1、延遲焦化裝置的設(shè)計(jì)考慮晁可繩中國(guó)石化工程建設(shè)公司（北京市 100011）摘要： 隨著原油品質(zhì)日趨惡化，許多煉油廠都選擇延遲焦化工藝作為重油深度加工的方法。目前，延遲焦化工藝已在最大餾份油生產(chǎn)、安全、環(huán)保、焦炭處理、和設(shè)計(jì)靈活性方面有了顯著改進(jìn)。本文討論了對(duì)我國(guó)延遲焦化裝置的設(shè)計(jì)考慮，如：原料的多樣化、產(chǎn)品要求、焦化加熱爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行、焦炭塔大型化、分餾塔結(jié)構(gòu)、水力除焦、連鎖控制、焦化污油和煉廠的油漿利用等。并提出了將來(lái)設(shè)計(jì)的考慮趨勢(shì)。關(guān)鍵詞： 延遲焦化 設(shè)計(jì) 加熱爐 焦炭塔 分餾塔 原料 產(chǎn)品 環(huán)境保護(hù) 連鎖控制 延遲焦化工藝是高脫碳率的輕質(zhì)化加工手段，具有對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)、轉(zhuǎn)化率高、工程投資較

2、低、經(jīng)濟(jì)效益回報(bào)率較高等優(yōu)點(diǎn)，所以至今仍是全世界廣泛采用的主要深加工手段，比較適合于我國(guó)當(dāng)前發(fā)展中的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀。美國(guó)石油時(shí)代雜志指出：新一代煉油工藝包括三項(xiàng)內(nèi)容，即渣油催化裂化、延遲焦化和靈活焦化、渣油加氫。由于延遲焦化工藝過(guò)程因?yàn)榧夹g(shù)成熟、原料適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)品靈活性大、操作可靠性高、投資和操作費(fèi)用相對(duì)較低，在21世紀(jì)將得到進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。由于我國(guó)加工的原油來(lái)源于國(guó)內(nèi)外不同地區(qū)，其中進(jìn)口原油的比例逐年遞增，出現(xiàn)加工原油日趨變重、變劣及多樣化的態(tài)勢(shì)。作為主要重油改質(zhì)工藝的延遲焦化正面臨著新的課題和挑戰(zhàn)。如何針對(duì)不同的原料、產(chǎn)品要求和適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益變化的形勢(shì)，設(shè)計(jì)高適應(yīng)性的延遲焦化裝置？如何設(shè)計(jì)出

3、在安全、環(huán)保、先兆工藝控制、長(zhǎng)周期運(yùn)行、最大液收或輕油收率等方面具有顯著特點(diǎn)的延遲焦化裝置？以下從不同的角度談?wù)勓舆t焦化工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的趨勢(shì)，以供商榷和參考。1. 對(duì)原料多樣化的設(shè)計(jì)考慮由于我國(guó)延遲焦化裝置原料性質(zhì)的多樣化、多變性以及延遲焦化裝置在煉油廠的地位由“垃圾桶”向?qū)崿F(xiàn)“零液體排放”的“廢料加工廠”轉(zhuǎn)變，迫使延遲焦化裝置在工藝方案、過(guò)程參數(shù)控制自動(dòng)化、機(jī)械和設(shè)備選型、“三廢”處理和利用以及防腐措施等各方面，都應(yīng)“對(duì)癥下藥”、“量體裁衣”地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足裝置清潔、安全、高效的市場(chǎng)要求，使裝置實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)、滿、優(yōu)、穩(wěn)、省”的良好生產(chǎn)。 對(duì)不同的焦化原料性質(zhì)和產(chǎn)品分布的要求，應(yīng)采用不同的

4、焦化工藝控制流程和操作參數(shù)，相應(yīng)地在機(jī)械、設(shè)備和加熱爐的設(shè)計(jì)中采用不同的結(jié)構(gòu)和型式，實(shí)現(xiàn)選擇性優(yōu)化設(shè)計(jì)。1.1 不同原料的性質(zhì)差異原料的特性因數(shù)不同，則它的臨界分解溫度范圍也不同，特性因數(shù)增大，則臨界分解溫度降低。實(shí)質(zhì)上反映出成膠體懸浮狀相平衡的四組成比例結(jié)構(gòu)不同，而在焦化料流經(jīng)焦化加熱爐和焦炭塔過(guò)程中，在給定的循環(huán)比下，隨著溫度和停留時(shí)間增加，隨著反應(yīng)中烴分壓的變化，導(dǎo)致焦化料的四組成比例結(jié)構(gòu)發(fā)生迅速變化，造成固有的和隨著操作條件變化而產(chǎn)生的介質(zhì)穩(wěn)定因子sf發(fā)生變化。根據(jù)膠狀溶液理論和三相平衡圖，用穩(wěn)定因子sf來(lái)描述與介質(zhì)四組成和康氏殘?zhí)康年P(guān)系式是： sf=a+r/scr ( 1 ) as=

