延迟焦化循环油换热器堵塞问题分析及改进措施

王兴斌，卢跃刚，刘志壮

(中国石油吉林石化公司 炼油厂，吉林 吉林 132021)

中国石油吉林石化公司炼油厂延迟焦化装置(以下简称“装置”)，于2003年5月10日建成，2003年6月1日一次开车成功，设计加工能力为100万t/a，经过改造后加工能力提升到130万t/a。装置由中国石化集团公司洛阳石油化工工程公司设计院设计，形式为一炉两塔，焦炭塔直径为8.4 m，为“可灵活调节循环比”流程，在多年的实践过程中，车间遇到了很多生产问题。与原料进分馏塔底预热的老流程相比，作为“可灵活调节循环比”焦化流程，优点是生产方案调整灵活，加热炉和分馏塔底结焦倾向小，缺点是分馏塔底焦粉置换量小，大部分焦粉在循环油系统中，极易造成焦粉堵塞循环油系统的现象。从2006年开始装置出现了分馏塔底循环油与原料换热器的管程(循环油)管束频繁堵塞的问题，使分馏塔底循环油回流量不足，降低了分馏塔底部对焦粉的洗涤效果，造成了分馏塔底器壁结焦和焦粉向分馏塔上部的大量携带，影响了装置的长周期运行。

1 循环油换热器管程管束堵塞的原因分析

由于分馏塔底循环油过滤器滤芯变形损坏，失去了过滤作用，且出入口阀门被焦块卡住无法关闭，过滤器无法切除维修，最终导致循环油与原料换热器频繁堵塞(见图1)。对堵塞换热器的焦块进行分析，1种为质地较松散内部含有油迹的焦块，1种为不规则质地且结构致密，断口为灰白色的焦块，还有1种为有一侧是平面，质地也较致密的焦块，初步判断第1种焦块为后进入分馏塔底的泡沫层物质和焦粉聚结生成，后2种焦块为气相结焦物质。2008年检修过程中，发现焦炭塔大油气线内的结焦物质与堵塞换热器中不规则焦块相似，而分馏塔底器壁和人字挡板上的结焦与堵塞换热器的一侧有平面的焦块质地相似，这2处的结焦也都是气相结焦，由于切塔、污油回炼等操作，造成油气线温度大幅度变化，使部分结焦脱落进入分馏塔底；分馏塔底器壁和人字挡板处的焦块也是由于温度或回流量波动造成部分脱落进入分馏塔底。

图1 循环油换热器管程堵塞图

2 主要改进措施

2．1 优化操作

结合本装置工艺特点，通过优化焦炭塔和分馏塔操作，有效缓解循环油换热器堵塞问题。

2.1.1 优化焦炭塔操作，防止焦粉和泡沫层向分馏塔大量携带

2.1.1.1 焦炭塔线速控制

焦炭塔线速控制对分馏塔长期运行是至关重要的，焦炭塔线速过高，必然会造成焦炭塔产生严重的雾沫夹带，使大量焦粉或泡沫层物质进入分馏塔底，影响分馏后部系统的正常运行。影响焦炭塔线速的因素有很多，主要应控制以下几方面操作。

(1) 加热炉注汽量的控制。为了减少和延缓加热炉管结焦，一般都采取对炉管注汽的方法来提高渣油在炉管内的流速，以缩短渣油在炉管内停留时间，减少结焦机会。但注汽量越大焦炭塔内油气线速度就越大，越容易使油气携带焦粉或者泡沫层物质进入大油气管线和分馏塔底。因此加热炉注汽量控制一定要合适，在保证加热炉正常运行的情况下，尽量减少炉管注汽量，以降低焦炭塔油气线速[1]。装置以加工大庆油为主，属于石蜡基原油，热裂解后轻收液收均较高，直接影响焦碳塔内油气线速。经过不断论证和摸索，逐渐降低加热炉注汽量，最终将设计要求的炉管上下2点注汽量由120、140 kg/h降低至60、70 kg/h，中间点注汽量由320 kg/h降低至220 kg/h，将加热炉的注汽量控制在加热炉进料量的0.7%～0.9%。上个周期加热炉运行19个月，加热炉出入口压差没有明显增加，管壁温度最高涨幅为48 ℃，管壁温度最高点为584 ℃，说明炉管结焦不严重。

(2) 循环比的控制。由于循环油组成决定了它生焦量很小，绝大部分是以油气的形式在焦炭塔中存在，因此循环比控制过高会造成焦炭塔内油气量增加，从而使焦炭塔内油气线速增加。降低循环比可以实现减少加热炉热负荷，但循环比并不是越低越好，适当的循环油可通过将富含环状组分的物质混入进料，促使加热炉这一中间部位的临界结焦区域移向容易满足焦层脱落条件的高温段[2]。对于“可灵活调解循环比”的焦化装置，适当的循环比还可以提高分馏塔底焦粉的采出，减缓分馏塔底结焦。经过长时间的反复验证，装置循环比控制在约0.3比较合适。

