焦化加熱爐爐管結(jié)焦與控制

朱金波

摘 要：焦化加熱爐的工作條件苛刻，在爐管內(nèi)發(fā)生結(jié)焦的現(xiàn)象也是難以避免的。干擾整個(gè)裝置正常運(yùn)行的因素是結(jié)焦量給裝置處理量和管內(nèi)流動(dòng)狀況帶來(lái)的影響。文章通過(guò)分析結(jié)焦?fàn)t的問(wèn)題，結(jié)合爐管結(jié)焦指數(shù)，分析焦化加熱爐結(jié)焦的各種運(yùn)行狀況，這為怎樣延長(zhǎng)結(jié)焦?fàn)t的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與使用壽命上做出了一定貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：焦化加熱爐；爐管結(jié)焦；控制

引言

焦化裝置經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)焦的現(xiàn)象是很難避免的，因?yàn)樵诠軆?nèi)存有高粘度、高殘?zhí)康牧鲃?dòng)介質(zhì)油渣，焦化裝置也是因?yàn)榻够訜釥t輻射室爐管結(jié)焦而不能安穩(wěn)生產(chǎn)。現(xiàn)在有一種方法可以滿足生產(chǎn)需求，就是安置一些熱電偶溫度監(jiān)控在焦化加熱爐的爐膛、爐管出入口及部分爐管外表面等地方，但這仍不能準(zhǔn)確了解爐管內(nèi)的結(jié)焦?fàn)顩r?，F(xiàn)在我們不能滿足于對(duì)新設(shè)計(jì)的焦化加熱爐在線燒焦技術(shù)的小成就，而應(yīng)把注意力轉(zhuǎn)移到怎樣延緩加熱爐爐管結(jié)焦，怎樣延長(zhǎng)裝置的運(yùn)行周期等問(wèn)題上。

1 爐管結(jié)焦及原因分析

在爐管內(nèi)發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象是因?yàn)楣軆?nèi)油品的溫度超過(guò)規(guī)定界限，發(fā)生熱裂解，轉(zhuǎn)化為游離碳，進(jìn)而堆積到管內(nèi)的管壁上。運(yùn)用化學(xué)知識(shí)對(duì)管內(nèi)焦層進(jìn)行分析，我們得知其主要組成物質(zhì)是碳，幾乎占據(jù)物質(zhì)的全部，其中還包含部分的S和極少量的Na、V、Ca、Mg等元素。結(jié)焦會(huì)加快管壁溫度上升的速度，加快腐蝕與高溫氧化爐管的速度，導(dǎo)致?tīng)t管漲裂，把管內(nèi)壓力增強(qiáng)，惡化爐子的使用性能，更有甚者時(shí)裝之停止運(yùn)行。在管壁內(nèi)部發(fā)生結(jié)焦后，或產(chǎn)生一層焦垢阻止散熱，然后，液相與氣相油品會(huì)滲透進(jìn)焦層的空隙中，慢慢形成敦厚堅(jiān)實(shí)的焦層，使管外壁的溫度最終超出限制范圍，以致?tīng)t管避免嚴(yán)重發(fā)紅。所以，焦化加熱爐在實(shí)際操作中的重點(diǎn)問(wèn)題就是怎樣預(yù)防爐管結(jié)焦。決定結(jié)焦量的因素是焦炭生成速度和膠層脫落速度，三者關(guān)系：

結(jié)焦速度=（焦炭生成速度）-（焦層脫落速度）

影響焦炭生成速度的主要原因是介質(zhì)在邊界層的溫度與熱強(qiáng)度，但影響焦層脫落速度的根本原因是管內(nèi)質(zhì)量流速。

2 控制焦化加熱爐爐管

2.1 建立爐管結(jié)焦指數(shù)

輻射室各部分之間傳熱模型的建立要以焦化爐輻射室的受熱情況為依據(jù)，具體過(guò)程是，首先確定輻射室的表面熱強(qiáng)度，再依據(jù)管的材質(zhì)、介質(zhì)、內(nèi)膜傳熱系數(shù)及管內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)確定爐管內(nèi)的結(jié)焦厚度，關(guān)于結(jié)焦指數(shù)的具體數(shù)值可以由以下方法確定，燒焦后的結(jié)焦指數(shù)為0，嚴(yán)重惡化時(shí)為100，以此為參照來(lái)確定具體情境下的結(jié)焦指數(shù)，并定期發(fā)布。