5、cr+cr2 ( 2 )其中： a芳烴,m% r膠質(zhì),m% s飽和烴,m%cr康氏殘?zhí)?m% as瀝青質(zhì),m%、不同渣油修正系數(shù)公式（1）和（2）說(shuō)明：焦化原料的熱穩(wěn)定性與其四組成的比例結(jié)構(gòu)和殘?zhí)恐涤嘘P(guān)，當(dāng)瀝青質(zhì)和飽和烴（尤其是蠟含量）比例增加，則使介質(zhì)熱穩(wěn)定性下降，反之當(dāng)芳烴和膠質(zhì)比例增加、瀝青質(zhì)和飽和烴比例下降，則使介質(zhì)熱穩(wěn)定性上升。而反映蠟含量對(duì)熱穩(wěn)定性影響的主要指標(biāo)之一是蠟性因子wf，它主要取決于重油中石蠟環(huán)烷烴含量和與芳烴的比例。 wf=（h2103/）-（n/100） （3） 其中： h2氫含量 m%15.6密度 kg/m3 n 500餾份含量 v%wf 12則石蠟環(huán)烷烴高，熱穩(wěn)定

6、性低。所以在減粘裂化和焦化加熱爐設(shè)計(jì)前，最好應(yīng)有原料的四組成及氫含量和 500餾份含量數(shù)據(jù)。 表-1 幾種國(guó)內(nèi)外焦化原料油性質(zhì)名 稱(chēng)沙輕減渣勝利減渣遼河減渣管輸減渣遼河稠油塔河常渣大慶減渣中原減渣伊朗減渣科威特減渣蘇丹混合油減渣20 g/cm31.00310.96980.97170.96951.00141.01410.92930.94240.99991.01480.9381v100 mm2/s406.5861.7549.9305700.71290106717.5康殘 m%18.213.914.014.014.119.88.813.316.218.89.89元素 m%c/h85.0/10.398

7、5.5/11.687.54/11.5585.6/11.186.03/10.7186.77/12.8185.62/10.1285.62/10.4583.97/10.1286.98/12.47s/n3.68/0.351.35/0.850.31/0.600.98/0.610.41/0.663.12/0.16/0.381.13/0.533.22/0.495.05/0.310.08/0.27重金屬ppmni/v16.4/1.4446/2.283/1.538.1/5.051/3.6510/0.1510.3/7.056.2/18227.3/95.314.1/0.9氫碳分子比1.441.621.61.551.

8、4941.771.651.451.43四組成m%飽和烴21.021.429.221.824.326.236.734.523.315.745.95芳香烴54.731.336.431.025.135.633.438.951.255.630.55膠 質(zhì)18.545.734.446.246.721.629.926.621.122.623.00瀝青質(zhì)5.81.601.063.916.60240）和低溫相變部位的防腐問(wèn)題要特別注意。從生產(chǎn)實(shí)踐反映來(lái)看，當(dāng)溫度高于240oc時(shí)，采用ni-p鍍防腐效果不理想。在此強(qiáng)調(diào)指出，要防止異種鋼材的焊接。 （3）因?yàn)樗佑汀⑦|河稠油及蘇丹油都很重、粘度也高，并且酸值較高

9、，所以可以采用高稠原油直接進(jìn)延遲焦化裝置的組合工藝流程，但必須考慮相應(yīng)措施。l 為了使焦化部分進(jìn)料含鹽535）。 表-3 單程和低循環(huán)比對(duì)蠟油和爐進(jìn)料油影響項(xiàng)目名稱(chēng)循 環(huán) 比0.00.10.20.4產(chǎn)品收率m%富氣7.938.228.539.01汽油12.6013.8614.3115.70柴油24.0824.3125.6727.51蠟油28.3426.5522.5317.68焦炭26.5027.0628.9630.10蠟油性質(zhì)密度d20 g/cm30.96120.95950.95930.9571粘度v100 mm2/s5.974.9074.9033.358康殘 m%1.901.280.860.

10、78干點(diǎn) 510484479465爐進(jìn)料性質(zhì)密度d20 g/cm31.00000.99940.9963粘度v100 mm2/s273.6191.582.39康殘 m%17.115.613.4瀝青質(zhì) m%5.705.304.10 從表-3可看出： (1) 單程和低循環(huán)比下液收高，焦炭收率低反之蠟油收率高，但柴油收率低、汽油和富氣收率略低。目前對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有裝置“應(yīng)地而宜”地經(jīng)過(guò)少量整改，經(jīng)降低循環(huán)比提高加工量和液收是主要增效措施。 (2) 單程和低循環(huán)比下蠟油變重、變稠、康氏殘?zhí)窟_(dá)1.90m%，這會(huì)影響到下游催化裂化的加工能力。 (3) 低循環(huán)比下焦化爐進(jìn)料油性質(zhì)變差，特別是康殘和瀝青質(zhì)含量提高，必

11、然會(huì)影響到焦化爐運(yùn)行周期，因此最好選用可以進(jìn)行在線清焦的雙面輻射爐爐型，并配以當(dāng)爐管內(nèi)介質(zhì)溫升速率達(dá)到某一t/值時(shí)，分別在前后管段適當(dāng)部位注入少量不同餾份油的技術(shù)。其原理是改變?cè)摳遲/管段介質(zhì)的四組成結(jié)構(gòu)，提高穩(wěn)定性。3.2 優(yōu)質(zhì)石油焦和高輕油收率生產(chǎn) 對(duì)于具有高芳香性、高密度、低硫、低瀝青質(zhì)的選擇性焦化原料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石油焦以及希望高汽柴油收率的焦化設(shè)計(jì)，應(yīng)該考慮：3.2.1 大循環(huán)比（0.701.0）操作 大循環(huán)比（0.701.0）操作，盡量提高焦炭塔進(jìn)料中芳香性和降低瀝青質(zhì)含量，降低殘?zhí)俊．?dāng)要求多產(chǎn)汽柴油時(shí)，則應(yīng)全循環(huán)或大循環(huán)焦化蠟油餾份，在工藝流程上采用塔內(nèi)洗滌冷卻“自然”循環(huán)、結(jié)合外循環(huán)

