加氢装置反应进料炉出口两路温差大分析总结及问题探讨

＊孙立琪

（中海石油舟山石化有限公司 浙江 316000）

1.前言

中海石油舟山石化有限公司170万吨/年馏分油加氢装置以重油裂解装置的重馏分油为改质原料，裂解石脑油和粗工业燃料油为精制原料油，改质原料油在经过高压换热器（E2103、E2101）换热升温后，进入原料油加热炉（F2101）加热，加热炉炉管分A、B两路，炉出口两路汇和后，原料进入预加氢精制反应器（R2103），进行预精制脱氮。

加热炉出口两路温差。加氢装置在2022年6月大检修后开工以来，F2101出口两路温差波动频繁，最大温差达到14℃。

图1 2022年9月8日至10月8日原料油加热炉出口两路的温差趋势图

2.加热炉出口两路温差大原因分析

对于加热炉而言，炉出口A、B两路出现较大温差的主要原因可以分为两种：（1）两路炉管内介质发生偏流导致吸热量不一致；（2）炉膛两侧发生偏烧导致两侧热辐射程度不一致。

(1)炉管偏流

加热炉炉管偏流主要有以下几个原因：

①低负荷运行期间，两路炉管进料量无法平均分配。

②炉管内存在一定程度的结垢。换热器在运行期间，壳层内的原料油因换热升温后所含的不饱和烃发生缩合反应形成胶质积碳结焦，以及上游带来的固体机械杂质，被流体带入到加热炉，不能均匀分布在炉管，造成两路炉管发生偏流。

③本装置是属于炉前混氢工艺流程，在不同的条件下，气液两相的流动流型不一样，主要流型包括气泡流、液节流、环状流等。气液分布不均，流动流型变换，流体内相对的运动摩擦也不同，造成炉管偏流。

根据装置在6月开工以来，各加工负荷下，加热炉进出口压降无明显增大，不考虑加热炉炉管偏流为主要原因。加热炉进出口压降趋势图如图2所示。

图2 原料油加热炉2022年9月至10月炉管差压趋势图

(2)炉膛偏烧

加热炉燃烧状态影响着加热炉的能耗，加热炉烧偏会造成部分火嘴氧含量过剩，部分火嘴因氧含量低燃烧不充分产生CO，甚至同时造成炉膛氧含量及烟气中CO含量升高，这样既降低加热炉热效率，又增加了CO排放量。加热炉偏烧，说明加热炉炉膛热负荷不均匀，热负荷大的部位炉管易结焦，势必影响加热炉的长周期运行[1]。

根据图3，从趋势中可以得出本装置原料油加热炉出口两路温差波动频繁且差值较大，主要原因就是加热炉炉膛南北两侧偏烧。

图3 原料油加热炉出口两路温差与炉膛南北两侧温差对比

造成炉膛偏烧有许多因素，本装置较为直观的有：加热炉火嘴火焰烧偏、储运来尾气的影响和加热炉燃烧器故障。

①加热炉火嘴火焰烧偏

火嘴火焰大小不均的原因有：

A.各火嘴燃料气分配不一，导致南北两侧火嘴火焰烧偏，炉膛温差变大。

根据对现场进行火嘴火焰调整，9#火嘴对炉膛偏差最为敏感，现场看火窗观察9#火嘴火焰过高，且尾部火焰飘散，但是根据火嘴分布图（图4）以及燃料气引出点，末端火焰应该最小。

图4 加热炉火嘴分布图

分析原因，现场各火嘴手阀均有卡量，导致调节阀后燃料气压力高，无法分配均匀，9#火嘴燃料气管线背压高，燃料气气速高，卡手阀控制各火嘴燃料气的量，对加热炉燃烧影响太大。从图5看，2022年9月30日3点至6点，根据加热炉所需的出口温度调节燃料气压力，炉膛南北两侧发生多次波动。

图5 提高加热炉燃料气量后，导致的炉膛偏烧

B.燃料气管网压力低，球罐补高瓦，燃料气组分变化。

本装置燃料气总管压力控制点为0.46MPa，管网发生波动后，控制手段为球罐液化气气化补足管网压力，致使燃料气组分突然变重，根据组分燃烧难易情况，重组分基本在末端几个火嘴燃烧，从而导致炉膛北侧热负荷高，火嘴火焰普遍较长，导致炉膛南北两侧温差大。图6中燃料气管网压力下降后，补入球罐液化气，引起了炉膛南北两侧温差变大。

