1、06 焦炭塔設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題中國(guó)石化工程建設(shè)公司 李出和1. 概述 延遲焦化是以渣油或類似渣油的污油、原油為原料，通過加熱爐 快速加熱到一定的溫度后進(jìn)入焦炭塔，在塔內(nèi)適宜的溫度、壓力條件下發(fā) 生裂解、縮合反應(yīng)，生成氣體、汽油、柴油、蠟油、循環(huán)油組分和焦炭的 工藝過程。在目前國(guó)內(nèi)乙烯裂解原料石腦油短缺、優(yōu)質(zhì)柴油短缺、低硫低 烯烴汽油短缺和石油焦短缺的條件下，延遲焦化工藝由于其工藝簡(jiǎn)單、投 資低、操作費(fèi)用低等特點(diǎn)又重新得到各石油化工公司的重視。一樣情形下 新建和擴(kuò)建延遲焦化裝置的要緊目的是處理煉油廠過剩而無出路的減壓渣 油；減少重油催化裂化的摻煉比例，提升催化汽油、柴油的質(zhì)量；提升作 為優(yōu)質(zhì)乙

2、烯裂解原料 -焦化石腦油的產(chǎn)量；增產(chǎn)高十六烷值柴油，提升煉油 廠的柴汽比；增加中間焦化蠟油，為催化裂化及加氫裂化提供原料；利用 焦化干氣或石油焦作為制氫裝置的原料。目前國(guó)內(nèi)延遲焦化裝置近 40 套， 新設(shè)計(jì)和正在建設(shè)的約 10 套，自第一套延遲焦化裝置在撫順石化公司石油 二廠建設(shè)以來，不管是延遲焦化工藝技術(shù)水平，依舊設(shè)備技術(shù)水平均有了 較大的提升，要緊體現(xiàn)在裝置運(yùn)行更加安全可靠、開工周期延長(zhǎng)、一次性 投資降低、能耗降低、操作費(fèi)用降低、自動(dòng)化水平提升、操作靈活性提升、 產(chǎn)品質(zhì)量提升、環(huán)境污染減少。延遲焦化裝置的要緊設(shè)備有焦化加熱爐、 焦炭塔、焦化分餾塔、吹汽放空塔、加熱爐進(jìn)料泵、水力除焦機(jī)械等，

3、其 中焦化加熱爐被認(rèn)為是焦化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，而焦炭塔則是焦化裝置的核 心設(shè)備。因?yàn)榻固克墙够b置的反應(yīng)器，加熱爐、分餾塔、放空系統(tǒng)、 冷切焦水處理系統(tǒng)、水力除焦系統(tǒng)等均與之有關(guān)。盡管焦炭塔是一個(gè)空筒 設(shè)備，但它的設(shè)計(jì)涉及到幾乎全裝置的工藝過程，因此在焦炭塔的設(shè)計(jì)過 程中不但應(yīng)充分考慮焦炭塔本體的設(shè)計(jì)，還應(yīng)充分考慮與之有關(guān)系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)。2. 焦炭塔本體的設(shè)計(jì)焦炭塔本體的設(shè)計(jì)要緊包括焦炭塔直徑的確定、塔高的確定、塔體材 料的選擇及焦炭塔的結(jié)構(gòu)形式。2.1 焦炭塔的直徑和高度焦炭塔的直徑和高度要緊取決于裝置的處理量、原料性質(zhì)、操作溫度、操作壓力和循環(huán)比。裝置的處理量是決定焦炭塔大小的要緊參數(shù)，目前

4、國(guó) 內(nèi)單塔處理量和焦炭塔規(guī)格的對(duì)應(yīng)如下：序號(hào)單塔處理量（萬 噸/年）焦炭塔規(guī)格（ mm）建設(shè)時(shí)刻操作循環(huán)比120305400×18000（切）50 年代至 70 年代1.3 1.4240 506100×21000（切）80 年代至 90 年代1.3 1.43100 1208400×21000（切）90 年代末1.15 1.354130 1408800×27000（切）21 世紀(jì)初1.15 1.255150 1709400×26500（切）21 世紀(jì)初1.15 1.25焦炭塔的單塔處理量越大，要求的焦炭塔直徑越大，這要緊是由焦炭 塔塔內(nèi)的承諾氣速

5、決定的。 焦化原料渣油在加熱爐中被快速加熱到 500左 右進(jìn)入焦炭塔，為防止加熱爐管結(jié)焦， 爐出口的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率一樣不大于 10 （氣體和汽油的轉(zhuǎn)化率） ，大部分的反應(yīng)延遲到焦炭塔內(nèi)進(jìn)行，原料進(jìn)入焦 炭塔，在塔內(nèi)適宜的壓力、溫度和停留時(shí)刻的條件下發(fā)生裂解和縮合反應(yīng)， 裂解為吸熱反應(yīng)，縮合為放熱反應(yīng)，裂解的熱量除了來自原料渣油本身外 還有一部分由縮合反應(yīng)提供，縮合反應(yīng)生成的焦炭停留在塔內(nèi)，并由塔壁 向中心擴(kuò)展，中心形成進(jìn)料通道，在焦炭層以上為要緊反應(yīng)區(qū)，即泡沫層。 泡沫層分油相泡沫和氣相泡沫，氣相泡沫在上部，其密度約為30 100kg/m3，油相泡沫在焦層以上，其密度約為 100 700 kg/m