12、的路線比較好，這樣既可以達(dá)到塔內(nèi)對(duì)油氣洗滌冷卻效果，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)量的有效控制和對(duì)塔底溫度的有效調(diào)節(jié)，這種流程有利于加熱爐的穩(wěn)定操作。3.2.2 選擇性餾份油循環(huán) 當(dāng)要求提高汽柴油中汽油的比例時(shí)，除了采用大循環(huán)比操作條件外，還要進(jìn)行選擇性餾份油循環(huán)，表-4幾種焦化原料多產(chǎn)汽油的物料平衡。 表-4 幾種焦化原料多產(chǎn)汽油的物料平衡表名稱(chēng)減渣l稠油t原油1、原料性質(zhì)密度 d20 g/cm30.97191.00140.9678粘度 v20 mm2/s356.4700.7145康殘 m%14.914.115.8硫 m%1.210.412.40酸值 mgkoh/g0.387.401.37瀝青質(zhì) m%2.4

13、3.913.872、操作條件爐輻射出口溫度495500495500495500循環(huán)比0.81.00.81.00.91.03、產(chǎn)品收率 m%富氣10.310.610.711.010.210.8汽油18.218.915.015.716.218.6柴油39.541.141.442.931.936.7蠟油3.97.03.97.03.04.0焦炭25.025.525.926.530.531.5 當(dāng)蠟油餾份大幅度下降，輕油收率均大于50m%。而汽油收率均大于15m%。大循環(huán)比操作對(duì)于常減壓能力不足以及下游缺乏焦化蠟油加工能力的中小煉油廠，是可以考慮的一種生產(chǎn)方案。表-5是用輕烴稀釋原料的單程操作。 表-5

14、 用輕烴稀釋原料的單程操作名稱(chēng)工況1減渣工況2減渣工況315%輕烴工況420%輕烴工況525%輕烴爐出口溫度 oc500500500500500焦炭塔頂壓力 mpa0.170.170.170.170.17循環(huán)比0.320000產(chǎn)品分布 m %氣體9.277.948.469.8510.63汽油13.7511.3412.6212.5014.55柴油32.1830.0835.7542.6843.56蠟油18.1026.9419.9511.547.53焦炭26.7023.7023.2223.4523.73總液收64.0368.3668.3266.7265.64表-5說(shuō)明：（1）循環(huán)比增加，則蠟油收率下

15、降，柴油和焦炭收率增加，汽油和氣體收率略有增加。（2）稀釋輕烴比例提高，在一般的情況下氣體、汽油、柴油收率均有增加，而蠟油收率明顯下降，總液收略有下降。不同餾份油循環(huán)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益影響見(jiàn)表-6。 表-6 餾份油循環(huán)操作效益名稱(chēng)基準(zhǔn)工況工況1工況2工況3工況4循環(huán)比0.010000餾份油循環(huán)量,%010201020餾份實(shí)沸點(diǎn)168343168343343427343427產(chǎn)品收率m%34325.1531.8532.8927.1025.60焦炭32.3729.3428.8129.7629.47增值（2.0mt/a）08.19.657.628.60效益104美元/a 從表-6可以看出： (1) 采用自然

16、循環(huán)，雖然循環(huán)比只有0.01，但相對(duì)焦炭收率達(dá)32.27m%，液收為58.51m%；而采用餾份油循環(huán)時(shí)，焦炭收率均不到30m%，液收均在60m%以上。 (2) 隨采用的循環(huán)油餾程升高，則液收略有下降，從60.81m%,略降為60.45m%；但柴油收率較明顯上升，瓦斯油收率下降。 (3) 這種高收率的燃料焦，是影響焦化經(jīng)濟(jì)效益的主要因素。 (4) 采用餾份油循環(huán)對(duì)新建或改造焦化裝置均有較大好處，可延長(zhǎng)焦化爐運(yùn)行周期，提高煉油廠經(jīng)濟(jì)效益。4. 焦化污油和煉廠油漿利用在國(guó)外的焦化設(shè)計(jì)中，已逐步實(shí)現(xiàn)了對(duì)焦化污油和煉廠油漿的轉(zhuǎn)化利用，使稱(chēng)為“煉廠垃圾桶”的焦化裝置轉(zhuǎn)變?yōu)椤皬U料加工廠”實(shí)現(xiàn)“零液體排放”。

17、目前，國(guó)內(nèi)像福建煉廠、上海石化、鎮(zhèn)海石化、濟(jì)南煉廠等焦化裝置都先后實(shí)現(xiàn)了裝置污油及煉廠油漿的綜合利用。 焦化污油及煉廠油漿能否被良好地利用，必須先解決“廢油”中的含水，含焦粉和雜質(zhì)問(wèn)題，進(jìn)而針對(duì)不同的“廢油”采取不同的技術(shù)措施。例如，溢流冷焦水先用一定溫度下的隔油罐進(jìn)行油水分離，然后污水經(jīng)過(guò)濾后入旋流分離器進(jìn)一步脫油，其冷焦水重復(fù)利用；此時(shí)產(chǎn)生的污油若含水量1m%的污油或油漿，應(yīng)先入一定溫度下的錐底油罐脫水及沉淀出焦粉等固體雜質(zhì)，繼而去塔底重沸式加熱的放空塔，進(jìn)一步脫水和除去焦粉等固體雜質(zhì)，然后再在焦炭塔大吹汽前注入焦炭塔底可摻入焦化原料之中。 在此，特別強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)該借鑒abb lummus

