延迟焦化装置长周期运行的影响因素及优化措施

徐伟 刘海 赵媛(中国石化塔河炼化有限责任公司，新疆 阿克苏 842000)

0 引言

中国石化塔河炼化有限责任公司(以下简称塔河炼化)延迟焦化2#装置设计加工塔河常压渣油，该装置设计处理能力为220万吨/年，设计循环比0.8，装置包括分馏、焦化反应、吸收稳定、吹气放空及切焦水、冷焦水处理、除焦系统等部分组成。其中，焦化反应设三炉六塔。延迟焦化装置建于2004年，加工原料为常压渣油，经过十五年的生产运行，在保证延迟焦化装置长周期运行方面积累了一定的经验。下面结合具体生产情况进行分析，提出工艺优化及改造措施。

1 塔河延迟焦化装置原料物化性质分析

塔河常压渣油密度、残碳、硫含量、沥青质比管输减压渣油和胜利减压渣油高得多，是一种劣质的焦化原料，渣油中的沥青质直接导致结焦母体生成，塔河常压渣油沥青质含量是管输减压渣油的4倍，胜利减压渣油的6倍；芳烃与沥青质之比直接影响渣油的热稳定性，芳烃与沥青质之比管输减压渣油是塔河渣油的4.47倍，胜利减渣是塔河常渣的5.38倍，物化性质表明，塔河炼化常压渣油极易生焦。

2 运行优化改造

因塔河炼化延迟焦化装置原料性质差，极易生焦，通过对分馏塔、焦化炉、焦炭塔及放空系统的运行优化及改造，以提高装置长周期运行。

2.1 分馏塔运行优化

分馏塔底结焦和分馏塔顶结盐是影响分馏塔长周期运行的主要因素。

(1)装置运行期间，分馏塔底结焦导致分馏塔底过滤器平均一个季度需要切换清理一次，在切换过滤器时，极易引起塔底辐射泵抽空。分析分馏塔底结焦[1]的原因主要有两方面，一是分馏塔底温度控制较高，自身发生缓慢的裂解缩合反应，导致塔底结焦，塔底过滤器频繁清焦。二是分馏塔底循环油泵运行情况无法在线监控，循环泵上量不足时，不能及时发现并处理，导致塔内循环油冲洗管线堵塞。

(2)分馏塔在运行期间，平均每一个季度需要对分馏塔顶1～4层塔盘水洗一次，水洗时需要大幅降低装置处理量，装置波动较大。同时水洗会加剧焦化顶循系统机泵、换热器、管线等的腐蚀。分析分馏塔顶结盐主要原因，是分馏塔顶部操作温度较低，会产生部分凝结水，细小的NH4CL颗粒就会溶解在低温水相中，内回流至下面的塔盘，随着温度升高液态水又会慢慢汽化，如此在塔顶几层塔盘之间作冷凝和汽化循环。NH4CL颗粒与铁锈、焦炭粉末等混合在一起沉积于塔盘、塔顶回流线、降液管、受液盘处，从而导致分馏塔压降逐渐增大，顶循泵抽空，破坏了分馏塔的正常操作，严重时还会发生冲塔等事故，对富气压缩机安全运行造成危害。

2.2 焦化炉运行优化

焦化炉运行期间，由于辐射油控制阀及流量计处经常出现卡焦现象，造成辐射量波动，内操调节不及时，焦化炉出口超温，炉管结焦，在2013年至2018年期间，焦化炉F301AB运行最长8个月，最短的只有3个月，有时候刚并炉，由于卡焦，被迫在停炉。通过长期运行，分析导致焦化炉炉管结焦的主要原因有以下四方面，一是焦化炉F301ABC辐射油总分配管线设计不合理，二是焦化炉炉出口温度控制过高，三是焦化炉炉管火焰调节难度大，经常舔炉管，导致炉管局部过热，炉管结焦，四是焦化炉联锁设计缺陷。

2.2.1 改造焦化炉F301ABC辐射油总管分配管线

通过长期运行发现，在焦化炉F301AB单炉烧焦完毕并炉时至并炉后1周内，辐射楔式流量计及控制阀处经常有焦块通过，且有大焦块通过时，容易堵塞楔式流量计及控制阀，导致楔式流量计超程、控制阀副线控制，但在F301C烧焦并炉时，未发生堵焦现象。通过现场分析，F301AB停炉后有1～1.2米左右的管道死线，在炉子烧焦期间，对应的辐射油管线处于不流动状态，管道内辐射油温度高，管道内较轻组分析出，较重组分留在管道内结焦，在并炉期间或并炉后一段时间内焦块剥离，导致楔式流量计及控制阀处卡焦，2018年5月大检修时，优化现场辐射管线流程，通过改造，2019年2-3月份F301AB烧焦并炉时未发生控制阀及楔式流量计卡焦的情况。

