國外延遲焦化裝置焦化爐技術(shù)介紹及評述

1、國外延遲焦化裝置焦化爐技術(shù)介紹及評述董罡 謝崇亮 顏峰中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司（青島 266071）摘 要：通過對福斯特惠勒（Fosrer Wheeler）和康菲（Conoco Philips）兩家公司在焦化爐工程設(shè)計方面技術(shù)特點的介紹，分析了各自技術(shù)的優(yōu)點和存在的問題，并在焦化爐總投資和操作維護(hù)兩方面進(jìn)行對比評述。主題詞：梯形墻焦化爐 改良型焦化爐 技術(shù)介紹 對比評述1. 前言國外延遲焦化技術(shù)以美國為代表，擁有延遲焦化專利技術(shù)和工程設(shè)計經(jīng)驗的著名公司有：福斯特惠勒（Fosrer Wheeler）公司康菲（Conoco Philips）公司凱洛格（Kellogg）公司和魯姆斯(ABB

2、 Lummus Grest)公司，近些年經(jīng)常到中國進(jìn)行技術(shù)交流的主要是以福斯特惠勒和康菲兩家公司為主，他們不僅在延遲焦化工藝技術(shù)方面有著各自獨特的特點，而且在影響延遲焦化長周期運行的核心設(shè)備焦化爐的工程設(shè)計方面也各具特色，他們有著共同的設(shè)計理念：不追求過高的加熱爐熱效率，主要考核投資回報率，注重安全、環(huán)保。福斯特惠勒公司擁有專有技術(shù)的爐型為梯形墻焦化爐（Terrace-WallTM Delayed Coker heater），國內(nèi)俗稱階梯式焦化爐，康菲公司擁有的是改良型焦化爐（New Borger Coker Furnace），這兩種焦化爐的技術(shù)目前在國際上處于領(lǐng)先水平，代表了當(dāng)今焦化爐的發(fā)展

3、趨勢，下文將對上述兩家公司的焦化爐在設(shè)計方面及操作維護(hù)方面的特點進(jìn)行介紹，并加以對比評述。2. 國外延遲焦化裝置焦化爐技術(shù)介紹2.1焦化爐工藝設(shè)計國外這兩個公司的焦化爐技術(shù)雖然各具特色，但都是圍繞著如何防止?fàn)t管嚴(yán)重結(jié)焦延長焦化爐開工周期這個工程設(shè)計關(guān)鍵點進(jìn)行的。兩個公司在焦化爐的工藝設(shè)計方面遵循的設(shè)計原則是一致的：較高的管內(nèi)冷油流速（>2m/s）；管內(nèi)停留時間短，尤其是426之后的管段的停留時間，一般不大于30s；輻射室爐管采用雙面輻射，平均熱強(qiáng)度合理且爐管熱強(qiáng)度周向不均勻系數(shù)小；管內(nèi)介質(zhì)流程：原料油先進(jìn)對流室，經(jīng)轉(zhuǎn)油線進(jìn)輻射室上部，最后從輻射室下部出焦化爐，原料油流向與煙氣流向相反，為

4、逆流換熱過程；原料油溫升梯度平穩(wěn)；能夠保證長周期運行；設(shè)有多點注汽（水）及在線清焦功能；燃燒器采用扁平焰低NOx氣體燃燒器，可以有效的實現(xiàn)環(huán)保排放；在防結(jié)焦技術(shù)的保證下，提高原料油出爐溫度到500以上，來提高裝置液收，降低焦炭產(chǎn)量。2.2焦化爐結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.1美國福斯特惠勒公司焦化爐：其專有的梯形墻焦化爐首次工業(yè)應(yīng)用是在20世紀(jì)90年代中期，我國南方某煉油廠引進(jìn)的福斯特惠勒公司420萬噸/年延遲焦化裝置中的兩臺焦化爐采用的就是梯形墻焦化爐，已于2009年建成投產(chǎn)。圖1國內(nèi)引進(jìn)的梯形墻焦化爐 圖2梯形墻焦化爐單個輻射室內(nèi)部照片圖3梯形墻焦化爐簡圖1) 梯形墻焦化爐結(jié)構(gòu)設(shè)計特點：輻射室爐管為水平