6、3，焦化反應(yīng)溫度即 為泡沫層溫度，一樣為 460 480，同時(shí)生焦率越高，該反應(yīng)溫度越高。 焦炭層也存在焦化反應(yīng) ,裂化生成的氣體自焦炭層益處 ,焦炭層的間隙率約 為:30%50%。使熱態(tài)的焦炭層高度高于冷態(tài)的焦炭高度。隨著原料的持續(xù)進(jìn)入，產(chǎn)生的焦炭量增加，焦炭層高度增加，泡沫層也 隨之連續(xù)升高。塔內(nèi)反應(yīng)示意圖如下：由于泡沫層為反應(yīng)區(qū)，一樣不期望正在反應(yīng)的泡沫被油氣夾帶到焦炭 塔頂出口的大油氣管線和分餾塔，導(dǎo)致管線結(jié)焦和分餾塔內(nèi)結(jié)焦阻礙產(chǎn)品質(zhì)量。焦炭塔內(nèi)油氣的承諾氣速可用下式運(yùn)算：m/s ; L 為輕相泡沫層密度， kg/m3 LV 為氣相泡沫層密度， kg/m3 K 為物性校正系數(shù)據(jù)資料報(bào)導(dǎo)

7、， 國(guó)外在焦炭塔內(nèi)不注入消泡劑時(shí)， 承諾氣速一樣為 0.11 0.17m/s。在使用消泡劑時(shí)，正常的設(shè)計(jì)油氣速度應(yīng)低于 0.12 0.21m/s。按 照承諾的油氣速度和焦炭塔內(nèi)的油氣流量即可確定焦炭塔的直徑，為減少 泡沫夾帶，新設(shè)計(jì)焦炭塔建議采納低的油氣速度，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)焦炭塔內(nèi)的油 氣速度一樣低于 0.10 0.15m/s。焦炭塔內(nèi)的油氣體積流量除和渣油進(jìn)料量有關(guān)外，與原料性質(zhì)、操作 條件也有緊密的關(guān)系。在確定焦炭塔的直徑往常應(yīng)第一確定焦炭塔的操作 條件和產(chǎn)品分布。渣油是以碳、氫、硫、氮、氧等為要緊元素的大分子烴 類，通常分為飽和烴、芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，瀝青質(zhì)含量高的渣油生焦率 較高，輕油收率較

8、低。產(chǎn)品分布一樣最終由試驗(yàn)確定，在沒有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí) 可參考下式估算：（1） 硫化氫收率 ,（2） 干氣收率 ,（3） LPG 收率 ,W%: H2S=0.25*SfW%: RG =3.5+0.1*CCRW%: LPG =3.3+0.044*CCR焦炭收率 , W%: COK=1.6*CCR石腦油收率 ,W%: Nao=11.38+0.335*CCR瓦斯油收率 ,W%: TGO=100-(H2S+RG+LPG+COK+ Nao)柴油收率 /瓦斯油收率 ,R=0.38+0.011*CCR-0.00031*CCR柴油收率 ,W%: LCGO=R*TGO蠟油收率 , W%: HCGO=TGO-LCGO

9、其中:CCR為渣油的康氏殘?zhí)浚?W%），Sf 為渣油的硫含量（ W%）。 當(dāng)原料性質(zhì)確定后，對(duì)生焦率和產(chǎn)品分布阻礙較大的要緊是循環(huán)比、 反應(yīng)溫度和壓力。循環(huán)比減少 10，生焦率一樣減少 1，同時(shí)焦化蠟油 收率增加，氣體、汽油、柴油收率下降。當(dāng)需要提升裝置的液體收率時(shí)一 樣采納降低循環(huán)比（ 0.150.25）或零循環(huán)比操作；當(dāng)需要多產(chǎn)焦化石腦油 和柴油時(shí)一樣采納較大循環(huán)比（ 0.25 0.45）操作；當(dāng)焦化蠟油無出路或需 要最大可能地生產(chǎn)乙烯原料時(shí)一樣采納大循環(huán)比（ 0.41.0）操作。循環(huán)比 越大，焦炭塔內(nèi)的油氣體積流量越大。提升焦化溫度可增產(chǎn)液體產(chǎn)品收率， 但基于焦化反應(yīng)的特點(diǎn)，反應(yīng)溫度（爐

10、出口溫度操縱）調(diào)整的幅度是專門 窄的，溫度過高會(huì)導(dǎo)致提早結(jié)焦，堵塞爐管、轉(zhuǎn)油線，阻礙開工周期，同 時(shí)易生成硬質(zhì)石油焦，使除焦困難；溫度過低導(dǎo)致熱量不足反應(yīng)深度不夠， 輕油收率降低，焦炭揮發(fā)分增大或產(chǎn)生焦油。一樣情形下是按照原料性質(zhì) 確定最佳的操作溫度，通常焦化爐出口溫度為 495 505，芳烴含量和瀝 青質(zhì)含量的比值較大時(shí)宜采納較高的爐出口溫度。采納低壓操作可改善焦 化產(chǎn)品分布， 在國(guó)內(nèi)外已普遍認(rèn)可， 國(guó)內(nèi)焦炭塔頂操作壓力一樣為 0.15 0. 20Mpa，國(guó)外最低的達(dá)到 0.1 0.15Mpa。壓力降低一樣是提升蠟油的收率， 然而增大了焦炭塔的氣體體積流量，勢(shì)必使焦炭塔的塔徑加大，裝置的投

