1、國外延遲焦化裝置焦化爐技術介紹及評述董罡 謝崇亮 顏峰中國石油工程建設公司華東設計分公司（青島 266071）摘 要：通過對福斯特惠勒（Fosrer Wheeler）和康菲（Conoco Philips）兩家公司在焦化爐工程設計方面技術特點的介紹，分析了各自技術的優點和存在的問題，并在焦化爐總投資和操作維護兩方面進行對比評述。主題詞：梯形墻焦化爐 改良型焦化爐 技術介紹 對比評述1. 前言國外延遲焦化技術以美國為代表，擁有延遲焦化專利技術和工程設計經驗的著名公司有：福斯特惠勒（Fosrer Wheeler）公司康菲（Conoco Philips）公司凱洛格（Kellogg）公司和魯姆斯(ABB

2、 Lummus Grest)公司，近些年經常到中國進行技術交流的主要是以福斯特惠勒和康菲兩家公司為主，他們不僅在延遲焦化工藝技術方面有著各自獨特的特點，而且在影響延遲焦化長周期運行的核心設備焦化爐的工程設計方面也各具特色，他們有著共同的設計理念：不追求過高的加熱爐熱效率，主要考核投資回報率，注重安全、環保。福斯特惠勒公司擁有專有技術的爐型為梯形墻焦化爐（Terrace-WallTM Delayed Coker heater），國內俗稱階梯式焦化爐，康菲公司擁有的是改良型焦化爐（New Borger Coker Furnace），這兩種焦化爐的技術目前在國際上處于領先水平，代表了當今焦化爐的發展

3、趨勢，下文將對上述兩家公司的焦化爐在設計方面及操作維護方面的特點進行介紹，并加以對比評述。2. 國外延遲焦化裝置焦化爐技術介紹2.1焦化爐工藝設計國外這兩個公司的焦化爐技術雖然各具特色，但都是圍繞著如何防止爐管嚴重結焦延長焦化爐開工周期這個工程設計關鍵點進行的。兩個公司在焦化爐的工藝設計方面遵循的設計原則是一致的：較高的管內冷油流速（2m/s）；管內停留時間短，尤其是426之后的管段的停留時間，一般不大于30s；輻射室爐管采用雙面輻射，平均熱強度合理且爐管熱強度周向不均勻系數小；管內介質流程：原料油先進對流室，經轉油線進輻射室上部，最后從輻射室下部出焦化爐，原料油流向與煙氣流向相反，為逆流換熱

4、過程；原料油溫升梯度平穩；能夠保證長周期運行；設有多點注汽（水）及在線清焦功能；燃燒器采用扁平焰低NOx氣體燃燒器，可以有效的實現環保排放；在防結焦技術的保證下，提高原料油出爐溫度到500以上，來提高裝置液收，降低焦炭產量。2.2焦化爐結構設計2.2.1美國福斯特惠勒公司焦化爐：其專有的梯形墻焦化爐首次工業應用是在20世紀90年代中期，我國南方某煉油廠引進的福斯特惠勒公司420萬噸/年延遲焦化裝置中的兩臺焦化爐采用的就是梯形墻焦化爐，已于2009年建成投產。圖1國內引進的梯形墻焦化爐 圖2梯形墻焦化爐單個輻射室內部照片圖3梯形墻焦化爐簡圖1) 梯形墻焦化爐結構設計特點：輻射室爐管為水平雙面輻射

5、布置，每一個輻射室只設一路爐管；輻射室側墻向爐內傾斜設計，形成下寬上窄的梯形結構；根據裝置規模不同可以設計成最多6個輻射室結構；對流室僅有一個，為多個輻射室共用；氣體燃燒器安裝在輻射室側墻下部，扁平火焰沿內斜的側墻向上燃燒；每個管路上設有三個注水點。2) 梯形墻爐型的優點：焦化爐輻射室主要靠附墻燃燒的火焰和爐墻的反射輻射熱來加熱爐管內的油品，傾斜的側墻結構設計使得輻射室內的熱場分布非常均勻，實現了爐膛熱量輻射的合理利用；降低了爐管表面最大熱強度，提高了平均熱強度，延緩了爐管結焦周期；火焰附墻燃燒，很好地避免了普通底燒雙面輻射爐火焰添爐管現象的發生，爐管不會因局部過熱而結焦；每個輻射室內一路爐管

6、的設計可以更好地調控爐出口油品溫度，這種結構形式操作靈活性，可獨立控制每一個輻射室，方便地實現在線清焦（On-line Spalling）。3) 梯形墻型焦化爐設計存在的問題：一輻射室一管程的設計，使得整臺焦化爐輻射室爐墻散熱面積較大，占地面積也較大；輻射室爐管兩端的連接采用鑄造回彎頭及彎頭箱的設計，減少了爐管有效的傳熱面積；多個輻射室共用一個對流室的設計，無法進行在線水力機械（Mechanical pingging）清焦，只能在設有兩臺以上焦化爐的大型焦化裝置運行時，采用一停一開的辦法實現裝置不停工清焦；爐管采用多點注水使得焦化爐熱負荷增加，注水溫度不高還易造成對流室入口爐管結焦。2.2.2

7、美國康菲石油公司焦化爐：康菲公司延遲焦化加熱爐的設計通常采用的爐型與國內的大型焦化裝置采用的水平臥管雙面輻射箱式爐爐型近似。2007年康菲公司在傳統的水平臥管雙面輻射箱式爐的基礎上進行了改良，稱為改良型焦化爐（New Borger Coker Furnace）。二類優質#圖4康菲公司設計的延遲焦化裝置圖5輻射室內部照片圖6改良型焦化爐單個輻射室簡圖1) 改良型焦化爐設計特點：輻射室爐管為水平臥管雙面輻射布置，每一個輻射室內有兩路爐管；一個輻射室對應一個對流室；在一個輻射室內，氣體燃燒器分三排安裝在輻射室下部，扁平火焰垂直向上燃燒；根據裝置規模的不同可以設計成13個輻射室結構，每個管路上設有三個