5、雙面輻射布置，每一個輻射室只設(shè)一路爐管；輻射室側(cè)墻向爐內(nèi)傾斜設(shè)計，形成下寬上窄的梯形結(jié)構(gòu)；根據(jù)裝置規(guī)模不同可以設(shè)計成最多6個輻射室結(jié)構(gòu)；對流室僅有一個，為多個輻射室共用；氣體燃燒器安裝在輻射室側(cè)墻下部，扁平火焰沿內(nèi)斜的側(cè)墻向上燃燒；每個管路上設(shè)有三個注水點。2) 梯形墻爐型的優(yōu)點：焦化爐輻射室主要靠附墻燃燒的火焰和爐墻的反射輻射熱來加熱爐管內(nèi)的油品，傾斜的側(cè)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計使得輻射室內(nèi)的熱場分布非常均勻，實現(xiàn)了爐膛熱量輻射的合理利用；降低了爐管表面最大熱強(qiáng)度，提高了平均熱強(qiáng)度，延緩了爐管結(jié)焦周期；火焰附墻燃燒，很好地避免了普通底燒雙面輻射爐火焰添爐管現(xiàn)象的發(fā)生，爐管不會因局部過熱而結(jié)焦；每個輻射室內(nèi)

6、一路爐管的設(shè)計可以更好地調(diào)控爐出口油品溫度，這種結(jié)構(gòu)形式操作靈活性，可獨立控制每一個輻射室，方便地實現(xiàn)在線清焦（On-line Spalling）。3) 梯形墻型焦化爐設(shè)計存在的問題：一輻射室一管程的設(shè)計，使得整臺焦化爐輻射室爐墻散熱面積較大，占地面積也較大；輻射室爐管兩端的連接采用鑄造回彎頭及彎頭箱的設(shè)計，減少了爐管有效的傳熱面積；多個輻射室共用一個對流室的設(shè)計，無法進(jìn)行在線水力機(jī)械（Mechanical pingging）清焦，只能在設(shè)有兩臺以上焦化爐的大型焦化裝置運行時，采用一停一開的辦法實現(xiàn)裝置不停工清焦；爐管采用多點注水使得焦化爐熱負(fù)荷增加，注水溫度不高還易造成對流室入口爐管結(jié)焦。2

7、.2.2美國康菲石油公司焦化爐：康菲公司延遲焦化加熱爐的設(shè)計通常采用的爐型與國內(nèi)的大型焦化裝置采用的水平臥管雙面輻射箱式爐爐型近似。2007年康菲公司在傳統(tǒng)的水平臥管雙面輻射箱式爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良，稱為改良型焦化爐（New Borger Coker Furnace）。9圖4康菲公司設(shè)計的延遲焦化裝置圖5輻射室內(nèi)部照片圖6改良型焦化爐單個輻射室簡圖1) 改良型焦化爐設(shè)計特點：輻射室爐管為水平臥管雙面輻射布置，每一個輻射室內(nèi)有兩路爐管；一個輻射室對應(yīng)一個對流室；在一個輻射室內(nèi)，氣體燃燒器分三排安裝在輻射室下部，扁平火焰垂直向上燃燒；根據(jù)裝置規(guī)模的不同可以設(shè)計成13個輻射室結(jié)構(gòu)，每個管路上設(shè)有三個

8、注汽點。2) 改良型焦化爐設(shè)計的優(yōu)點：輻射室取消了中間火墻，用一排大負(fù)荷的燃燒器替代原來中間火墻兩側(cè)的兩排小負(fù)荷燃燒器，節(jié)省了耐火隔熱磚的用量，縮小了爐體散熱面積，也減小了焦化爐的占地面積；燃燒器火焰正常燃燒時，輻射室爐管的表面平均熱強(qiáng)度的均勻度接近梯臺墻式爐；輻射室爐管連接采用急彎彎管的設(shè)計，爐管均在輻射室內(nèi)，提高了爐管的有效傳熱面積；可以進(jìn)行在線清焦或在線機(jī)械水利清焦；燃燒器采用扁平焰低NOx燃燒器，可以有效的實現(xiàn)環(huán)保排放。3) 改良型焦化爐設(shè)計存在的問題：一個輻射室有兩路爐管的設(shè)計，使得兩路爐管必須同時進(jìn)行在線清焦或機(jī)械水利清焦，對裝置生產(chǎn)的影響比梯臺墻式爐一輻射室一路爐管的設(shè)計要大；三

9、排燃燒器同時兼顧兩路爐管的設(shè)計，使得每一路爐出口油品溫度調(diào)節(jié)較困難。燃燒器因燃料氣或助燃空氣的壓力不穩(wěn)定，造成火焰發(fā)飄倒扶，產(chǎn)生火焰舔爐管導(dǎo)致爐管局部過熱結(jié)焦的現(xiàn)象。3. 兩種焦化爐的對比評述兩家公司在防止?fàn)t管內(nèi)結(jié)焦方面都有獨到之處，兩家公司在全球的延遲焦化領(lǐng)域都有較多的工程業(yè)績，也都有各自的技術(shù)建設(shè)的延遲焦化裝置加工油品性質(zhì)較差的委內(nèi)瑞拉超稠油的經(jīng)驗，都能夠保持三年以上長周期運行，主要差異體現(xiàn)在下面幾個方面。3.1焦化爐工程總投資方面的差異：3.1.1技術(shù)引進(jìn)：福斯特惠勒公司的梯形墻焦化爐因是其專有技術(shù)，在進(jìn)行延遲焦化裝置工藝包轉(zhuǎn)讓時必須捆綁向其購買整個梯形墻焦化爐設(shè)備，焦化爐的詳細(xì)設(shè)計由福