11、資增加，因此應(yīng)綜合設(shè)備投資、操作費(fèi)用和產(chǎn)品分布等因素確定適宜的操 作壓力。另外焦化加熱爐的注汽注水量、在線清焦時(shí)的加熱爐吹汽量、四通閥 及切斷閥的汽封蒸汽量對(duì)焦炭塔的直徑確定也有一定的阻礙，一樣加熱爐 的注汽注水量按爐新奇進(jìn)料的 1.0 1.5考慮，在線清焦時(shí)應(yīng)考慮減少渣油 進(jìn)料，增加蒸汽量，蒸汽量可按 28t/h 考慮。焦炭塔底閥門的汽封量在采 納連續(xù)注入時(shí)應(yīng)考慮 0.51.0t/h 的蒸汽量。在差不多確定焦炭塔的直徑后，按照原料性質(zhì)、焦炭產(chǎn)率、生焦時(shí)刻、 泡沫層高度來確定焦炭塔的高度。焦炭產(chǎn)率和原料性質(zhì)、操作條件有關(guān)， 泡沫層高度和原料性質(zhì)、反應(yīng)溫度及壓力有關(guān)。當(dāng)在焦炭塔內(nèi)注入消泡劑 后，

12、泡沫層的高度一樣減少 50 70。當(dāng)單塔處理能力、原料性質(zhì)和操作 條件確定后，塔內(nèi)的焦層高度要緊確定于生焦時(shí)刻。目前國(guó)內(nèi)焦化裝置設(shè) 計(jì)的生焦時(shí)刻均為 24小時(shí)，國(guó)外焦化生焦時(shí)刻一樣為 1024小時(shí)，采納 1 6 小時(shí)的占大多數(shù)， 采納短的生焦時(shí)刻，能夠提升焦炭塔的利用率，或者同 等規(guī)模的焦炭塔的高度減少。在確定焦炭塔高度時(shí)應(yīng)留有一定的安全空高， 安全空高一樣為塔頂切線離泡沫層頂部的距離，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的焦炭塔一樣安 全空高大于等于 3 米，國(guó)外焦炭塔的安全空高一樣為 23米?？崭咴酱?，焦炭塔的利用率越低，但油氣在塔內(nèi)的停留時(shí)刻延長(zhǎng)，對(duì)減少油氣線和分餾塔內(nèi)結(jié)焦有利?？崭叩倪\(yùn)算公式如下：H空高H切V錐

13、/0.785D塔 H泡沫焦其中：H 切焦炭塔切線高度 , m；G 焦焦炭生焦速率 , kg/h ； 焦生焦時(shí)刻 , hr ； 焦塔內(nèi)焦炭堆密度 , kg/m3(800 900 kg/m3) ； V 錐焦炭塔錐體體積 , m3；D 塔焦炭塔直徑 , m ；H 泡沫泡沫層高度 , m。 通常所講的縮短生焦時(shí)刻能夠提升處理量，是提升了焦炭塔的利用率。 焦炭塔直徑和切線高度的關(guān)系 焦炭塔直徑和高度相互補(bǔ)充，當(dāng)裝置處理量、操作條件確定后，直徑 增大能夠降低高度，高度增加也能夠適當(dāng)減少塔徑。國(guó)內(nèi)在過去建設(shè)的焦 炭塔的直徑一樣為 5.4 6.4 米，其高徑比一樣為 3 4。最近建設(shè)的大直徑 焦炭塔的高徑比一

14、樣為 23。美國(guó)焦炭塔的高徑比一樣為 23。焦炭塔的直徑和高度受到水力除焦機(jī)械，設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、吊 裝等的限制，不宜太大和太高，美國(guó)目前運(yùn)行的最大焦炭塔的直徑為 9.14 米。建議在裝置處理量較大，采納一爐二塔使焦炭塔的直徑和高度專門龐 大時(shí)，采納縮短生焦時(shí)刻或二爐四塔或三爐六塔更為適宜 ,不能盲目的追求 設(shè)備大型化。2.2 塔體材料的選擇 焦炭塔的材質(zhì)選擇應(yīng)考慮焦化原料性質(zhì)、塔內(nèi)操作條件、焦炭塔的結(jié) 構(gòu)尺寸、裝置的建設(shè)投資。90 年代往常，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的焦炭塔的材質(zhì)大部分為 20g，因原料中硫含 量不高，設(shè)計(jì)的溫度及壓力較低，焦炭塔的直徑較小。通過近三十年的使 用體會(huì)表明，該材質(zhì)差不多滿足

15、生產(chǎn)要求，但也顯現(xiàn)了許多的咨詢題，要 緊表現(xiàn)在由于其耐熱性能差，使用一段時(shí)刻顯現(xiàn)塔體裂紋、鼓包和變形， 給生產(chǎn)帶來不安全因素。按照最新材料選擇標(biāo)準(zhǔn)，焦炭塔的材質(zhì)應(yīng)選用 20 R。目前針對(duì)小直徑焦炭塔，同時(shí)原料油中含硫量低，建設(shè)投資不高的情形 下，仍可采納 20R 作為焦炭塔的材料。采納碳鋼材料，設(shè)計(jì)溫度不能高于 375，實(shí)際上焦化原料進(jìn)焦炭塔的溫度為 485495，由于生成的焦炭積 聚于塔壁，起到了隔熱作用， 實(shí)際測(cè)量焦炭塔塔體的最高溫度不高于 475； 設(shè)計(jì)壓力一樣低于 0.3Mpa，設(shè)計(jì)腐蝕裕度不小于 3mm，否則焦炭塔的壁厚 太大，給焦炭塔的制造、熱處理、施工安裝帶來一定的困難。當(dāng)焦炭塔