(3) 加工量的控制。装置(生焦周期为24 h)在较高负荷生产期间采用变量操作，即在生焦周期的前8 h将加工量大幅度提高，生焦周期的中间8 h，将加工量按照正常控制，生焦周期的后期8 h，将加工量按照初期提高的幅度同比降低。这样保证全天的加工量不变，根据生焦初期焦炭塔空高较高，大幅度提高加热炉进料量，虽然焦炭塔油气线速增加，但由于焦炭塔空高较高，有足够的沉降空间，防止了泡沫层物质向后部的携带。而生焦后期焦炭塔空高降低，但由于大幅度降量使焦炭塔内油气线速大幅度降低，因此也降低了泡沫层物质向后部的携带量，同时也降低了整个生焦过程泡沫层的高度，在其它条件不变的情况下，泡沫层高度同比变量操作前降低约1.5 m。

2.1.1.2 焦炭塔压力的控制

在焦炭塔切塔后，老塔小吹汽期间的压力控制是非常重要的，切塔后老塔一旦出现大幅度压力下降，在焦碳塔生焦末期没有来得及进行生焦反应的泡沫层物质由于二次汽化进入大油气管线和分馏塔，并在大油气管线和分馏塔底(或循环油系统)聚结生焦，会导致循环油换热器堵塞或塔底泵抽空等事故。装置在切塔后老塔压力控制上采取利用预热瓦斯阀控制的方法，焦炭切换同时，关小老塔瓦斯阀控制老塔压力，使老塔压力与切塔前保持一致(控制在切塔前老塔压力±0.003 MPa)。焦炭塔预热期间生产塔压力也要进行控制，预热期间预热塔的瓦斯阀每次开度不要大于10%，现场要保证预热塔瓦斯阀少开勤开，并与主操保持联系，根据实际情况调整预热阀的开度，确保预热期间生产塔的压力控制平稳。

2.1.1.3 焦炭塔有效空高的控制

焦炭塔总高由焦炭层高度、泡沫层高度及空间高度3个部分组成，其中焦炭层高度与泡沫层高度之和为生焦高度。空间高度又被称作安全高度，对于1个高度为32 m的焦炭塔，安全高度国内一般取8～10 m，因此，认为焦炭塔的生焦高度可以控制在22～24 m。根据实际生产经验，认为该空高已经失去了它的真实意义，不能做为一个完全的安全高度标准来衡量。实际的安全高度还应考虑生焦期间实际泡沫层的高度和焦炭塔油气线速，对于不同的原料生焦期间产生的泡沫层高度也不同，另外，冷焦后回落的高度也不同。对于不同的原料或不同的操作条件，焦炭塔的实际线速也不同，对于康氏残炭值较低的原料，即使生焦高度很低，所谓的空高很高，但由于液收较高，造成焦炭塔线速较高，如果按照固有安全高度标准进行控制，很容易造成大量泡沫层物质和焦粉携带到后部系统中，影响到后部的正常生产。最终根据装置的实际情况将有效空高控制在9～11 m，对焦炭塔生产期间泡沫层的高度通过中子料位计进行监控，不同的线速控制的有效空高也要不同，这样才能有效控制好焦炭塔的安全生焦高度，确保装置的长周期生产。

2.1.1.4 焦炭塔吹汽量控制

焦炭塔小吹汽目的是为了汽提回收焦炭塔中的残余油气，小吹汽量的控制对于装置长周期运行也有很大影响。小吹汽量过小会造成焦炭塔升气孔粘油回落堵塞无法正常冷焦，小吹汽量过大会增加焦炭塔油气线速，造成大量未反应的泡沫层物质和焦粉被携带到后部[3]。通过实际观察，切塔前焦炭塔最上点中子料位计没有见到泡沫层，而小吹汽初期焦炭塔最上点中子料位计见到泡沫层，说明小吹汽期间焦炭塔内油气线速比正常生产时要高很多。经过反复验证，目前装置小吹汽量控制在3 t/h，吹汽时间控制在40 min，对保证汽提效果、延续泡沫层物质后期反应和防止焦炭塔油气线速过高都是比较合适的。

2.1.2 优化分馏塔操作，防止分馏塔器壁和人字挡板结焦

分馏塔底器壁或人字挡板结焦，在预热温度或流量发生大幅度变化时，焦块很容易脱落，造成循环油系统被焦粉堵塞问题，因此要控制好分馏塔的操作，防止分馏塔器壁和人字挡板结焦[4]。