10、斯特惠勒公司完成，焦化爐主要關(guān)鍵配件，如專利燃燒器鑄鐵板空氣預(yù)熱器風(fēng)機(jī)等還須由福斯特惠勒公司在國外采購，造成焦化爐總造價非常高；康菲公司進(jìn)行焦化裝置工藝包轉(zhuǎn)讓時僅轉(zhuǎn)讓焦化爐技術(shù)數(shù)據(jù)及設(shè)計規(guī)范，焦化爐的設(shè)計還是由國內(nèi)設(shè)計院來完成，焦化爐的全部配件也可以完全由國內(nèi)制造，這樣可大幅降低焦化爐的工程費用。3.1.2焦化爐結(jié)構(gòu)設(shè)計：梯形墻爐火焰為附墻燃燒，使用的隔熱磚分類溫度需要達(dá)到1500以上，隔熱磚材料等級高，造價比不直接受火焰沖刷的耐火磚要高；梯形墻爐輻射室側(cè)墻比改良型爐型數(shù)量多一倍，輻射室爐管連接使用的鑄造回彎頭及彎頭箱設(shè)計也要比改良型焦化爐投資高，僅對流室要比改良型焦化爐的節(jié)省。3.1.3投資

11、對比：美國KBC公司曾經(jīng)對兩種爐型的總投資進(jìn)行過研究，研究結(jié)果顯示梯形墻爐比康菲公司的改良型焦化爐高至少30%以上，考慮到國內(nèi)外設(shè)計費及加熱爐配件的制造運輸費用的差價，國內(nèi)引進(jìn)這兩種爐型的總投資上的差異會非常大。3.2操作維護(hù)方面的差異：1) 在線清焦：梯形墻爐一輻射室一管程的設(shè)計相比改良型焦化爐一輻射室兩管程的設(shè)計，使得單路爐管在線清焦操作非常容易，在線清焦時對裝置處理量的波動較小，而改良型焦化爐必須一個輻射室的兩路爐管同時進(jìn)行在線清焦，在線清焦時對裝置處理量的波動較大。但在多次在線清焦之后，在線清焦已無效果的情況下，梯形墻爐因共用一個對流室而無法進(jìn)行在線水力機(jī)械清焦，而改良型雙面輻射焦化爐

12、可以對同一個輻射室的兩路爐管進(jìn)行在線水力機(jī)械清焦，來減少裝置非正常停工次數(shù)。2) 在線清焦介質(zhì)：福斯特惠勒公司采用冷凝水做為在線清焦介質(zhì)，康菲公司采用蒸汽做為在線清焦介質(zhì)，冷凝水比蒸汽溫度低，在清焦過程中與爐管管壁溫差更大，清焦效果更好。3) 原料油出爐溫度控制：福斯特惠勒公司的梯形墻爐一輻射室一管程的設(shè)計使得對每路爐管出口溫度控制比康菲公司改良型焦化爐一輻射室兩管程的設(shè)計更方便容易。兩公司焦化爐技術(shù)對比匯總表康菲公司福斯特惠勒公司備注爐型改良型雙面輻射爐型（無中間火墻）梯形墻雙面輻射爐型燃燒器安裝位置爐底部（爐管兩側(cè)）側(cè)墻下部均為氣體燃燒器火焰燃燒方向垂直向上沿爐墻傾斜向上管程數(shù)/單個輻射室2管程1管程常用爐管管徑114/127114/127輻射爐管接口形式急彎彎管鑄造回彎頭爐管注汽（水）注汽注水余熱回收系統(tǒng)有有（鑄鐵板空氣預(yù)熱器）每爐一套熱效率>90%>90%基于燃料氣硫含量100ppm（w）在線清焦介質(zhì)蒸汽冷凝水冷凝水比蒸汽效果好加熱爐在線清焦次數(shù)2次/年（恰當(dāng)控制減渣中的鹽雜質(zhì)）2次/年加熱爐在線機(jī)械清焦能不能技術(shù)引進(jìn)形式購買工藝包購買整臺加熱爐加熱爐造價低高基于同一計價平臺差價30%4. 結(jié)束語：延遲焦化裝置做為我國重質(zhì)原油的主要加工手段，今后在相當(dāng)時間仍會大力發(fā)展，學(xué)習(xí)國外公司的先進(jìn)設(shè)計理念，深入研究國外焦化爐的工藝