18、co設(shè)計(jì)的焦化放空系統(tǒng)流程，充分利用國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的焦化放空系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)好處： （1）塔頂冷凝水可去切焦水或冷焦水系統(tǒng)回用； (2）回收的污油可去分餾塔回用； （3）輕烴氣體可密閉利用； （4）可脫除焦粉，并避免堵塞設(shè)備和管線。圖-2為abb lummus co焦化放空系統(tǒng)示圖焦炭塔放空甩油罐蒸汽過(guò)濾器空冷器空冷器放空塔分離罐水去火炬或富氣壓縮機(jī)入口污油系統(tǒng)切焦水/冷焦水系統(tǒng)污油系統(tǒng)分餾塔圖-2 abb lummus co焦化放空系統(tǒng)示圖5. 焦炭塔大型化考慮5.1 水力除焦設(shè)備隨著各新設(shè)計(jì)或改擴(kuò)的煉油廠能力增加、以及加工原油的逐年變重，結(jié)合延遲焦化工藝技術(shù)成熟、投資減低、經(jīng)濟(jì)效益回報(bào)率較

19、高和對(duì)原料的適應(yīng)性高等特點(diǎn)，世界上延遲焦化裝置規(guī)模不斷擴(kuò)大，例如90年代初美國(guó)雪佛龍公司的帕斯卡戈拉煉廠焦化裝置加工能力3.10mt/a，采用“三爐六塔”流程，平均焦炭塔單塔能力為1.0mt/a；到90年代后期，像美國(guó)premcor公司在德洲阿瑟港煉廠建一套規(guī)模4.40mt/a的焦化裝置，采用“三爐六塔”流程，使焦炭塔單塔能力達(dá)到1.47mt/a。我國(guó)高橋石化煉油廠改擴(kuò)建的1.40mt/a焦化裝置采用“一爐二塔”流程，焦炭塔單塔能力達(dá)到1.40mt/a，塔徑達(dá)8800mm。那么如何來(lái)考慮焦炭塔適宜最大直徑？是否塔徑越大越好？焦炭塔最大塔徑的決定取決于高壓水泵及水力出焦設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力和流量，而壓

20、力和流量參數(shù)的增加受到機(jī)械和設(shè)備制造能力和成本的制約。反過(guò)來(lái)水力出焦壓力和流量又與焦炭的性質(zhì)和焦炭塔的直徑高度（即焦層高度）有關(guān)。例如：上海石化2#煉油的100萬(wàn)噸/年焦化裝置高壓水泵是從idp進(jìn)口，相對(duì)于8400mm直徑焦炭塔，焦炭高度為17m（切線以上），焦炭vcm是812m%，在采用配套的idp切焦器下，其高壓水泵的正常流量是255m3/n、揚(yáng)程是2850m，npshr是9.1m，效率是71%，n軸是2775kw。由于泵設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為3780rpm，所以必須增設(shè)齒輪箱增速，以與高壓電機(jī)匹配。同樣，若運(yùn)用idp的選用公式和曲線，采用idp切焦器噴嘴性能曲線，針對(duì)7900mm直徑焦炭塔，其高壓水

21、泵的設(shè)計(jì)流量為220m3/h，揚(yáng)程是2150m，n軸是1820kw，這種設(shè)計(jì)條件下無(wú)需增設(shè)增速齒輪箱，泵轉(zhuǎn)速為2980rpm即可。從而可明顯地降低高壓水泵和配套電機(jī)的成本，也更適合采用目前89mm的高壓膠管和139.7mm的切焦鉆桿。若采用8400直徑的焦炭塔，即采用設(shè)計(jì)參數(shù)為正常流量255m3/h，揚(yáng)程2850mm的高壓水泵，則應(yīng)該采用100mm的高壓膠管和168mm的切焦鉆桿為好，有利于明顯地降低泵出口到切焦器之間的沿程阻力降和提高鉆桿的剛性。采用上述尺寸大口徑膠管和鉆桿，其膠管壓力降降低48.7%，鉆桿壓降降低70%。另一應(yīng)考慮的問(wèn)題是由于泵轉(zhuǎn)速?gòu)?780r、p、m降到2980 rpm，

22、可使泵的npshr明顯減小，可節(jié)省切焦水罐和泵入口管段的工程費(fèi)用。并且，若采用8800mm直徑的焦炭塔，則高壓水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程要達(dá)到3000m，為之，泵出口管線和閥門(mén)等設(shè)計(jì)壓力就要從32mp跳升到42mp等級(jí)，從而增加了該部分的工程費(fèi)用。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的高壓水泵制造廠已可以設(shè)計(jì)制造正常流量255m3/h、揚(yáng)程2800mm，泵效率68%參數(shù)下，轉(zhuǎn)速2980 rpm的切焦泵，這樣可以取消增速齒輪箱，也使npshr值從9.1m降到5m左右，并且可縮小潤(rùn)滑油系統(tǒng)的費(fèi)用和消耗，當(dāng)然也可提高運(yùn)行的可靠性。5.2 分餾塔的影響由于焦炭塔的操作是兩塔輪流間歇進(jìn)行，每焦炭塔都必須經(jīng)歷56小時(shí)的熱油氣預(yù)熱過(guò)程，此

