延迟焦化装置焦炭塔保温方案设计

许建选

（中国石油辽阳石化公司生产监测部，辽宁辽阳111003）

延迟焦化装置焦炭塔保温方案设计

许建选

（中国石油辽阳石化公司生产监测部，辽宁辽阳111003）

延迟焦化装置焦炭塔塔体的保温效果，对塔内液体的收率有很大的影响。原有的塔体保温设计没有考虑到塔体的特殊性，保温结构热损失大、易破坏、寿命短、塔体容易产生裂纹。文中采用了新型焦炭塔保温方式，该保温方式结构设计合理、保温性能优良、方便安装和拆卸、使用寿命较长，节能效果显著。

焦炭塔；保温改造；背带式保温；液体收率

某延迟焦化装置生产能力为1 600 kt/a，塔体的外部保温结构采用支持圈直接焊在焦炭塔外壁，使用“石棉+镀锌铁皮”的老式保温方法。该种保温结构，防水、防风及防腐蚀能力差，散热量大，能耗高，塔体温度分布不均匀，局部易破损，维修量大，费用高。现场勘察发现，塔顶和塔底保温已完全脱落，塔体中间部分很多地方鼓包、破损，保温层外壁温度高达70～80℃，造成了大量热能浪费，且对操作工存在烫伤的安全隐患。因此，更换焦炭塔的保温结构势在必行，以提高延迟焦化装置生产能力、生产效率，降低能耗，并消除安全隐患。

1 焦炭塔特殊性分析

（1）焦炭塔是一种低周循环的热疲劳容器，操作温度为450～500℃，且呈周期性变化。即48 h之内，从常温至500℃左右，再降至常温，操作温度的周期性变化，引起壳体热胀冷缩的周期性变化［1］。

（2）由于焦炭塔材料是Cr-Mo钢，且经过热处理，壳体不允许随意焊接各种附件，焦炭塔是热疲劳的压力容器任何附件的焊接都将形成壳体的很大的局部峰值应力［2］。所以壳体上不允许进行任何的焊接或者其它容易差生局部过高应力的作业。

（3）由于焦炭塔使用一定周期后会出现裂纹等缺陷，须定期进行检查，所以相应的保温部位应该是可以方便拆卸的，便于实施检查［3］。

焦炭塔工作的特殊性决定了保温材料的高质量要求、施工的特殊化。因此，使用有新材料、新结构方式组成的焦炭塔保温设计对未来的焦炭塔保温改造显得尤为重要。“背带式”保温是现在使用最广、技术成熟度最高的新型焦炭塔保温方式，通过同行业企业的实际使用，保温效果得到了验证。

2 焦炭塔“背带式”保温结构

焦炭塔“背带式”保温结构为相邻的内保温支持使用卡簧、半软质保温材料、伸缩性网架，外保温支持纵向、横向采用碳钢带，底部采用的弹簧、保温支持间隔均匀，保证了受力均匀。可满足焦碳塔从0℃至500℃左右的温度频繁升降对焦碳塔保温苛刻的工艺要求及焦碳塔热胀冷缩变形的要求；可增加焦碳塔外部的预制安装量，缩短保温安装工期；可防止焦碳塔因水力切焦产生的大量水进入保温层而使得保温层遭受损坏。整个焦碳塔的保温自成一体，确保焦碳塔正常工艺操作，节能增效，消除安全隐患，有利于装置的安稳运行。焦炭塔新型背带式保温结构见图1，2。

图1 焦炭塔整体保温结构

图2 焦炭塔保温结构切面

3 保温改造方案

针对延迟焦化装置焦炭塔原有保温的缺陷，决定采用新型“背带式”保温结构技术，对焦炭塔进行保温改造。

3.1 内保温支持结构

内保温支持结构轴向采用若干根碳钢带，上端和进料口的内支持钢圈连接，下端自由伸张。横向采用水平保温支持角钢支撑用卡簧连接，以适应焦炭塔随温度的热胀冷缩的变化。轴向支持碳钢带之间用不锈钢带束紧，防止相互窜动。

3.2 保温层

塔体保温层总厚度160 mm。最内层采用硅酸铝纤维毡；2层和3层采用憎水型复合硅酸盐板材；固定层在保温层外面，用不锈钢龟甲网将将保温材料加以固定，并为涂料层提供挂件；涂料层在固定层外侧涂抹复合硅酸盐涂料，使得整个焦碳塔保温形成一体，使外层壁温在40℃以下。防水层，为了防止雨水、除焦水或油污水侵蚀保温层，在涂料层外侧设三油二布。

3.3 外保温支持结构

由轴向、横向碳钢带组成。轴向碳钢带下端处设拉簧连接，解决了焦炭塔轴向热胀冷缩问题。

3.4 外保护层

采用铝合金瓦楞板，固定在外保温支持结构的碳钢带上。

4 保温技术分析

（1）“背带式”保温技术保温效果好，塔体外表面温度下降明显，塔体热损失小。据相关炼化装置采用新型保温材料考核数据得知，新型保温结构可减少热量损失，缩小加热炉出口与焦碳塔内的焦化反应温差。中国石油锦西石化公司统计数据显示，对焦炭塔改造前后塔身的外表面温度进行了散热标定，改造后单塔塔体散热量比改造前减少显著。与改造前相比，焦碳塔外表温度平均降低了11℃以上，因此应用新型保温可以大幅度提高液体收率（焦碳塔内介质温度每增加5.6℃，液体收率将提高1.1%左右）。