图6 球罐补高瓦后，炉膛南北两侧温差变大

C.配风量不均，炉膛过剩空气系数高或低。

根据各火嘴配风引出点，因1#～8#，17#～24#火嘴为单侧辐射，不做参考，所以画出9#至16#火嘴配风点（图7），可以发现南侧离鼓风机出口近，鼓风量更高，符合本装置在加热炉在正常运行时，炉膛南侧氧含量比北侧高。

图7 9#至16#火嘴配风引出点

从现场加热炉北侧火嘴燃烧状况，火焰状态不稳定、飘散，甚至舔炉管，主要是配风量不足，稳定火焰状态的过剩空气系数不够。在燃料气压力过高或者组分过重的情况下，燃料气燃烧不充分，可能会发生火焰尾部再燃，导致炉膛负压大幅波动。

南侧因过剩空气系数过大，由于燃烧反应过快使得火焰高度较低，同时入炉空气多，炉膛温度下降，传热不好，烟气带走热量多。

②储运尾气的影响

从图7可以看到，储运来尾气是并入鼓风机入口，与空气一起进入火嘴燃烧器风道。尾气中含有大量可燃气，导致炉膛温差变大。2022年10月5日18:34，储运来尾气阀门开至90后，大量尾气进去炉膛燃烧，加热炉炉膛南北两侧温差最高达到100℃左右（图8）。

图8 储运尾气补入后，炉膛温度曲线图

③燃烧器故障

A.燃料气带液，火嘴堵塞，火焰跑偏。B.停工期间，发现燃烧器风道中累积了大量焦炭块状固体，导致风道堵塞，配风量大量下降。

因火嘴与风道均在2022年6月停工检修期间进行清理，并且进入炉膛检查燃烧器完好，所以燃烧器故障不做主要原因进行分析。

3.消除炉膛温差的主要方法

近期，原料油加热炉出口两路温差波动频繁，分析过后，主要原因是火嘴烧偏及储运尾气大幅度补入造成的炉膛偏烧。进行了多种调整方式，后期几月成果较为可观，趋势平稳（图9）。

图9 调整后成果

现场和DCS调整手段：

（1）当燃料气压力波动，组分波动时，及时根据加热炉出口温度及炉膛温度，调整燃料气的压力，可以缓解炉膛温差的上升。

（2）如碰到DCS调整无法缓解温差的波动，观察火焰燃烧情况，现场调整9#火嘴燃料气手阀开度，DCS上温差会迅速得到斧正。

（3）根据现场各火嘴燃烧情况，调整现场风门开度，使得各火嘴燃烧充分，保证燃料气在燃烧前与空气充分得到混合，不发生脱火、火嘴抽灭的异常情况。

（4）DCS及时调整A、B路风道阀门，使各路火嘴配风量均匀，炉膛内氧含量在正常区间内，能够有效控制好火焰的燃烧形态，保证火焰不会过长或过短，不会无力、无规则飘动，不发生火焰舔炉管的情况。

（5）炉膛温度波动时，应该及时观察储运送尾气情况，调整加热炉燃料气压力，发现过晚，会导致炉膛温差恶化。

（6）加强对燃料气分液罐的脱液，定期清理燃烧器火嘴及风道，防止焦炭积累，导致火嘴烧偏、火嘴抽灭。

4.结论

（1）加热炉正常运行情况，各火嘴手阀不卡量，通过调整燃料气调节阀调整炉膛热负荷。现阶段卡加热炉各火嘴手阀，来调整火焰的大小、稳定，不是长久之计，在往后的调整过程中还是需要慢慢、分多次对火嘴手阀进开大，通过燃料气调节阀进行调节，如发生阀后燃料气压力过低，可以熄灭几个火嘴进行调整，节约燃料气的用量。

（2）和风道有两路一样，把燃料气入加热炉也分为A、B两路来调整，消除燃料气分配不均的情况。因为反应进料炉24个火嘴燃料气均在一根主管上引出，不用手阀调整各火嘴燃料气用量，可能会由于燃料气分配不均造成火焰燃烧不均一，所以还是考虑24个火嘴燃料气也用2根主管进行分配，分为A、B两路用两个调节阀进行调整。