23、期間必然會(huì)對(duì)分餾塔的平穩(wěn)操作產(chǎn)生影響，要進(jìn)行必要的回流調(diào)整，而這種對(duì)分餾塔操作干擾的程度隨生產(chǎn)塔數(shù)增加則干擾減小。所以從工藝生產(chǎn)角度考慮“二爐四塔”比“一爐二塔”流程對(duì)分餾系統(tǒng)操作以及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制更有利。至今得到的資料報(bào)道，現(xiàn)在國(guó)外設(shè)計(jì)的大型化焦化裝置，均采用“二爐四塔”或“三爐六塔”，焦炭塔單塔能力在1.45mt/a上下（相當(dāng)于國(guó)內(nèi)循環(huán)比0.35時(shí)1.20mt/a左右），塔徑一般在8000mm8800mm范圍。總之，關(guān)于焦炭塔設(shè)備設(shè)計(jì)的最大尺寸問(wèn)題，應(yīng)在可行設(shè)計(jì)階段作綜合的多方面技術(shù)和經(jīng)濟(jì)評(píng)估為好。對(duì)于改擴(kuò)建的焦化裝置，若要求焦炭塔改擴(kuò)的能力是增加原能力的1/31/2，則焦炭塔可以只增加

24、一個(gè)，使“一爐二塔”改為“一爐三塔”流程。從而節(jié)省占地和工程投資。6. 焦化加熱爐設(shè)計(jì)考慮6.1 優(yōu)化焦化加熱爐的要求 良好的焦化加熱爐設(shè)計(jì)是能否實(shí)現(xiàn)焦化裝置“長(zhǎng)、滿、優(yōu)、穩(wěn)、省”生產(chǎn)的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)工程師必須針對(duì)特定的焦化原料和循環(huán)油特性、提供的燃料性質(zhì)，工藝要求的所需熱負(fù)荷和爐熱效率，以及加熱爐進(jìn)料和燃料系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制水平等來(lái)選擇爐型、然后采用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)焦化爐進(jìn)行全面模擬計(jì)算，得出火焰溫度、管壁熱強(qiáng)度、管內(nèi)介質(zhì)從入口到出口的溫度、壓力、汽化率、停留時(shí)間、流速、管內(nèi)膜溫度等數(shù)據(jù)表，并繪出相應(yīng)曲線，也可預(yù)測(cè)不同管段管內(nèi)結(jié)焦厚度。進(jìn)而通過(guò)調(diào)整爐膛尺寸，爐管規(guī)格和布置尺寸、燃燒器型號(hào)、數(shù)量和布置

25、、燃燒器與爐管間尺寸及注汽點(diǎn)位置等算出不同方案，然后對(duì)比優(yōu)選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。使焦化爐設(shè)計(jì)滿足下述要求：l 較高輻射熱強(qiáng)度和短停留時(shí)間（427+40s）l 中、小型能量低no火嘴及扁長(zhǎng)形爐膛尺寸。l 較高冷油流速（1.832m/s）l 對(duì)輻射管有良好熱分布，爐管熱強(qiáng)度周向不均勻系數(shù)小。l 燃燒室熱分布應(yīng)有良好地控制。l 正確的輻射段入口溫度和適宜的爐膛體積熱強(qiáng)度。l 穩(wěn)定的升溫梯度。l 采用多點(diǎn)注汽。 對(duì)于特定的加熱爐進(jìn)料、影響爐管內(nèi)結(jié)焦速率的關(guān)鍵因素是管內(nèi)最高油膜溫度、介質(zhì)在管內(nèi)停留時(shí)間（尤其是427以上油品停留時(shí)間40s）。管內(nèi)油膜溫度越低、油品在管內(nèi)停留時(shí)間越短，則爐管內(nèi)結(jié)焦可能性越小。然

26、而當(dāng)根據(jù)質(zhì)量流速及冷油流速確定爐管規(guī)格，根據(jù)火焰燃燒特性確定管程數(shù)和注汽量確定之后，降低管內(nèi)最高油膜溫度和縮短油品在管內(nèi)停留時(shí)間是相互矛盾的。為之必需經(jīng)過(guò)計(jì)算、調(diào)整得出最優(yōu)化的加熱爐結(jié)構(gòu)尺寸以及爐管規(guī)格、燃燒器布置和相互間布置等尺寸。6.2 加熱爐輻射室的計(jì)算conoco公司開(kāi)發(fā)了一套計(jì)算加熱爐工藝條件的計(jì)算機(jī)軟件，結(jié)合工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，該軟件已運(yùn)用于加熱爐設(shè)計(jì)和復(fù)核。該軟件包含：（1） 管側(cè)模擬l 確定溫度和壓力分布l 確定油的停留時(shí)間l 確定相對(duì)焦化因數(shù)l 計(jì)算平均熱強(qiáng)度和加熱爐負(fù)荷（2） 確定優(yōu)化的加熱爐設(shè)計(jì)（3） 確定操作變化的影響表-7是焦化加熱爐輻射管平均強(qiáng)度及管內(nèi)質(zhì)量流速范圍。表-7