2.2.2 更换焦化炉出口转油线保温材料

影响焦化炉炉管结焦最主要的因素是炉出口温度[4]，而炉出口温度是影响焦化反应深度的主要参数，焦化反应温度需要在一定温度下进行，温度较低时，反应深度和速度降低，使焦炭塔泡沫层增加，挥发线结焦、焦炭的挥发分增大，质量下降，开工周期缩短。为减缓炉管结焦，需降低焦化炉炉出口温度，但仍需保证焦化反应温度，通过降低加热炉出口转油线热损失，进而降低焦化炉炉出口温度。

2.2.3 改造焦化炉燃烧方式

采用中国石油大学重质油 “定向反射深度裂解焦化炉技术”，将原设计的双面辐射加热改为附墙燃烧技术，避免了双面辐射加热火焰容易扑炉管燃烧的弊端，通过此项改造，一方面使得炉子内部热分布更加均匀、合理，避免了炉管局部过热而结焦的现象，另一方面降低了操作工日常维护量。

2.2.4 新增加热炉连锁

加热炉F301AB运行期间，控制阀及楔式流量计处经常出现卡焦，辐射油量波动，内操调节不及时，容易使焦化炉单支炉出口温度超温，单支辐射油炉管结焦，被迫全炉停炉烧焦，通过增加加热炉单支出口超温联锁，当单支辐射油炉管出口温度超过510℃后，加热炉连锁启动，自动切断该支瓦斯隔断阀，避免辐射油炉管继续超温而发生结焦。通过此项措施，避免了因辐射油量波动而导致焦化炉单支辐射油炉管超温结焦的发生。

通过以上措施，焦化炉运行周期得到有效改进，烧焦次数得到控制，从之前的被迫烧焦变为计划性烧焦，目前烧焦周期控制在1年1次，焦化炉F301C最长运行时间超过16个月。

2.3 焦炭塔及放空系统运行优化改造

焦炭塔特阀、除焦系统及放空塔运行情况是影响焦炭塔及放空系统长周期的主要因素。

2.3.1 焦化装置属于半连续生产装置

根据其生产特点焦炭塔在一个周期内需要经过新塔预热、老塔切换、老塔处理回炼浮渣等步骤。在焦炭塔每次预热期间基本都有油气泄漏，需要保运人员紧固法兰，劳动强度大，在回炼浮渣时现场发生水击，每年都会有2～3台阀门发生故障。

2.3.2 焦炭塔除焦系统

(1)升级焦炭塔顶、底盖机。焦炭塔顶、底盖机使用全自动顶、底盖机技术，由于焦化原料恶劣，焦炭塔顶、底盖机故障率高，维护工作量、成本较大，经统计在2017年3月至2018年3月期间，共计发生22次设备故障，影响焦炭塔的安全运行。2018年4月通过升级焦炭塔顶、底盖机，使用闸板式顶、底盖机，装置目前已经运行一年半，未发生顶、底盖机法兰泄露，设备液压系统故障等设备问题，提高了装置的安全运行。

（2）升级焦炭塔除焦系统。常规焦炭塔除焦操作人员在焦炭塔顶除焦，操作人员通过除焦经验控制除焦速度及判断除焦是否完毕，由于操作人员技能的不同，平均一个月会发生一次焦层坍塌，溜槽跑焦，除焦未除干净，预热期间过滤器堵塞，绞车钢丝绳跳槽等事件，为此必须升级焦炭塔除焦系统。

2.3.3 优化焦炭塔放空系统操作

本装置含硫污水全部送至硫磺装置酸性水汽提单元，因焦化装置放空系统含硫污水含油在3000～5000mg/L，导致含硫污水带油送至硫磺装置，影响酸性水汽提塔的正常运行，有时硫磺装置收油不及时，造成脱硫净化水氨氮和硫化物不合格，为此，必须优化操作。

3 结语

通过以上措施及改造，塔河炼化延迟焦化装置运行安全平稳、运行周期明显增加，在生产中取得了良好效益。