16、的 直徑較大和原料中硫含量較高時(shí)，焦炭塔若采納碳鋼材質(zhì)，其塔體的厚度 就會(huì)專門厚，不管從使用性能、設(shè)備制造、施工安裝、設(shè)備費(fèi)用等方面均 不利。因此目前設(shè)計(jì)的大型化焦炭塔的材質(zhì)均采納 Cr-Mo 鋼。國(guó)內(nèi)近幾年 設(shè)計(jì)的焦炭塔的材質(zhì)大都為 15CrMoR。美國(guó)自 19801997 年大量使用 Cr- Mo 鋼， CrMo 鋼中經(jīng)常用的是 1Cr-1/2Mo，1 1/4Cr-1/2Mo 和 2 1/4Cr-1.0M o，1 1/4Cr-1/2Mo 鋼和 1Cr-1/2Mo 鋼相比，許用應(yīng)力高、對(duì)缺口敏銳性小、 耐熱性更好，但國(guó)內(nèi)應(yīng)用的還比較少。美國(guó) Foster-wheeler公司為印度設(shè)計(jì) 的直徑

17、 29英尺的焦炭塔下部錐體采納 2 1/2Cr-1.0Mo 鋼，上部采納 1 1/4C r-1/2Mo 鋼。為提升焦炭塔的耐熱腐蝕性，焦炭塔上部經(jīng)常采納不銹鋼復(fù)合板，復(fù) 合層的厚度一樣為 3mm，復(fù)合層的材質(zhì)為 0Cr13Al 或 0Cr13，國(guó)內(nèi)焦炭塔 大部分采納 0Cr13Al ，據(jù)資料報(bào)導(dǎo)， 0Cr13Al 應(yīng)限制在 343以下使用，長(zhǎng) 期處于 371538會(huì)使其變脆， 焦炭塔上部的溫度為 460左右， 應(yīng)采納 0 Cr13為好。美國(guó) 19801997年安裝的焦炭塔大部分采納 0Cr13作為復(fù)合層。 國(guó)內(nèi)新設(shè)計(jì)的茂名石化公司和齊魯石化公司的焦炭塔材質(zhì)采納的是 1 1/4Cr -1/2Mo

18、 鋼和 0Cr13 復(fù)合層。復(fù)合層的高度為從頂部至泡沫層下 200mm處， 實(shí)際上焦炭塔內(nèi)的泡沫層在持續(xù)變化，由底部逐步向上升高，按理應(yīng)全塔 采納復(fù)合板。但實(shí)際操作證明，生焦完成時(shí)的泡沫層及泡沫層以上塔體腐 蝕較嚴(yán)峻，估量是最高泡沫層以下焦炭塔受焦炭的愛護(hù)，同時(shí)越向下，受 愛護(hù)的時(shí)刻越長(zhǎng)，未被愛護(hù)的上部塔體受高溫氣體腐蝕和沖蝕，在吹汽、 給水冷焦時(shí)，受酸性水的腐蝕，從而導(dǎo)致上部腐蝕較為嚴(yán)峻。當(dāng)焦炭塔采 納 CrMo 鋼及不銹鋼復(fù)合板后， 其耐熱性提升， 許用應(yīng)力增大、 耐腐蝕性增 強(qiáng)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮采納較高的溫度和壓力，使焦炭塔更習(xí)慣焦化裝置各 種工況操作的變化。2.3 焦炭塔的結(jié)構(gòu)形式 確定

19、焦炭塔的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)充分考慮焦炭塔的操作特點(diǎn)、使用壽命、安 全保證等方面的因素。焦炭塔盡管是一個(gè)空筒設(shè)備，但其結(jié)構(gòu)型式、開口 嘴子的設(shè)計(jì)也有多種型式。在上世紀(jì)六、七十年代和八十年代初，國(guó)內(nèi)設(shè) 計(jì)的焦炭塔均設(shè)有堵焦閥，裝置開工預(yù)熱和正常操作時(shí)焦炭塔的預(yù)熱介質(zhì) 自堵焦閥進(jìn)入，油品自塔底由甩油泵抽出，油氣自塔頂進(jìn)入分餾塔，由于 堵焦閥處塔體受熱不均產(chǎn)生裂紋和變形以及經(jīng)常由于甩油不凈導(dǎo)致?lián)Q塔時(shí) 塔內(nèi)突沸沖塔， 80 年代以后國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的焦炭塔均取消了堵焦閥，并增設(shè)了 甩油罐。油氣預(yù)熱利用塔頂?shù)拇笸咚咕€，開工循環(huán)利用安全閥線或單獨(dú)設(shè) 置的開工循環(huán)線。塔頂油氣出口線過去自鉆焦口法蘭下接出，現(xiàn)在一樣單 獨(dú)設(shè)油氣