27、焦化加熱爐輻射管平均強(qiáng)度及管內(nèi)質(zhì)量流速范圍爐 型平均熱強(qiáng)度w/m2質(zhì)量流速kg/m2.s單面輻射爐280003100012001800雙面輻射爐420004650012001800在設(shè)計(jì)確定爐型之后，按表-7選取合適的平均熱強(qiáng)度和管內(nèi)質(zhì)量流速。然后依據(jù)熱負(fù)荷確定輻射管規(guī)格及排管面積，在根據(jù)選取的適宜爐膛體積熱強(qiáng)度確定爐膛尺寸。計(jì)算公式為： （4） （5） 上式中：qr輻射管平均熱強(qiáng)度 w/m2 qr輻射室熱負(fù)荷 mw ar輻射管面積 m2 gr輻射管內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量流速 kg/m2.s wr輻射室管內(nèi)工藝介質(zhì)流量 kg/s di輻射管內(nèi)徑 nr輻射室管程數(shù)輻射室熱負(fù)荷決定于管內(nèi)各介質(zhì)的性質(zhì)、流量、出

28、入口溫度和壓力，以及工藝介質(zhì)流經(jīng)輻射管后的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，因?yàn)榉磻?yīng)熱計(jì)算與轉(zhuǎn)化率有關(guān)。 （6） （7） 上式中：gr輻射室管內(nèi)工藝介質(zhì)流量 kg/h 輻射室工藝介質(zhì)轉(zhuǎn)化率 m% c介質(zhì)反應(yīng)熱常數(shù) 4.187kj/kg b常數(shù) sf穩(wěn)定因子從上式可見(jiàn)焦化的熱反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與介質(zhì)的穩(wěn)定因子有關(guān)，即與介質(zhì)族組成有關(guān)。6.3 爐進(jìn)料和燃燒系統(tǒng)聯(lián)鎖控制 燃燒器的類(lèi)型和性能對(duì)焦化爐操作好壞有著極重要的影響，要求沿爐管長(zhǎng)度和高度方向的管壁熱強(qiáng)度分布和煙氣溫度有良好均勻性，因此采用具有一定穩(wěn)定火焰高度的扁平火焰火嘴較好。由于環(huán)保要求對(duì)煙氣中氧化氮含量的限制也更嚴(yán)格，所以應(yīng)采用低氧化氮燃燒器。 上海石化1.0mt/a焦

29、化雙面輻射爐的燃燒系統(tǒng)采用空氣燃料氣比例調(diào)節(jié)技術(shù)，可最大程度地降低過(guò)剩空氣系數(shù)，達(dá)到高熱效率、低耗燃料的目的。另外，該爐設(shè)計(jì)自動(dòng)快開(kāi)風(fēng)門(mén)和相應(yīng)的報(bào)警聯(lián)鎖設(shè)置。在鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)及余熱回收設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)打開(kāi)快速風(fēng)門(mén)及煙道擋板，焦化爐可實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)操作而不影響爐子正常運(yùn)行。 加熱爐進(jìn)料每一路入口設(shè)流量指示和遙控閥，保證在任何時(shí)間每一路有流量，其值大于低低esd值。當(dāng)流量降到低值時(shí)報(bào)警，若進(jìn)一步降到低低值時(shí)，esd邏輯信號(hào)連入bms邏輯中，執(zhí)行bms邏輯程序，自動(dòng)切斷主火嘴燃料和進(jìn)料泵，并吹入蒸汽保護(hù)爐管。6.4 在線清焦和多點(diǎn)注汽 盡管增加注汽（或水）對(duì)提高流速、縮速停留時(shí)間有明顯作用，并且

30、可提高管內(nèi)已生焦炭的脫垢速率，但會(huì)增加爐熱負(fù)荷和管內(nèi)壓降，加劇管內(nèi)油膜組成結(jié)焦傾向。所以國(guó)外焦化爐設(shè)計(jì)的注汽或注水量比國(guó)內(nèi)低，甚至在正常設(shè)計(jì)流量時(shí)不考慮注汽。采用多點(diǎn)注汽有利于降低爐入口壓力和降低注入蒸汽總量。 在線清焦（on-1ine spalling）就是在不停加熱爐工況下對(duì)多管程加熱爐中的某一列管程進(jìn)行通蒸汽（或水）清焦，通過(guò)改變蒸汽量和管壁表面溫度使焦炭剝離并帶走，達(dá)到清焦目的。 在線清技術(shù)特別適用加工高瀝青質(zhì)、高殘?zhí)康牡蜔岱€(wěn)定性重質(zhì)稠油以及消除擴(kuò)能瓶頸的低循環(huán)比工況操作條件下運(yùn)行的加熱爐。采用在線清焦技術(shù)可延長(zhǎng)加熱爐連續(xù)運(yùn)行時(shí)間、縮短停爐燒焦次數(shù)及停工檢修次數(shù)。 根據(jù)fw設(shè)計(jì)的lyo

31、ndell citgo煉廠焦化介紹，在線清焦效果是：l 爐管表面溫度降低51.7，上海石化1.0mt/a焦化爐經(jīng)過(guò)在線清焦后，輻射管表面溫度平均下均53左右。l 爐管壓降基本回復(fù)到開(kāi)工時(shí)壓降。l 清焦后可節(jié)省燃料約1015%。l 單爐可連續(xù)運(yùn)行三年（即二年以上才用蒸汽和空氣燒焦一次）。 目前國(guó)內(nèi)掌握焦化爐在線清焦技巧的上海石化2#煉油的工程技術(shù)人員，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，在原先的操作步驟和方法上又有了新的改進(jìn)，使在線清焦技巧得到進(jìn)一步完善。6.5 管徑和管間距考慮 在abb lummus 為廣石化減粘爐設(shè)計(jì)及fw在lyondll citgo煉廠焦化爐設(shè)計(jì)中均采用了比表面（爐管表面積/爐管容積）概念，用

