减压炉烧焦工艺及效果

(中国石油化工股份有限公司洛阳分公司,河南洛阳，471012)

1 概述

洛阳石化常减压装置减压炉F1002于2008年5月改造，同年7月投入使用。F1002为立管箱式加热炉，设计符合44.1MW，配有12台油气联合燃烧器，八路进料。

在2017年1月9日，操作工巡检时发现H路炉管严重结焦(辐射室炉管发红明显，部分区域有斑块，该路进料压力增高)，由于炉管没有热偶远传，现场温枪测量温度为630℃(减压炉炉管材质为1Cr9Mo，温度上限710℃)。为保证减压炉的安全运行，对减压炉采取了降温操作，将发红炉管所在的炉膛东南角温度控制在640℃以下，确保H一路炉管表面温度不超过610℃。致使减压炉热效率大幅下降，减压塔进料温度下降至380℃(工艺卡片378～400℃)，严重影响装置的安全生产及经济效益。

针对上述情况，2017年10月29日装置进行停工消缺，原计划在此次检修中对减压炉八路炉管全部进行机械清焦，但由于H路炉管(DN350)内壁焦层过厚(约10cm，如图1所示)，管内流通面积过小，机械清焦效果不佳；随后尝试将该路炉管割开进行水力清焦，效果同样不佳；最终经过公司讨论，决定采用空气-蒸汽烧焦法对减压炉H路炉管进行清焦。

2 准备工作

减压炉的烧焦系统始建于上世纪80年代建厂之初，已闲置多年未用，流程中存在诸多问题，为保证本次烧焦的顺利实施，需要对该流程进行改造并进行一些准备工作：

图1 减压炉结焦炉管出口情况

(1)由于本次检修原计划对减压炉实施机械清焦，因此在停工后已将八路出口处的至烧焦罐和放空线的三通割除，更换为通向减压塔的短节。在实施清焦前，需要将H路的短节拆下，重新制作一个弯头，将该路出口管线与烧焦罐入口管线相连，如图2所示。其余7路拆开炉出口的法兰和进减压塔前的法兰，将管线转向无人处放空。此外为防止烧焦时产生的烟气进入减压塔，对减压塔内仍在施工的人员造成威胁，需要将八路出口通向减压塔的管线全部加装盲板隔离。

图2 烧焦流程改造示意图

(2)从图2中可以看出，原烧焦流程中，冷却水是从烟气放空口进入烧焦罐的，且烧焦线在烧焦罐内部形成水封。这样的结构使得烟气不易被水冷却，且会在罐内水面下产生巨大的振动和噪音，将会对烧焦过程的安全平稳控制造成不利影响。

经过讨论后决定将冷却水改至烧焦罐入口管线，同时打开烧焦罐人孔，使冷却水由人孔流出，经过罐外搭设的遮挡棚和围堰引入含油污水井，这样不仅降低了罐内的水封高度，避免了剧烈震动，同时也便于观察冷却水颜色的变化，以掌握烧焦的进度。

(3)由于检修时装置高压瓦斯系统从总线流量计处盲板隔断，在进行减压炉清焦前，需要拆除瓦斯流量计处的盲板，并在两台常压炉瓦斯阻火器处加装盲板隔离，防止烧焦过程中瓦斯串入常压炉产生隐患。

(4)本次烧焦前选取炉管内的焦块在马弗炉上进行了一次600℃的烧焦试验。图3中左图为灼烧前的焦块，右图为灼烧后的焦块。从烧焦试验来看，在600℃下焦块未能完全燃尽，而是伴随着燃烧过程中的的爆裂，逐渐碎裂成小块和细分状，其中粉末大多呈红褐色。通过试验可以判断出实际烧焦时炉管内存焦炭难以完全燃烧干净，需要防止掉落的焦块堵塞炉管。