20、出口，同時(shí)急冷油入口斜向下安裝在油氣出口法蘭以下或上部的 管線上。另外目前在設(shè)置開口時(shí)均考慮自焦炭塔頂打入消泡劑和注入煉油 廠的污泥或含水污油。實(shí)踐證明現(xiàn)在的改進(jìn)措施，均有利于焦炭塔的靈活 操作，對(duì)減少塔出口結(jié)焦也十分有效。焦炭塔的裙座結(jié)構(gòu)也正在持續(xù)改進(jìn)，由過去的對(duì)接型式和搭接型式逐 步進(jìn)展為堆焊型式和整體鍛焊型式， 四種結(jié)構(gòu)型式的運(yùn)算疲勞壽命分別是 5 98、478、5503、10704周期。在有條件的情形下，為了盡量延長(zhǎng)焦炭塔的 疲勞壽命，應(yīng)優(yōu)先考慮采納整體鍛焊結(jié)構(gòu)。另外，焦炭塔裙座采納蒸汽加 熱措施對(duì)延長(zhǎng)焦炭塔的壽命也有一定的好處。過去焦炭塔頂封頭均采納球 形封頭，為了在焦炭塔高度不變的

21、情形下提升其利用率，增加焦炭塔的容 積，國(guó)內(nèi)目前大都采納橢圓封頭，針對(duì) 8400×21000mm 的球型封頭焦炭 塔，若改為橢圓封頭，在總高度不變的條件下，其切線長(zhǎng)度約能夠增加到 2 3100mm，焦炭塔的筒體容積增加 33.8m3，對(duì)增加焦炭塔的處理能力十分有 利。按照焦炭塔的使用體會(huì)，焦炭塔的頂部鉆焦口和底部出焦口的法蘭容 易發(fā)生火災(zāi)， 這要緊是由于該法蘭的設(shè)計(jì)壓力較低 （一樣為 1.6Mpa）、經(jīng)常 人工拆裝、金屬墊片只是關(guān)、內(nèi)部操作介質(zhì)溫度高所致。為了幸免該類事 件的發(fā)生，應(yīng)考慮采納合理的法蘭結(jié)構(gòu)型式、質(zhì)量可靠的金屬墊片，除焦 口在拆卸法蘭和裝配法蘭時(shí)應(yīng)科學(xué)、精心操作，另外在

22、法蘭易泄漏部分設(shè) 消防蒸汽環(huán)管，一旦油氣外泄漏著火，操作人員也能夠及時(shí)對(duì)其熄火。焦炭塔的料位計(jì)和塔壁測(cè)溫點(diǎn)的設(shè)置也是焦炭塔設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素。 設(shè)置料位計(jì)的要緊目的是觀看焦炭塔內(nèi)泡沫層和焦層的所處位置，有助于 及時(shí)確定注入消泡劑和停止工藝進(jìn)料，對(duì)提升焦炭塔的利用率，指導(dǎo)焦化 工藝操作、節(jié)約能耗和消泡劑耗量專門有利。目前國(guó)內(nèi)采納的大部分是國(guó) 產(chǎn)的中子料位計(jì)，其使用的中子源活度為 50 毫居，相應(yīng)輻射劑量為距源點(diǎn) 1 米處，中子及 射線總輻射劑量小于 1.6×10-6 希沃特時(shí)。其工作原理 是中子源發(fā)出快中子，穿過塔壁和塔內(nèi)介質(zhì)，由于塔內(nèi)介質(zhì)中的氣體、泡 沫層、焦炭的碳?xì)浔炔煌瑢?duì)中子的吸

23、取慢化不同，塔外壁接收到的中子通量也不同。測(cè)量在此中子通量及其隨時(shí)刻的變化，則能夠確定塔內(nèi)物料 的相對(duì)密度的大小及其變化，由此判定物料狀態(tài)是油氣、泡沫依舊焦炭。 通常每個(gè)焦炭塔設(shè)置料位計(jì) 14 點(diǎn)不等，設(shè) 3點(diǎn)的較多。三個(gè)點(diǎn)的設(shè)置位 置應(yīng)按照生焦率、進(jìn)料量、生焦時(shí)刻、泡沫層高度確定。每檢測(cè)點(diǎn)由中子 源、檢測(cè)器、電子線路、主控室接口及二控 PC 數(shù)據(jù)處理、顯示系統(tǒng)等構(gòu)成。 塔上部件均有效地密封在防火、防水、防電磁干擾的外殼內(nèi)，并安裝在塔 壁外的支架上，在塔體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮料位計(jì)的安裝位置及結(jié)構(gòu)形式。上述 料位計(jì)每一檢測(cè)點(diǎn)只能檢測(cè)塔內(nèi)某一點(diǎn)的料位，另外一種料位計(jì)點(diǎn)發(fā)射源 和接收器在焦炭塔相對(duì)的兩側(cè)，

24、發(fā)射源發(fā)射的射線是水平向下約 30o 的扇 面，其對(duì)面的是長(zhǎng)約 23 米的棒形接收器，該料位計(jì)能夠在一定范疇內(nèi)連 續(xù)檢測(cè)塔內(nèi)的料位，若采納該類型料位計(jì)，在焦炭塔設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在塔的 兩側(cè)設(shè)計(jì)安裝料位計(jì)支架。焦炭塔塔壁溫度的變化差不多也能夠判定焦層、泡沫層的位置，該措 施在國(guó)內(nèi)外也得到普遍應(yīng)用。按照焦炭塔內(nèi)的反應(yīng)模式，泡沫層區(qū)的塔壁 溫度最高，焦層區(qū)由于焦炭的隔熱作用，塔壁溫度比進(jìn)料溫度低，氣相區(qū) 由于氣體的溫度低且傳熱較差，導(dǎo)致塔壁溫度比反應(yīng)區(qū)溫度也低。按照不 同點(diǎn)塔壁溫度的變化，由低到高再到低來確定泡沫層是否差不多過此點(diǎn)。 另外塔壁溫度的設(shè)置對(duì)焦炭塔的吹汽、給水、油氣預(yù)熱過程也有一定的指 導(dǎo)作

