國(guó)外延遲焦化裝置焦化爐技術(shù)介紹及評(píng)述剖析

1、國(guó)外延遲焦化裝置焦化爐技術(shù)介紹及評(píng)述 董罡謝崇亮顏峰 中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司(青島266071) 摘 要：通過對(duì)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(jì)方 面技術(shù)特點(diǎn)的介紹，分析了各自技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)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(duì)比 評(píng)述。 主題詞：梯形墻焦化爐 改良型焦化爐技術(shù)介紹 對(duì)比評(píng)述 1. 刖言 國(guó)外延遲焦化技術(shù)以美國(guó)為代表，擁有延遲焦化專利技術(shù)和工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)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 )

2、公司和魯姆斯(ABB Lummus Grest)公司，近些年經(jīng)常到中 國(guó)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(dú)特的特點(diǎn)，而且在影響延遲焦化長(zhǎng)周期運(yùn)行的核心設(shè) 備-焦化爐的工程設(shè)計(jì)方面也各具特色，他們有著共同的設(shè)計(jì)理念：不追求過高 的加熱爐熱效率，主要考核投資回報(bào)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-Wali Delayed Coker heate)，國(guó)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(guó)際上處于領(lǐng)

3、先水平，代表了當(dāng)今焦化爐的發(fā)展趨 勢(shì)，下文將對(duì)上述兩家公司的焦化爐在設(shè)計(jì)方面及操作維護(hù)方面的特點(diǎn)進(jìn)行介 紹，并加以對(duì)比評(píng)述。 2. 國(guó)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(jì) 國(guó)外這兩個(gè)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(zhǎng)焦化爐開工周期這個(gè)工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行的。兩個(gè)公司在焦化爐的 工藝設(shè)計(jì)方面遵循的設(shè)計(jì)原則是一致的：較高的管內(nèi)冷油流速(2m/s);管 內(nèi)停留時(shí)間短，尤其是426C之后的管段的停留時(shí)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)??；管內(nèi) 介質(zhì)流程：原料油先進(jìn)對(duì)流室，經(jīng)轉(zhuǎn)油線進(jìn)輻射室上部，最后從輻

4、射室下部出焦 化爐，原料油流向與煙氣流向相反，為逆流換熱過程；原料油溫升梯度平穩(wěn)； 能夠保證長(zhǎng)周期運(yùn)行；設(shè)有多點(diǎn)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(shí)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500C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(jì) 2.2.1美國(guó)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(guó)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(tái)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(guó)內(nèi)引進(jìn)的梯形墻焦化爐 圖3梯形墻焦化爐簡(jiǎn)圖 1) 梯

5、形墻焦化爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)： 輻射室爐管為水平雙面輻射布置，每一個(gè)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(jì)，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(jì)成最多6個(gè)輻射室結(jié)構(gòu)；對(duì)流室僅有一個(gè)，為多個(gè)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(gè)管路上設(shè) 有三個(gè)注水點(diǎn)。 2) 梯形墻爐型的優(yōu)點(diǎn)： 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(jì)使得輻射室內(nèi)的熱場(chǎng)分布非常均勻，實(shí)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

6、火 焰添爐管現(xiàn)象的發(fā)生，爐管不會(huì)因局部過熱而結(jié)焦；每個(gè)輻射室內(nèi)一路爐管 的設(shè)計(jì)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(dú)立 控制每一個(gè)輻射室，方便地實(shí)現(xiàn)在線清焦(On-li ne Spalli ng )。 3) 梯形墻型焦化爐設(shè)計(jì)存在的問題： 一輻射室一管程的設(shè)計(jì)，使得整臺(tái)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(jì)，減 少了爐管有效的傳熱面積；多個(gè)輻射室共用一個(gè)對(duì)流室的設(shè)計(jì)，無法進(jìn)行在 線水力機(jī)械(Mechanical pingging)清焦，只能在設(shè)有兩臺(tái)以上焦化爐的大 型焦化裝置運(yùn)行時(shí)，采用一停一開的辦法實(shí)現(xiàn)裝置不停工清

7、焦；爐管采用多 點(diǎn)注水使得焦化爐熱負(fù)荷增加，注水溫度不高還易造成對(duì)流室入口爐管結(jié) 焦。 2.2.2美國(guó)康菲石油公司焦化爐： 康菲公司延遲焦化加熱爐的設(shè)計(jì)通常采用的爐型與國(guó)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。 0 0 0 0 0 0 1 0 N 0 n o A 10 I I 0 Ifl 0 1 Q 11 U| Ju 圖6改良型焦化爐單個(gè)輻射室簡(jiǎn)圖 圖4康菲公司設(shè)計(jì)的延遲焦化裝置 圖5輻射室內(nèi)部照片 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00