8、注汽點。2) 改良型焦化爐設計的優點：輻射室取消了中間火墻，用一排大負荷的燃燒器替代原來中間火墻兩側的兩排小負荷燃燒器，節省了耐火隔熱磚的用量，縮小了爐體散熱面積，也減小了焦化爐的占地面積；燃燒器火焰正常燃燒時，輻射室爐管的表面平均熱強度的均勻度接近梯臺墻式爐；輻射室爐管連接采用急彎彎管的設計，爐管均在輻射室內，提高了爐管的有效傳熱面積；可以進行在線清焦或在線機械水利清焦；燃燒器采用扁平焰低NOx燃燒器，可以有效的實現環保排放。3) 改良型焦化爐設計存在的問題：一個輻射室有兩路爐管的設計，使得兩路爐管必須同時進行在線清焦或機械水利清焦，對裝置生產的影響比梯臺墻式爐一輻射室一路爐管的設計要大；三

9、排燃燒器同時兼顧兩路爐管的設計，使得每一路爐出口油品溫度調節較困難。燃燒器因燃料氣或助燃空氣的壓力不穩定，造成火焰發飄倒扶，產生火焰舔爐管導致爐管局部過熱結焦的現象。3. 兩種焦化爐的對比評述兩家公司在防止爐管內結焦方面都有獨到之處，兩家公司在全球的延遲焦化領域都有較多的工程業績，也都有各自的技術建設的延遲焦化裝置加工油品性質較差的委內瑞拉超稠油的經驗，都能夠保持三年以上長周期運行，主要差異體現在下面幾個方面。3.1焦化爐工程總投資方面的差異：3.1.1技術引進：福斯特惠勒公司的梯形墻焦化爐因是其專有技術，在進行延遲焦化裝置工藝包轉讓時必須捆綁向其購買整個梯形墻焦化爐設備，焦化爐的詳細設計由福

10、斯特惠勒公司完成，焦化爐主要關鍵配件，如專利燃燒器鑄鐵板空氣預熱器風機等還須由福斯特惠勒公司在國外采購，造成焦化爐總造價非常高；康菲公司進行焦化裝置工藝包轉讓時僅轉讓焦化爐技術數據及設計規范，焦化爐的設計還是由國內設計院來完成，焦化爐的全部配件也可以完全由國內制造，這樣可大幅降低焦化爐的工程費用。3.1.2焦化爐結構設計：梯形墻爐火焰為附墻燃燒，使用的隔熱磚分類溫度需要達到1500以上，隔熱磚材料等級高，造價比不直接受火焰沖刷的耐火磚要高；梯形墻爐輻射室側墻比改良型爐型數量多一倍，輻射室爐管連接使用的鑄造回彎頭及彎頭箱設計也要比改良型焦化爐投資高，僅對流室要比改良型焦化爐的節省。3.1.3投資

11、對比：美國KBC公司曾經對兩種爐型的總投資進行過研究，研究結果顯示梯形墻爐比康菲公司的改良型焦化爐高至少30%以上，考慮到國內外設計費及加熱爐配件的制造運輸費用的差價，國內引進這兩種爐型的總投資上的差異會非常大。3.2操作維護方面的差異：1) 在線清焦：梯形墻爐一輻射室一管程的設計相比改良型焦化爐一輻射室兩管程的設計，使得單路爐管在線清焦操作非常容易，在線清焦時對裝置處理量的波動較小，而改良型焦化爐必須一個輻射室的兩路爐管同時進行在線清焦，在線清焦時對裝置處理量的波動較大。但在多次在線清焦之后，在線清焦已無效果的情況下，梯形墻爐因共用一個對流室而無法進行在線水力機械清焦，而改良型雙面輻射焦化爐

12、可以對同一個輻射室的兩路爐管進行在線水力機械清焦，來減少裝置非正常停工次數。2) 在線清焦介質：福斯特惠勒公司采用冷凝水做為在線清焦介質，康菲公司采用蒸汽做為在線清焦介質，冷凝水比蒸汽溫度低，在清焦過程中與爐管管壁溫差更大，清焦效果更好。3) 原料油出爐溫度控制：福斯特惠勒公司的梯形墻爐一輻射室一管程的設計使得對每路爐管出口溫度控制比康菲公司改良型焦化爐一輻射室兩管程的設計更方便容易。兩公司焦化爐技術對比匯總表康菲公司福斯特惠勒公司備注爐型改良型雙面輻射爐型（無中間火墻）梯形墻雙面輻射爐型燃燒器安裝位置爐底部（爐管兩側）側墻下部均為氣體燃燒器火焰燃燒方向垂直向上沿爐墻傾斜向上管程數/單個輻射室2管程1管程常用爐管管徑114/127114/127輻射爐管接口形式急彎彎管鑄造回彎頭爐管注汽（水）注汽注水余熱回收系統有有（鑄鐵板空氣預熱器）每爐一套熱效率90%90%基于燃料氣硫含量100ppm（w）在線清焦介質蒸汽冷凝水冷凝水比蒸汽效果好加熱爐在線清焦次數2次/年（恰當控制減渣中的鹽雜質）2次/年加熱爐在線機械清焦能不能技術引進形式購買工藝包購買整臺加熱爐加熱爐造價低高基于同一計價平臺差價30%4. 結束語：延遲焦化裝置做為我國重質原油的主要加工手段，今后在相當時間仍會大力發展，學習國外公司的先進設計理念，深入研究國外焦化爐的工藝設計原則，了解具體的