25、用。測(cè)溫點(diǎn)的熱電偶和塔壁應(yīng)有效接觸，采納埋置式較合理，在焦炭 塔的制造過程中就要預(yù)放焊接板。2.4 焦炭塔的制造、熱處理、安裝和試壓 焦炭塔的制造從煉鋼開始，當(dāng)焦炭塔的規(guī)格及材質(zhì)確定后，向煉鋼廠 提出要求，冶煉符合設(shè)計(jì)要求的鋼板，國(guó)內(nèi)大型煉鋼廠均能夠生產(chǎn)滿足要 求的焦炭塔鋼板，復(fù)合板由專門的復(fù)合板制造廠生產(chǎn)。焦炭塔裙座采納整 體鍛件結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)在制造廠事先鍛造完成，整體運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，針對(duì)大直徑的 焦炭塔應(yīng)充分考慮其運(yùn)輸?shù)碾y度。采納堆焊結(jié)構(gòu)可現(xiàn)場(chǎng)焊接。焦炭塔體一 樣采納分克制造現(xiàn)場(chǎng)組裝的安裝方法，能夠在地面組裝完畢，整體吊裝就 住，也能夠分塊吊裝現(xiàn)場(chǎng)焊接。當(dāng)焦炭塔采納鉻鉬鋼或較大壁厚碳鋼時(shí)， 均應(yīng)熱處

26、理，能夠分段在制造廠進(jìn)行熱處理，現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接后對(duì)焊縫進(jìn)行 局部熱處理；也能夠分段運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)熱處理爐進(jìn)行熱處理，在組焊 后局部熱處理。 焦炭塔使用前的試壓應(yīng)采納水， 試壓水可由冷焦水泵送入 在正常操作時(shí)試壓一樣采納蒸汽試壓 ,試驗(yàn)壓力應(yīng)考慮溫度的阻礙。3. 焦炭塔有關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)焦炭塔時(shí)應(yīng)充分考慮其有關(guān)系統(tǒng)，要緊是吹汽放空、給水冷焦 及冷焦水處理、水力除焦及切焦水處理、油氣預(yù)熱等和焦炭塔操作緊密有 關(guān)的系統(tǒng)。焦炭塔的進(jìn)料來自焦化加熱爐，加熱爐為連續(xù)操作，焦化油通過四通 閥連續(xù)送至焦炭塔 A 或 B，四通閥和四通閥兩側(cè)的球型隔斷閥實(shí)行聯(lián)鎖操 縱操作，焦炭塔為間斷進(jìn)料，其進(jìn)料時(shí)刻即為生焦

27、時(shí)刻，在一個(gè)塔的生焦 時(shí)刻內(nèi)，另一個(gè)必須通過處理后達(dá)到生焦條件。一個(gè)焦炭塔兩次開始進(jìn)料 的時(shí)刻間隔為焦炭塔的操作周期。焦炭塔的操作周期一樣為 2472 小時(shí) 下表為焦炭塔不同操作周的操作情形。操作過程h 操作周期 ,h生 焦 h切 換 塔 h小 吹 汽 h大 吹 汽 h小 給 水 h大 給 水 h排 水 h頂?shù)?頭蓋 拆卸 h除 焦 h頂?shù)?頭蓋 安裝h試 壓 h塔預(yù) 熱升 溫h閑置 h36180.50.51.51.03.52.00.53.50.50.53.50.548240.50.52.02.54.03.50.54.00.50.54.51.024120.20.31.00.82.52.00.2

28、2.50.20.32.0072360.50.52.03.05.54.50.54.00.50.56.58.0由上表能夠看出，操作周期不同，焦炭塔處理的每一個(gè)步驟需要的時(shí)刻不同，若達(dá)到同樣的處理成效，操作自動(dòng)化程度、吹入蒸汽的流量、冷 焦水的流量、切焦水壓力和流量、油氣預(yù)熱流量不同，其相應(yīng)系統(tǒng)的配置 也有較大的差別。因此在確定生焦周期時(shí)應(yīng)慎重考慮。采納較短的生焦時(shí) 刻可體現(xiàn)裝置的設(shè)計(jì)水平，美國(guó)經(jīng)常采納的是 1618 小時(shí)，而國(guó)內(nèi)差不多 上采納 24 小時(shí)。這不僅和操作治理及工作制度有關(guān)，而且和焦炭塔的設(shè)計(jì) 及配套系統(tǒng)有關(guān)，在設(shè)計(jì)焦炭塔時(shí)應(yīng)分別給于考慮。3.1 吹汽放空系統(tǒng) 焦炭塔停止生焦以后，未反