图3 烧焦试验前后焦块对比图

3 烧焦过程

3.1 点火升温

11月9日13：10，点燃减压炉炉火，开始升温蒸炉管内存水。按50℃/h的速度控制炉膛东南角的升温速度(按T179B控制)，升温曲线如图4所示[1]。

图4 减压炉烧焦升温曲线

点火后投用烧焦罐冷却水，冷却水自烧焦线进入烧焦罐内，并经人孔溢流，此时流出的水呈浅绿色，多为管线及罐内的杂质。

20：00，T179B上升至220℃时，烧焦罐人孔冒出大量蒸汽，由于此前其他七路已经在炉顶的放空口见汽，因此炉管内存水此时已基本蒸净。此时为保护炉管防止干烧，同时为了保持路管内一定的线速，防止剥落的焦块堵塞炉管，开始投用八路炉管的注汽。H路保证蒸汽阀后压力在0.2MPa左右，其余七路保持在0.1MPa左右。

3.2 通风烧焦

11月10日8:50，当T179B上升至500℃左右，H路开始给风，控制风和蒸汽总压力0.35～0.4MPa，同时开大另七路的蒸汽手阀，提高路炉管内线速的同时，降温保护炉管。为防止焦层突然自燃后烟气温度的快速上升，给风的同时给大冷却水量。

14:00左右，当T179B上升至650℃左右，H路出口烟气温度上升至550℃左右时，冷却水颜色水变为红色。这与烧焦前的试验结果相吻合，焦块燃烧后形成的红褐色残渣使水的颜色发生了变化，证明此时炉管内焦层已经开始燃烧。

在冷却水颜色发生变化的同时，可以清晰地听到烧焦罐入口烧焦线内有被高速气流带出的焦块敲打管壁的声音。此时为防止烧焦速度过快造成焦块大量剥落堵塞炉管，炉膛温度恒定在650～680℃保持，以控制烧焦速度。随着时间的推移，炉管内的焦块逐渐燃烧剥落，炉管通径逐渐扩大，H路入口压力不断降低。现场操作人员根据烧焦进程不断开大蒸汽手阀，保持阀后压力0.4MPa。

21:40烧焦罐人孔溢流处的冷却水颜色由红变黑，烧焦线内焦块掉落声音变得更加紧密，烧焦罐放空口排出的烟气有较浓的呛人气味。与此同时可以观察到H路炉管外表面出现分段发红的现象(如图5所示)，且发红区域随着烧焦过程的继续会逐步向后转移。

图5 烧焦过程中炉管颜色变化

现场测温人员加强对发红炉管的监测，及时根据炉管表面温度和炉膛温度调整火嘴瓦斯手阀的开度，控制炉管表面温度不超过710℃的材质允许上限，确保烧焦的安全可控。

经过一夜的烧焦，到11月11日6:00，冷却水颜色逐渐由黑色变为红色，此时H路出口烟气温度逐渐开始下降，而炉膛温度仍保持650～680℃左右。通过看火窗可以发现辐射室的前几根炉管已无发红现象，对其进行测温后发现其外表面温度也降至550℃左右，证明此时这几根炉管内焦层大部分已燃烧剥落干净。

对出炉前的最后几段炉管进行测温后发现，表面温度仍在650℃以上。由于这些炉管在正常生产期间外表面温度最高，因此其中的结焦情况可能最为严重。此时逐渐给大风量，加强对出辐射室前最后几根炉管的烧焦。在给大风量的过程中，其中一根炉管外壁出现鲜红的颜色，实测温度超过710℃，及时关小该炉管下方火焰，防止烧坏炉管。在这段过程中，烧焦线内焦块掉落的声音更加频繁紧密，可以清晰的听到一阵阵大小不同的焦块敲打在烧焦线上产生的声音。

11日14:00，在经过多次开大补充风压后，风线手阀达到全开位置，而H路入口压力仅有0.2MPa，说明管路内压降已大幅降低。此时从看火窗内观察H路各根炉管无任何发红迹象，利用测温枪进行测温后发现，炉管外表面温度在550℃左右，与烟气出口温度接近，证明路管内焦层已基本烧净。为确保燃烧充分，此时保持风量全开，并将蒸汽流量逐步降低，增大风的比例，发现炉管温度仍无较大变化。在此期间冷却水逐渐由黑褐色变清澈，烟气出口温度由500℃降低至470℃，证明路管内确实已经基本没有存焦。