32、小管徑代替大管徑則比表面積提高，即在同樣所需熱負(fù)荷相同停留時(shí)間下，小口徑管獲得更多的傳熱表面積，使?fàn)t管平均熱強(qiáng)度降低，管內(nèi)傳熱系數(shù)增加，相應(yīng)地管內(nèi)油膜溫度降低。第二、管徑變小提高了管內(nèi)介質(zhì)流速，使焦垢脫離速度提高，第三、管徑變小后（如從127mm改小為114mm）雖然管程數(shù)相應(yīng)增加，但反應(yīng)停留時(shí)間降低，有利于緩和爐管內(nèi)結(jié)焦。 凱洛格公司設(shè)計(jì)比表面值一般62.3m2/m3。國(guó)外焦化爐一般選114（911）mm的cr9mo爐管，當(dāng)具有可進(jìn)行在線清焦操作時(shí)，管徑不宜太小，并且應(yīng)選用cr9mo管材。 表-8為管心距對(duì)輻射管平均熱強(qiáng)度影響表。在一樣燃燒熱強(qiáng)度下，管心距由2d增加到4d，管背火焰部分吸熱量

33、可增加2倍左右，輻射管熱強(qiáng)度增加約37%。最高熱強(qiáng)度（qmax）與平均熱強(qiáng)度（qave）之比由1.79降到1.3。這說(shuō)明因?yàn)殡p面輻射爐管內(nèi)油膜和管壁溫度均比單面輻射低，停留時(shí)間也短，壓降低和高流速，對(duì)加工不穩(wěn)定和高結(jié)垢原料和對(duì)高苛刻度焦化工況設(shè)計(jì)采用雙面輻射爐結(jié)構(gòu)是優(yōu)越的。 表-8 管心距對(duì)輻射熱強(qiáng)度影響名 稱(chēng)abc管心距2d3d4d燃燒熱強(qiáng)度kcal/hm2675006750067500輻射管平均熱強(qiáng)度kcal/hm2245703024033480qmax/qave1.791.4851.307. 分餾塔結(jié)構(gòu) 當(dāng)前分餾塔設(shè)計(jì)中主要有待改進(jìn)的是洗滌換熱段采用怎樣結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到對(duì)焦化油氣中焦粉的有效洗

34、滌和需要的換熱量，以及蠟油集油箱以下采用怎樣結(jié)構(gòu)來(lái)保證蠟油質(zhì)量和塔底溫度穩(wěn)定這二個(gè)問(wèn)題的考慮對(duì)于在超低循環(huán)比工況下操作顯得更加重要。 據(jù)f.w 設(shè)計(jì)的超低循環(huán)比焦化餾塔下段結(jié)構(gòu)為：采用一個(gè)敞開(kāi)式的洗滌噴淋室，位于噴淋室下面的接觸區(qū)采用若干排鴨嘴形“熱屏蔽”檔板，以防止因液體流速太小而引起在塔盤(pán)上結(jié)焦。沖洗量最小液流強(qiáng)度不小于2.43.5m3/m2h。另一種結(jié)構(gòu)為雙泡帽和鴨嘴板（或棚形板）的組合形式。為了保證去加氫裂化蠟油的質(zhì)量，應(yīng)該在洗滌換熱段上增設(shè)一塊重蠟油抽出板，切割出蠟油餾份中重的一部分，為此應(yīng)增加相應(yīng)的分餾板和回流。為了使分餾塔的下段適應(yīng)于自然循環(huán)比從0.050.75之間變化的操作，結(jié)

35、合工藝流程的靈活性，其塔下段的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也需作相應(yīng)的調(diào)整。圖-3是超低循環(huán)比設(shè)計(jì)焦化分餾塔下段。若要實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)比從0.050.75之間變化的工況，必須在圖3流程基礎(chǔ)上作相應(yīng)的改進(jìn)，這涉及到工藝流程和分餾塔的整改。圖-3 超低循環(huán)比設(shè)計(jì)焦化分餾塔下段8. 延遲焦化設(shè)計(jì)考慮趨勢(shì)今后焦化設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)與希望之處歸納為：8.1 高酸值高稠原油焦化 針對(duì)高稠原油如像遼河稠油，塔河原油及蘇丹煉廠原油等，應(yīng)考慮用延遲焦化匹配原油予處理的聯(lián)合工藝，作為輕質(zhì)化加工手段，如前如述，高稠原油可稀釋換熱電脫鹽勝水加熱閃餾或初餾焦化。在這系統(tǒng)中，若原料酸值較高，則要考慮280380溫度段介質(zhì)中環(huán)烷酸腐蝕問(wèn)題。對(duì)于環(huán)烷酸

36、腐蝕問(wèn)題，一則在設(shè)計(jì)時(shí)工藝上要考慮盡量縮小它的腐蝕范圍，二則在選材上要認(rèn)真慎重對(duì)待以節(jié)省投資。8.2 不同原料和要求的方案考慮 在作工藝設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)下述四種不同的要求，進(jìn)行最佳方案選擇：第一種為了消除現(xiàn)裝置“瓶頸”，少投入多產(chǎn)出，提高加工能力或液收，此時(shí)應(yīng)采用超底循環(huán)比設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)在于加熱爐、分餾塔下段和換熱流程三部分的改造。如怎樣調(diào)整加熱爐對(duì)流段與輻射段取熱負(fù)荷的分配，怎樣解決分餾塔閃蒸段和換熱區(qū)的高溫結(jié)焦和焦粉夾帶問(wèn)題等。應(yīng)根據(jù)原料性質(zhì)和焦化蠟油下游加工工藝的加工能力，來(lái)調(diào)整循環(huán)比和決定是否出重蠟油。第二種是缺乏原油加工能力和下游焦化蠟油加工裝置，又要求盡可能多產(chǎn)汽、柴油、甚至想多