29、應(yīng)的渣油和反應(yīng)生成的部分油氣停留在焦 炭塔內(nèi)，若不去除將阻礙焦炭的質(zhì)量和增加冷焦水中的油含量。通常先少 量吹入蒸汽，從滿焦的焦炭塔汽提輕質(zhì)油品至焦化分餾塔，小吹汽的蒸汽 量和焦炭塔的直徑、生焦時(shí)刻有關(guān)，在生焦時(shí)刻短，焦炭塔直徑大的情形 下，要使焦炭塔中的輕油充分吹出 ,應(yīng)加大蒸汽量 ,但蒸汽量的增加將受到分 餾塔設(shè)計(jì)的限制， 一樣為 1.5 3.0t/h。小吹汽后， 焦炭塔內(nèi)仍舊存在許多重 質(zhì)污油，應(yīng)該用大量蒸汽進(jìn)行汽提，蒸汽量一樣為 1020t/h，視塔徑不同 而定，現(xiàn)在再進(jìn)分餾塔，將阻礙分餾塔的操作。因此在焦化裝置設(shè)置吹汽 放空系統(tǒng)，專門處理焦炭塔大吹汽時(shí)吹出的油汽和給水冷焦時(shí)產(chǎn)生的含油

30、蒸汽。國(guó)內(nèi)的吹汽放空系統(tǒng)一樣設(shè)計(jì)為密閉的油吸取式放空系統(tǒng)，該系統(tǒng) 是用焦化蠟油吸取油汽中的污油，用空冷器或水冷器冷凝未被吸取的蒸汽 及輕質(zhì)油氣，該系統(tǒng)不僅減少了環(huán)境污染，而且回收了大量的污油和污水。 放空塔的設(shè)計(jì)和大吹汽的蒸汽量有關(guān)，最大空塔氣速以吸取油品不被蒸汽 夾帶為原則，放空塔塔徑按照蒸汽及油氣流量和承諾空塔氣速確定，吸取 及換熱擋板按照入口蒸汽中含油量和換熱量確定。國(guó)內(nèi)外一樣采納擋板作 為吸取換熱板，擋板數(shù)量為 816 層。在確定焦炭塔直徑的同時(shí)應(yīng)考慮放 空塔直徑和放空系統(tǒng)的冷凝冷卻器的設(shè)計(jì)。大直徑的焦炭塔和短的生焦時(shí) 刻，需要的汽提蒸汽量大，配套的放空塔及冷凝冷卻器也應(yīng)該加大。3.2

31、 給水冷焦及冷焦水處理系統(tǒng) 在焦炭塔拆卸塔頂?shù)咨w往常，必須把焦炭塔冷卻到焦炭的自燃點(diǎn)以下 或更低，幸免打開塔頂?shù)咨w后發(fā)生焦炭自燃和大量油汽外出阻礙環(huán)境。通 常是向塔內(nèi)通入少量的水 （約 1020t/h），水在塔內(nèi)汽化吸熱冷卻焦炭， 產(chǎn) 生的蒸汽排至放空系統(tǒng)進(jìn)行處理，再向塔內(nèi)大量給水（ 200 400t/h），使焦 炭塔充滿并溢流， 冷卻焦炭至 100以下， 然后自底部排水至冷焦水處理系 統(tǒng)。焦炭塔的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮給水冷焦，給水冷焦的操作條件又決定著冷焦水 處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。焦炭塔直徑越大，徑向焦層厚度增加，塔壁處焦炭不易 被冷卻，另外焦炭塔體積增大，充滿焦炭塔需要的冷卻水量增加，因此冷 焦水的給水量

32、和冷卻時(shí)刻應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)。冷焦水處理系統(tǒng)應(yīng)該考慮加大冷焦 水熱水和冷水的貯罐或貯水池，滿足一次冷焦使用，冷焦水冷水泵和熱水 泵也應(yīng)考慮選用大流量泵，保證能在規(guī)定的時(shí)刻內(nèi)充滿焦炭塔。冷焦水處 理系統(tǒng)的旋流除油器、冷卻器能夠考慮延長(zhǎng)操作時(shí)刻，不一定按焦炭塔塔 徑的增加而選用的太大。焦炭塔的給水線專門是放水線應(yīng)加大直徑，幸免 放水時(shí)刻太長(zhǎng)。在冷焦操作時(shí)，經(jīng)常顯現(xiàn)大吹汽后小給水時(shí)，焦炭未硬結(jié) 塌落，導(dǎo)致給水不暢通，有的煉油廠采納先大給水使通道的焦炭固化，再 由小給水過渡到大給水，成效比較明顯。焦炭塔的最大操作荷重應(yīng)考慮冷焦操作，因?yàn)槔浣共僮鲿r(shí)焦炭塔內(nèi)充 滿水，水中有焦炭，焦炭的真比重大于水，最大操作荷重為

33、水的重量加焦 炭的重量。3.3 水力除焦及切焦水處理 水力除焦及切焦水處理系統(tǒng)要緊包括高壓水泵、操縱閥、高壓膠管、 鉆桿、切焦器、鉆機(jī)絞車、塔底蓋裝卸機(jī)、焦炭抓斗、切焦水沉淀池、切 焦水貯水罐（或貯水池）等。上述設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型應(yīng)和焦炭塔的設(shè)計(jì)相 配套。高壓水泵的壓力和流量和焦炭塔內(nèi)的生焦量、焦炭塔直徑、焦炭硬 度和切焦時(shí)刻有關(guān)，一樣情形下生焦量大、切焦時(shí)刻要求的短、焦炭硬、 焦炭塔直徑大要求的切焦水的壓力和流量就大。國(guó)內(nèi)高壓水泵出口壓力、 流量和塔徑的關(guān)系見下表：焦炭塔直徑高壓水泵出口壓力 Mpa高壓水泵流量 m3/h540015.0150 160600018.0180 190610018.