測(cè)試溫度。加熱爐管的熱像測(cè)試不同于在大氣環(huán)境下測(cè)試設(shè)備表面熱，因?yàn)橛斜姸嘁蛩馗蓴_，如：受爐膛內(nèi)火焰煙氣，這樣熱像儀所顯示的溫度是各項(xiàng)輻射的綜合溫度，而不是所需數(shù)據(jù)，需對(duì)其進(jìn)行更正。

建立爐管結(jié)焦指數(shù)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況，采取相應(yīng)的措施，分析一下情況：輕度結(jié)焦，結(jié)焦指數(shù)不超過(guò)30，只需一般注意；中度結(jié)焦，結(jié)焦指數(shù)在30到50之間，需加強(qiáng)調(diào)節(jié)；重度結(jié)焦，結(jié)焦指數(shù)在50到80之間，需強(qiáng)化調(diào)節(jié)；極重度結(jié)焦，結(jié)焦指數(shù)大于80，需即刻降低數(shù)量，隨時(shí)準(zhǔn)備?；?。若出現(xiàn)結(jié)焦嚴(yán)重等現(xiàn)象，需仔細(xì)分析原因，究其主要原因，是因焦層脫落速度不夠還是焦炭生成速度過(guò)大，進(jìn)而做出科學(xué)合理的措施，保證在加熱爐盤(pán)管的每一個(gè)地方，焦炭生成速度小于焦層脫落速度。

2.2 結(jié)焦指數(shù)分析

爐管最佳運(yùn)行時(shí)，結(jié)焦指數(shù)小于30，在此情況下，運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)都在規(guī)定范圍內(nèi)，所以只要注意維修即可。

爐管快速結(jié)焦時(shí)，結(jié)焦指數(shù)在30到50之間，該情況出現(xiàn)的原因是管壁溫度。影響焦炭生成速度中最基本的因素之一就是管壁溫度，所以要考慮把熱強(qiáng)度進(jìn)行均勻分布，而不是把先進(jìn)的傳熱指標(biāo)作為追求對(duì)象。

爐管重度結(jié)焦時(shí)，結(jié)焦指數(shù)在50到80之間，出現(xiàn)這種情況的主要原因是管內(nèi)流態(tài)失衡，在水平管內(nèi)層流中氣液分開(kāi)流動(dòng)。管內(nèi)下部為液體，上部為氣體。若把氣體與液體混合在一起，流出噴霧流或環(huán)狀流等形態(tài)，此時(shí)幾乎為等逆流動(dòng)。面對(duì)這種情況，需要把管內(nèi)流速提高，管內(nèi)的高流速能把初期沒(méi)有固著的焦層排出爐外，讓裝置正常運(yùn)行，所以讓膠層脫落的基本因素是流速。

極重度結(jié)焦時(shí)，結(jié)焦指數(shù)大于80，出現(xiàn)這種情況時(shí)，需要了立刻停止燒焦，抑或更換掉油種，減少爐管內(nèi)部介質(zhì)中含硫量，同時(shí)降低殘?zhí)贾担龃笱h(huán)比，讓冷油管的流速得到提升，我們可以采用在線燒焦技術(shù)或把管內(nèi)的流態(tài)做出適當(dāng)改動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

新型混配陶瓷纖維燒嘴磚的使用性能與傳統(tǒng)的重質(zhì)高鋁燒嘴磚相比較，具有體積密度小、安裝方便、熱穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等顯著特點(diǎn)，是一種具有實(shí)際推廣價(jià)值的新型輕質(zhì)耐火材料。它解決了一段轉(zhuǎn)化爐因頂部燒嘴磚脫落而引起爐子損壞、被迫停車(chē)搶修的設(shè)備隱患，為甲醇裝置生產(chǎn)達(dá)標(biāo)和實(shí)現(xiàn)安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行提供了保障。

參考文獻(xiàn)

[1]張力，張政偉.延遲焦化加熱爐爐管結(jié)焦原因分析及對(duì)策[J].石油煉制與化工，2010（1）.

[2]焦繼霞.解決焦化裝置結(jié)焦的有效技術(shù)措施[J].中外能源，2010（5）.

[3]韓靖.延遲焦化加熱爐爐管結(jié)焦分析[J].通用機(jī)械，2010（7）.

[4]閻西祥.焦化加熱爐爐管結(jié)焦與控制[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2003（4）.