8、0 0 0 0 0 1）改良型焦化爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)： 輻射室爐管為水平臥管雙面輻射布置，每一個(gè)輻射室內(nèi)有兩路爐管; 個(gè)輻射室對(duì)應(yīng)一個(gè)對(duì)流室；在一個(gè)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(jì)成13個(gè) 輻射室結(jié)構(gòu)，每個(gè)管路上設(shè)有三個(gè)注汽點(diǎn)。 2）改良型焦化爐設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)： 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(shí)，輻射室爐管的表面平均 熱強(qiáng)度的均勻度接近梯臺(tái)墻式爐；輻射室爐管連接采用急彎彎管的設(shè)計(jì)，爐 管均在輻射室內(nèi)，提

9、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(shí)現(xiàn)環(huán)保排放。 3）改良型焦化爐設(shè)計(jì)存在的問題： 一個(gè)輻射室有兩路爐管的設(shè)計(jì)，使得兩路爐管必須同時(shí)進(jìn)行在線清焦或 機(jī)械水利清焦，對(duì)裝置生產(chǎn)的影響比梯臺(tái)墻式爐一輻射室一路爐管的設(shè)計(jì)要 大；三排燃燒器同時(shí)兼顧兩路爐管的設(shè)計(jì)，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(duì)比評(píng)述 兩家公司在防止?fàn)t管內(nèi)結(jié)焦方面都有獨(dú)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(jī)，也都有各自的

10、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(yàn)，都能夠保持三年以上長(zhǎng)周期運(yùn)行，主要差異體現(xiàn) 在下面幾個(gè)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(shí)必須捆綁向其購(gòu)買整個(gè)梯形墻焦化爐設(shè)備， 焦化爐的詳細(xì)設(shè)計(jì)由福斯特 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(guó)外采購(gòu)， 造成焦化爐總造價(jià)非常高；康菲公司進(jìn)行 焦化裝置工藝包轉(zhuǎn)讓時(shí)僅轉(zhuǎn)讓焦化爐技術(shù)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)規(guī)范，焦化爐的設(shè)計(jì)還是由 國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院來完成，焦化爐的全部配件也可以完全由國(guó)內(nèi)制造

11、， 這樣可大幅降低 焦化爐的工程費(fèi)用。 3.1.2焦化爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 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1500C以上， 隔熱磚材料等級(jí)高，造價(jià)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(jì)也 要比改良型焦化爐投資高，僅對(duì)流室要比改良型焦化爐的節(jié)省。 3.1.3投資對(duì)比： 美國(guó)KBC公司曾經(jīng)對(duì)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(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)費(fèi)及加熱爐配 件的制造、運(yùn)輸費(fèi)用的差價(jià)，國(guó)內(nèi)引進(jìn)這兩種爐型的總投資上的差異會(huì)非常大。 3.2操作維護(hù)方面的

12、差異： 1）在線清焦： 梯形墻爐一輻射室一管程的設(shè)計(jì)相比改良型焦化爐一輻射室兩管程的設(shè)計(jì)， 使得單路爐管在線清焦操作非常容易，在線清焦時(shí)對(duì)裝置處理量的波動(dòng)較小，而 改良型焦化爐必須一個(gè)輻射室的兩路爐管同時(shí)進(jìn)行在線清焦，在線清焦時(shí)對(duì)裝置 處理量的波動(dòng)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(gè)對(duì)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 可以對(duì)同一個(gè)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

13、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(jì)使得對(duì)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(jì)更方便容易。 兩公司焦化爐技術(shù)對(duì)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(gè)輻射室 2管程 1管程 常用爐管管徑 114/ 127 114/ 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 隹 能 不能 技術(shù)引進(jìn)形式 購(gòu)買工藝包 購(gòu)買整臺(tái)加熱爐 加熱爐造價(jià) 低 高 基于冋一計(jì)價(jià)平臺(tái) 差價(jià)30% 4. 結(jié)束語: 延遲焦化裝置做為我國(guó)重質(zhì)原油的主要加工手段，今后在相當(dāng)時(shí)間仍會(huì)大力 發(fā)展，學(xué)習(xí)國(guó)外公司的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，深入研究國(guó)外焦化爐的工藝設(shè)計(jì)原則，了 解具體的結(jié)