34、0180 190640020.0190 200680021.0200 210840028.5250 270 880030.0260 280940033.0300 310按照國(guó)外資料介紹， 焦炭塔每米直徑， 需要的水壓約為 2.72Mpa，美國(guó) 休斯頓某煉油廠焦炭塔直徑為 7.42 米，選用的高壓水泵壓力為 22.8Mpa。 在給定的壓力下，沖擊力和流量成正比，焦炭塔直徑增加，切焦水流量也 應(yīng)加大。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)焦炭塔每米直徑需要的水壓約為 2.73.5Mpa，同時(shí)直徑 越大，平均每米需要的水流量變化不大。高壓膠管、操縱閥、鉆桿、切焦 器的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)按高壓水泵最高出口壓力考慮，目前國(guó)產(chǎn)的該類設(shè)備的耐

35、壓均超過 42Mpa，完全能夠滿足使用要求。鉆機(jī)絞車、操縱閥、高壓水泵、高壓水切斷閥等的聯(lián)鎖操縱操作也是 焦炭塔輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容之一，該系統(tǒng)采納 PLC 測(cè)定鉆桿位置、鉆桿轉(zhuǎn) 速、除焦水壓力、鋼絲繩拉力等并顯示其數(shù)值，通過程序操縱實(shí)現(xiàn)除焦過 程的安全操作。塔底蓋裝卸機(jī)和焦炭塔下出焦口的高度及大小有關(guān)，目前 國(guó)內(nèi) 5400 6800的焦炭塔下出焦口為 1600，84008800 的焦炭 塔下出焦口為 1800。更大直徑的焦炭塔應(yīng)采納更大的出焦口，保證焦炭 的順利流出，底蓋裝卸機(jī)的設(shè)計(jì)也應(yīng)重新考慮。為縮短塔頂?shù)咨w的拆裝時(shí) 刻、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)逐步考慮采納自動(dòng)卸蓋機(jī)，國(guó)外已有成熟的技術(shù)， 國(guó)內(nèi)正在

36、研究開發(fā)當(dāng)中。焦炭抓斗的大小和除焦速度有關(guān)，大直徑焦炭生焦量多，同樣的除焦 時(shí)刻，單位時(shí)刻內(nèi)除焦量大，抓斗應(yīng)及時(shí)把除下的焦炭抓走，因此應(yīng)考慮 選用抓吊量大的抓斗吊車。切焦水沉淀池的設(shè)計(jì)和切焦水的流速及停留時(shí)刻有關(guān)，通常要求處理 后切焦水中焦粉含量應(yīng)小于 500ppm，切焦水流量增加，達(dá)到同樣的處理成 效應(yīng)延長(zhǎng)停留時(shí)刻，因此應(yīng)考慮適當(dāng)加大切焦水沉淀池或設(shè)切焦水過濾器。切焦水貯罐是高壓水泵的進(jìn)料緩沖罐，其大小應(yīng)滿足一次切焦用水的 要求，高壓水泵需要的汽蝕余量（ NPSHR），對(duì)該罐的設(shè)計(jì)也有阻礙，焦炭 塔直徑越大，一次切焦水耗量越多，高壓水泵流量越大，泵的汽蝕余量越 大，因此設(shè)計(jì)切焦水貯罐時(shí)應(yīng)考慮

37、適當(dāng)加大直徑和增加高度。3.4 焦炭塔的油氣預(yù)熱系統(tǒng) 焦炭塔在切換新的進(jìn)料往常，必須進(jìn)行蒸汽試壓和油氣預(yù)熱，通常預(yù) 熱到 300以上。其要緊目的是使塔體逐步預(yù)熱升溫， 防止塔體由于溫差太 大、疲勞壽命減少使塔體變形和防止由于龐大的塔體吸熱、降低初始反應(yīng) 溫度而產(chǎn)生出較軟的焦炭。焦炭塔的預(yù)熱時(shí)刻和焦炭塔的大小及預(yù)熱油氣 量有關(guān)，焦炭塔越大，在一定的時(shí)刻內(nèi)完成塔體預(yù)熱需要的油氣量越多。 焦炭塔的油氣預(yù)熱是把生產(chǎn)塔的油氣通過焦炭塔頂出口油氣線引至預(yù)熱 塔，被冷凝冷卻的油氣混合物自塔底轉(zhuǎn)油線進(jìn)入甩油罐（氣液分離罐） ，未 凝油氣返回分餾塔，凝縮油的溫度、流量和組成隨著預(yù)熱的時(shí)刻進(jìn)程而變 化，前期溫度低、含水較多，后期溫度較高、油品較重。煉油廠通常把含 水的凝縮油（200）經(jīng)冷卻后送至污油罐， 而把高溫的凝縮油 （200） 直截了當(dāng)送到分餾塔下部回?zé)挕Ｔ诮固克O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮油氣預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)備 及閥門的大小。一樣而言，焦炭塔直徑越大，油氣線上的閥門越大，甩油 罐及甩油泵越大，焦炭塔的油氣預(yù)熱對(duì)分餾塔熱平穩(wěn)及物料平穩(wěn)的阻礙也 越大。油氣管線上的電動(dòng)球閥或氣動(dòng)球閥應(yīng)考慮可調(diào)劑，平穩(wěn)兩路氣體的 壓力，操縱適宜的預(yù)熱速度。3.5 利用焦炭塔處理煉油廠的污油、污泥和浮渣 為減