延迟焦化加热炉炉管结焦原因探析

肖国营

摘 要：焦化的特殊工艺特性，会使加热炉炉管产生结焦，会使得延迟焦化装置无法较长时期运行。本文对炉管结焦机理和原理进行分析，并提出预防结焦和减缓措施。

关键词：延迟焦化;加热炉结焦;原因

延迟焦化装置设备中，最为关键部件为加热炉，生产所需要的焦化原料有着较高的黏度和密度，还会存在高残炭。在装置生产过程中，难免会产生焦化加热炉炉管结焦问题。受到原油品质、常减压装置加工深度和轻质油拔出率等方面的影响，延迟焦化装置生产所需的原材料中盐类、重组分油和残炭等数量不断增多，会使加热炉炉管产生较为严重的结焦现象。焦化装置的生产周期很大程度上是由炉管结焦程度决定，需要对炉管结焦原因进行深入分析，制定有效的处理措施来保证延迟焦化装置可以较长时期运行。

1 炉管结焦机理和原理分析

1.1 炉管结焦机理

焦化加工的对象主要为重油和渣油，有着较大黏稠度，构成物质比较复杂。存在着较多的大分子非烃物、无机盐、沥青质和金属离子等，重油中的分子会在较高温度和件下形成自由基，会以多种方式来进行化学反应。可以形成裂化反应，从大分子物质裂化成小分子。也可以重新形成大分子物质，裂解和缩合反应可以同步开展，炉管中积累的焦炭主要形成于重油物质中的沥青质产生的缩合反应。产生结焦现象主要是由于焦炭产生积累而导致。渣油主要由沥青、饱和烃、胶质和芳烃构成，还存在着金属、硫和氮等物质构成，为胶体分散体系，以沥青质作为关键物质来产生吸附作用，以胶质方式产生胶束。加热炉中存在的生产原料被加热之后，由于渣油中存在着较多的沥青、胶质等，会随着原料产生汽化及裂解反应，部分物质会产生缩合反应，会在炉管表面金属中形成沉积，焦核会在炉管中产生污垢层，通过脱氢缩合反应后产生焦炭。加热炉炉管中的焦粒会不断变大，并不断向炉管内壁产生沉积。生产原料中的硫、氮等物质中数量较多，在较高的温度条件下，杂质化合物形成较多的自由基，由于存在着链反应会产生高分子聚合物质。除此之外，生产原料中的金属离子与锅炉金属不光滑的表面，可以对化学物质的聚合反应起到催化。

1.2 炉管结焦原因和产生的危害

在渣油熱转化反应过程中，离不开加热炉提供的能量，重质油会在转化深度不高的情况下具有较好的不结焦特性，可以让渣油以较快的速度通过炉管，从而得到轻质反应所需要的热量，把生焦反应推迟到焦炭塔内。当渣油的温度被提高到500度左右，内部的轻组分在高温条件下，受到高温蒸汽的作用而出现汽化，一些重组分会部分形成缩合反应，并伴随着热裂解现象。加热炉炉管中的焦粒生产情况和渣油品质及温度有着直接的关系，还和焦粒沉积、油液的流动速度和盐分等相关，含盐量高则会使炉管产生更为严重的结焦。炉管结焦问题的存在会使得金属表面温度变高，炉管强度减弱，使用年限变短。也会使介质流动受到更大的阻力，内部压力变大。如果结焦问题比较严重，就会发生严重的安全事故。

2 预防结焦和减缓措施

2.1 保证原材料质量

延迟焦化所需要的生产材料，会受到常减压装置的制约，品质不同的原油及减压渣油有着不同的性质。减压渣油具备的密度大，沥青入重金属数量较多，则炉管则会更容易产生结焦现象。当生产原料出现重质化，需要合理提高循环比，利用分馏塔底部生产出来的循环油，来减缓进入炉体中材料的变质进程。适当提升循环比，尤其是原材料成分中的沥青，如果含量较高就会导致原材料产生结焦问题。如果渣油品质不高，可以利用更高的循环比。还应该优化焦炭塔及分馏塔的操作流程，避免气体中数量较多的焦粉带入到分馏塔中。还需要做好分馏塔循环油的过滤工作，避免更多的焦粉随着循环油带入到炉体中。

2.2 优化加热炉运行条件

为了使加热炉的运行效率得到提升，避免炉管产生严得的结焦，提高加热炉炉管的使用年限，需要对加热炉的操作进行优化，改善加热炉运行条件：①控制好炉管进料流量。在对加热炉进行操作时，需要防止出现偏流问题，以免根管中产生结焦现象。原料在每个支路炉管中分配的是否合理，会影响到炉管的使用年限，所以在进行加热炉操作时需要保证流量的平稳;②保证合理的介质流量。如果介质流动速度较高，在炉管中停留时间就会变少，结焦速度会减小。需要使介质以较高流量经过炉管，可以通过注水或注汽来提高炉管内的湍流速度;③控制好炉出口温度。出口温度会对焦炭塔中的反应温度和深度产生较大的影响，如果温度太高，焦化反应就会变深，炉管会更易出现结焦。温度值低，无法达到足够的反应深度，不能保证生焦的顺利进行。需要对出口温度进行优化，在保证出口反应率的同时，避免炉管产生严重的结焦;④使加热炉处于良好燃烧状态。保证燃气的供应充足，不可以使火焰直接冲刷炉管，使燃气进行充分燃烧。

3 结束语

综上所述，为了保证加热炉的运行安全，需要深入分析炉管结焦原因，选用优质原料，确定最为合理的循环比，对操作流程进行优化，从而提高加热炉使用寿命。

参考文献：

[1]王志刚，李正，韩靖，刘岳军，景泽乐.焦化加热炉炉管结焦原因分析及对策[J].石化技术与应用，2015，33（02）：159-162.

[2]蔡公明，王晓强，郭军，高健，姚琳.延迟焦化装置加热炉炉管结焦探讨[J].化工设计通讯，2017，43（02）：55+77.