装置为可灵活调节循环比流程，在控制分馏塔底结焦问题上，通过循环油下回流控制分馏塔底温度低于365 ℃，通过控制适当的循环比，防止塔底循环油提浓造成焦粉聚积，另外，通过循环油搅拌线，控制分馏塔底循环油搅拌量在5～10 t/h，防止塔底聚结生焦。通过塔底循环油上回流控制分馏塔底气相温度低于370 ℃，防止塔底器壁结焦。控制分馏塔底循环油量在90 t/h以上，确保循环油在人字挡板上分布尽量均匀，防止换热段人字挡板干板结焦。

2.2 设备及流程改进

2.2.1 分馏塔底循环油过滤器改造

在2008年检修过程中对原有循环油过滤器进行改造，同时增加1组新过滤器，互相备用，确保能够有效过滤出焦块，防止循环油换热器堵塞，具体过滤器改造方案如下。

(1) 对原有过滤器滤芯进行改造，增加固定措施，防止出现窜动和变形问题；

(2) 对过滤器出口管线进行下移改造，使出口2道阀有1道由水平改为垂直方向，确保阀门可以关严，过滤器能够正常切除检修；

(3) 在过滤器出入口安装压力变送器，以便观察过滤器堵塞情况；

(4) 对过滤器增加退油线，便于退油吹扫；

(5) 增加1组过滤器，且增加流通面积；

(6) 取消原过滤器滤芯内衬的1 mm×1 mm的滤网，2个过滤器全部采用网眼直径8 mm的滤芯。

2.2.2 污油回炼改造

以前装置污油回炼采用做焦炭塔急冷油方式回炼，由于污油较重，不能完全汽化，一部分液相很容易附着在大油气线上造成油气线结焦。另外，在污油回炼时，有时含水等造成油气线温度大幅度波动，很容易造成油气管线部分结焦的剥离脱落，脱落的焦块进入分馏塔后造成循环油系统堵塞问题。因此通过改造，将污油作为急冷油回炼改为送入原料系统进行回炼，减缓油气线结焦和降低油气线结焦脱落的几率。

2.3 源头治理

根据对循环油换热器堵塞焦块的分析，对可能产生类似质地的气相结焦部位进行了彻底清理，从源头上治理可能产生类似焦块的部位。对大油气管线和分馏塔底器壁及人字挡板上部的结焦进行了彻底清理。

检查发现大油气线内部结焦并不是均匀的(见图2)，最厚部位有5 cm，薄的部位只有0.5 cm，焦炭塔顶至16 m平台段大油气管线结焦严重，16 m平台至分馏塔结焦较轻，靠近分馏塔处结焦严重。分馏塔底器壁(主要是人字挡板周围)和人字挡板上也有明显的局部结焦现象(见图3、图4)，且大油线和分馏塔底器壁及人字挡板的结焦均有脱落的痕迹。2008年大检修将16 m平台瓦斯预热阀、塔顶大油气线弯头和分馏塔抽出口阀拆下，将整个大油气线分成两段进行清焦，大油气线清焦采用的是燕山石化公司的水力清焦技术，清焦完毕后通过内窥镜对油气线进行检查，确认清焦效果较好，壁面没有残留焦炭(见图5)，焦炭塔到分馏塔的油气线压降降低了0.03 MPa。检修对分馏塔底器壁和人字挡板上的结焦也进行了彻底清理。

图2 大油气线清焦前图

图3 人字挡板结焦图片

图4 分馏塔底器壁结焦图片

图5 大油气线清焦后图

3 结 论

通过采取以上3方面措施，自2008年6月开车至今，装置已经过2个生产周期，在每个生产周期内，循环油换热器出入口压差均无明显变化，在装置停车检修过程中，将该换热器拆开检查同样未发现堵塞现象，说明通过采取以上措施，泡沫层物质及焦粉等向后部的携带量明显减少，产生的焦块也明显减少。目前，除分馏塔底过滤器需要半年清理1次，在1个生产周期内，再不需要对循环油换热器进行切除清理，达到了预期目的，为装置安全平稳生产提供有力保障。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 瞿国华.延迟焦化工艺与工程[M].北京：中国石化出版社,2008:567-569.

[2] 张荫荣.减少焦炭塔顶大油气管线结焦的几点措施[J].石油化工设计,2008(1)：54-55.

[3] 丁世亮.延迟焦化大瓦斯线结焦分析及减缓措施[J].石油化工设备，2006，5(3):61-62.

[4] 徐成裕.焦化装置焦炭塔技术问答[M].北京：中国石化出版社,2006:6.