（2）可缩短预热时间，减少焦炭塔预热甩油量。中国石油锦西石化公司统计数据表明，焦炭塔保温改造前，单塔的预热时间为4.5 h，应用新型背带式保温后，预热时间仅为3 h，每塔预热时间平均缩短1.5 h。

（3）结构设计比较合理。不在设备本体上进行焊接作业；满足了新材质的要求，使用铝合金瓦楞板做外保护板；布局合理、施工规范、搭接缝和塞缝填实，有效地防止热量从保温层搭接缝处扩散。

（4）内部保温选材适当，使用寿命长，维护量小，费用低。施工所用材料如背带、瓦楞板等都是标准件，便于安装、拆卸等；在检查塔体裂缝时，省工、省时。

5 焦炭塔改造前后对比分析

5.1 改造前后温度对比

对焦炭塔保温改造前后分别用热红外成像仪对炉体外表面进行了红外照射，通过热红外成像分析，得出了塔体外表面温度前后对比数据，见表1。

表1 塔保温改造前后温度对比

从表1可以看出，焦炭塔保温改造后，焦炭塔各部位的表面温度下降显著，保温改造后的外表面平均温度与改造前相比，下降了15.4℃，说明新型焦炭塔保温改造取得了很好的保温效果［4，5］。

5.2 改造前后能耗对比

由表1中的数据可计算出该焦炭塔保温改造前、后塔体散热损失量：

式中q—表面热流量，kJ/（m2·h）；u—环境周围风速，m/s；tb—塔平均表面温度，℃；t0—环境温度，℃。

散热损失量：

式中S—焦炭塔传热面积，m2。

改造前的散热损失量：

Q1=3.6（10+u0.5）（tb-t0）×S=3.6×（10+1.20.5）×（62.4-20）×523.7=886 942.9 kJ/h=246.4 kW

改造后的散热损失量：

Q2=3.6（10+u0.5）（tb-t0）×S=3.6×（10+1.20.5）×（47-20）×523.7=564798.5 kJ/h=156.9 kW

改造后散热节约量为［6～9］：

Q1-Q2=246.4-156.9=89.5 kW

（计算中环境风速取1.2 m/s，环境温度为20℃）

从改造前后散热量的损失比较计算中可以看出，新型保温技术有效减少热量损失，使焦炭塔保持较高的反应温度，从而可以提高液体收率。由于焦炭塔改造后表面温度降低了15.4℃，散热节约量为89.5 kW，经济效益显著［10～12］。

6 结束语

塔体表面某些部位缺少保温或保温破损，长期裸露，特别在下雨、下雪时，会造成塔内外温差陡增，热应力增大，是塔体变形，焊缝开裂的潜在隐患。与以前的焦炭塔保温方式相比，新型“背带式”焦炭塔保温方式保温效果好，节能效果显著；其模块化的安装、拆卸方式极大的解决了生产过程中塔体进行裂缝检查时对塔体保温层的损害；其独特的设计结构和材料的使用，使得该种保温方式维护量小、维护费用低、使用寿命长；其良好的保温性使得炉体散热量大幅下降，从而使得塔内保持较高的反应温度，大幅提高了液体的收率。

［1］顾一天，贾桂茹，赵现峰.焦炭塔的新型保温结构［J］.石油化工设备技术，2005（2）：7-8.

［2］张维忠.焦炭塔选材与受力数学模型研究及工业应用［J］.石油化工设备技术，2007（5）：30-32.

［3］孙诗琨，郭敏铎，李锋.新型背带式保温技术在焦炭塔上的应用［J］.石油化工设备技术，2005（3）：22-24.

［4］陈晓玲，段滋华，李多民.国内外焦炭塔的研究现状及其进展［J］.化工机械，2009（1）：56-59.

［5］邱宏斌.焦炭塔选材与受力数学模型的研究及工业应用［D］.上海：华东理工大学，2006.

［6］顾一天，贾桂茹.大型焦炭塔的设计及其改进［J］.炼油技术与工程，2003（1）：51-54.

［7］孙诗琨，郭敏铎，李锋.新型背带式保温技术在焦炭塔上的应用［J］.石油化工设备技术，2005，26（3）：22-24.

［8］王永誉.焦炭塔披挂式保温局部超温原因分析及对策［J］.石油化工腐蚀与防，2015，32（5）：45-48.

［9］刘德志.焦炭塔裙座局部结构的处理［J］.石油化工设备技术，2009，30（5）：20-22.

［10］崔其山.焦炭塔的保温设计［J］.石油化工设备技术，2005（6）：4-7.

［11］沈惠芬.焦炭塔保温设计的改进［J］.石油化工设备技术，2013（4）：34-36.

［12］刘锡光.炼油厂延迟焦化装置焦炭塔制造技术改进［J］.压力容器，2004，21（4）：29-32.

Scheme design for coke drum insulation of delayed coking unit

Xu Jianxuan
（Production Monitoring Division of PetroChina Liaoyang Petrochemical Company，Liaoyang 111003，China）

Insulation effect of the coke drum body in the delayed coking unit has significant influence on the yield of liquid in the drum.The original drum body insulation design had not considered the particularity of the drum,the insulation structure had high heat loss,was easy to damage,had short service life,and the drum body was easy to generate cracks.In this paper,the new type coke drum insulation method is used,this insulation method has rational design of structure and good insulation performance,is convenient for installation and disassembly,has long service life,and significant energy-saving effect.

coke drum;heat transformation;strap-type insulation;liquid yield

TE962

B

1671-4962（2017）06-0048-03

2017-07-13

许建选，男，工程师，2008年毕业于哈尔滨工程大学化学工程与工艺专业，现从事节能监测工作。