37、產(chǎn)汽油的煉油廠，應(yīng)采用大循環(huán)比或全循環(huán)的設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮分餾塔自然循環(huán)和選擇外循環(huán)相結(jié)合的工藝流程。在此，要強(qiáng)調(diào)的是為了多產(chǎn)柴汽油餾分，應(yīng)采用選擇性瓦斯油循環(huán)路線，采用“低壓、高溫”操作條件。第三種對(duì)于高瀝青、高殘?zhí)俊⒏吆蛑刭|(zhì)原料，為了減少高硫燃料級(jí)焦炭收率，但又考慮避免產(chǎn)生彈丸焦，此時(shí)要認(rèn)真地選擇循環(huán)比、壓力和混對(duì)高芳烴物料。此時(shí)選擇具有可在線清焦特點(diǎn)的雙面輻射爐爐型與相匹配的工藝流程為好，可考慮采用適宜循環(huán)比下的選擇性瓦斯油循環(huán)，并適當(dāng)提高壓力和降低溫度。由于生焦率較高、焦炭塔的設(shè)計(jì)在塔徑氣速小于最大允許線速的條件下要考慮到每一生焦周期焦炭的體積，從而決定焦炭塔的尺寸。第四種是對(duì)于高芳烴、低

38、瀝青質(zhì)、低硫優(yōu)質(zhì)原料、生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焦或針狀焦的情況應(yīng)選擇大循環(huán)比或全循環(huán)比操作，此時(shí)重點(diǎn)在于焦化加熱爐和余熱回收設(shè)施，分餾塔、焦炭塔和水力出焦設(shè)備設(shè)計(jì)以及加熱爐出口溫度變溫與分餾塔變自然循環(huán)量相互之間達(dá)到連續(xù)物料和熱量平衡的工藝自控流程（pid）和工藝原則流程（pfd）設(shè)計(jì)。要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)模擬的變量程序控制，按設(shè)定邏輯過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)操作。8.3 實(shí)現(xiàn)apc優(yōu)化操作和安全聯(lián)鎖控制由于焦炭塔必需成對(duì)配置（當(dāng)然“一爐三塔也可以）間歇操作，對(duì)于“一爐二塔”流程下的大型焦炭塔操作，在計(jì)劃的時(shí)間里由生產(chǎn)塔油氣予熱空塔到320以上，期間對(duì)分餾塔的平穩(wěn)操作帶來(lái)較大麻煩，為了保證達(dá)到汽油作為乙烯料、重整料和瓦斯油作為加

39、氫裂化料的質(zhì)量指標(biāo)，應(yīng)該設(shè)計(jì)焦炭塔操作與分餾塔操作之間由dcs實(shí)現(xiàn)連續(xù)優(yōu)化控制，至今在焦化裝置仍無(wú)實(shí)現(xiàn)apc優(yōu)化操作。8.4 采用opticoking技術(shù)分餾塔abptptpprcp1p1轉(zhuǎn)換放空塔焦炭塔加熱爐甩油罐圖-4 opticoking壓力控制系統(tǒng)除了如前所述，加熱爐部分的進(jìn)料系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)及余熱回收系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)bms和esd的報(bào)警，自動(dòng)聯(lián)鎖設(shè)計(jì)外，應(yīng)設(shè)計(jì)在焦炭塔頂壓力控制下注入瓦斯油或石腦油的優(yōu)化焦化控制（qpticoking technology），實(shí)現(xiàn)切換四通閥和暖塔期間阻尼壓力波動(dòng)，避免發(fā)泡、沖塔現(xiàn)象，改進(jìn)焦炭塔操作平穩(wěn)性和可靠性，從而延長(zhǎng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)周期。其優(yōu)點(diǎn)是：增加焦化進(jìn)料量、

40、提高液收、降低焦炭產(chǎn)率、降低消泡劑用量節(jié)省費(fèi)用、穩(wěn)定操作。圖-4為優(yōu)化焦化壓力控制示意流程。8.5 清潔化生產(chǎn)如何使延遲焦化裝置實(shí)現(xiàn)“環(huán)境友好、極大地減少排放物、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)清潔化”是一個(gè)長(zhǎng)期來(lái)棘手的難題。特別對(duì)于加工進(jìn)口含硫原油的煉廠，更面臨提高技術(shù)水平、改變環(huán)境污染的難題。現(xiàn)延遲焦化裝置的主要污染源在加熱爐排放煙氣、冷焦水和切焦水處理及石油焦的貯存、裝車(chē)和運(yùn)輸。焦化加熱爐最好采用氣體燃料，其h2s含量15ppm，燃燒器應(yīng)采用低nox火嘴。如像上海石化100萬(wàn)噸/年焦化加熱爐采用的低nox扁平焰火嘴（psffr-10分級(jí)燃?xì)饣鹱欤﹏ox保證值為240mg/nm3。冷焦水處理應(yīng)用隔油罐來(lái)代替污染嚴(yán)重的隔油池來(lái)進(jìn)行一級(jí)油水分離