3.3 降温熄火

在确认烧焦结束后，减压炉以50℃/h的速度逐步降低炉膛温度，逐渐关小瓦斯手阀，熄灭火嘴。随后逐渐关小H路风量和八路的蒸汽量。19:00当炉膛温度降至350℃左右时，熄灭全部火嘴，减压炉焖炉。

4 烧焦物料消耗及效果

4.1 烧焦过程燃料气及蒸汽消耗

本次烧焦自11月9日14:00点火至11月11日19：00熄火，共耗时53小时，期间共消耗燃料气62.2t，平均消耗量1.27t/h；消耗1.0MPa蒸汽1252.3t，平均消耗23.6t/h。冷却水由于无表计量，无法进行准确计量，估计约1000t左右。非净化风量由于计量表不准确，无法进行预估。

4.2 烧焦效果

减压炉烧焦结束后，车间人员进入炉膛内部，逐根敲击H炉炉管，发现该路20根辐射管的声音全部清脆，初步判断烧焦取得了成功。

从表1中可以看出，经过本次烧焦后，在H路出口温度大幅提升的前提下，该路炉管的表面温度仍然大幅下降，说明本次烧焦对于改善减压炉的运行工况起到了较为明显的帮助作用。较高的减压炉出口温度，提高了减压塔分馏效果，减压渣油530℃含量也大幅降低。为减压深拔做出了重要贡献。

表1 烧焦前后减压炉参数对比

5 烧焦经验及不足

(1) 从本次烧焦的整个过程看，需要把握的重点主要有三个：一是炉膛升温的速度要严格控制在50℃/h以内，如果升温速度过快可能造成焦块剥落速度过快，一旦堵塞炉管将会使烧焦过程被迫中止；二是蒸汽和风压力的控制，当炉膛温度上升至500℃以上开始给风后，蒸汽和风的混合压力不应低于0.4MPa[2]，以保证炉管内有充足的线速度将剥落的焦块带出，防止堵塞炉管；三是炉管表面温度要严格控制在710℃以内[3]，并加强关注炉管颜色，防止烧焦过程中对炉管造成损伤。

(2)由于看火窗视野有限，在烧焦过程中无法对全部辐射室炉管进行监测，20根辐射管仅能目测观察到9根，这对于监控炉管颜色和测量炉管表面温度非常不利，在烧焦过程中温度控制稍有不当就有可能烧坏炉管。

(3)由于减压炉出口八路分支通向烧焦罐和放空线的三通在烧焦前均已割除，因此烧焦前将除H路外的其余7路出口通向减压塔的弯头转向无人处进行放空。烧焦过程中，放空口排出的高达500℃的高温蒸汽肉眼无法看到，对人员安全造成巨大威胁。虽然提前做好了防护，但高温蒸汽产生的热浪仍然将炉出口部分热电偶电缆烧坏。在今后的烧焦中，需要提前做好对高温放空蒸汽走向的处理，将其引至安全的放空区域，保证人员和设备的安全。

(4)烧焦过程中，高温烟气虽然经过冷却水的冷却和淋洗，但经烧焦罐和人孔排出的烟气中仍含有较大量的焦粉和一氧化碳，现场测温人员的工作环境十分恶劣，且有一定的中毒风险。今后可将烧焦罐内水封结构取消，同时将放空口引至无人的安全地点排放，在下次烧焦时不打开人孔，冷却水经过罐底排污排出，烟气经过放空线排出，可以有效保证人员的安全。

(5)由于减压炉炉管无表面热电偶，在烧焦过程中需要每隔半小时用测温枪对炉管进行测温并进行记录。由于烧焦过程持续时间较长且昼夜连续进行，测温工作不仅需要消耗大量劳动力，而且所测得的数据是不连续的，无法对炉管表面温度实时监控。建议完善减压炉的表面热电偶测量，实现对炉管表面温度的实时连续监控，保证烧焦过程的安全可靠。