘴后，该炉节约瓦斯250Nm3/h，则可节约:250× 0.68/1 000×24×120×3 464=169.6万元/a(电、瓦斯单价均按当前结算价计)，而且停用风机后，缩短了风机的运行时间，提高了设备的运行寿命，节省了检维修费用。特别是随着空气预热器、风机永磁调速系统等节能设备的投用，使F3201其反应炉热效率由87.6%提高到了90.1%;航煤F3202在实际负荷为1.19 MW(设计负荷7.56 MW)偏低情况下，通过操作优化，热效率也达到89.57%，效果显著。

表1 2015年优化和措施实施后各炉实际热效率与设计值比较表

从表1可看出，F3201等各炉的热效率达到和超过了原设计值，节能效果显著(因正常运行中F3401火嘴全熄，故表格中未列出)。

5 结论

综上所述，经过装置技术改造及优化操作，加氢装置加热炉热效率有了明显提高。在实际运行中，通过采取加强管理、勤调三门一板等措施，保持辐射室拱型部位炉膛负压在-20～-10 Pa、对流室氧含量在3%左右，实现燃气量同空气量的最佳匹配是优化控制的要点，可有效提高热效率。同时采取适当措施净化系统瓦斯，将进一步提高炉子燃烧效果，提高热效率。

［1］ 中国石油化工集团公司人事部编.汽(煤、柴)油加氢装置操作工［M］.1版.北京:中国石化出版社，2009: 135.

TQ051.5

B

1003-3467(2017)02-0035-03

2016-12-16

王莹波(1971-)，男，石油炼制工程师，国家注册安全工程师，从事重整及加氢装置的生产管理工作，电话:13526988636。