水力除焦設(shè)備技術(shù)發(fā)展及在遼河石化焦化裝置的應(yīng)用

1、水力除焦設(shè)備技術(shù)發(fā)展及在遼河石化焦化裝置的應(yīng)用王志（遼河石化公司焦化車間 124022） 摘要： 延遲焦化作為重質(zhì)劣質(zhì)原料加工的重要手段，在重油加工中的地位越發(fā)突出。除焦系統(tǒng)設(shè)備是焦化裝置的核心設(shè)備，其技術(shù)的先進(jìn)性及可靠性對確保焦化裝置安全平穩(wěn)長周期運(yùn)行具有舉足輕重的作用，文章對我國近年來的除焦設(shè)備技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了簡單地論述。并對其在遼河石化超稠原油焦化裝置的應(yīng)用情況進(jìn)行了總結(jié)。 關(guān)鍵詞： 水力除焦 水渦輪 切焦器 程序控制 發(fā)展 應(yīng)用1 前言 延遲焦化是一項(xiàng)用于加工重質(zhì)原料的成熟工藝技術(shù)，其原料適應(yīng)性強(qiáng)，可加工催化裂化不適宜加工的原料，同時(shí)相對于重油加氫而言，裝置投資低。隨著世界劣質(zhì)原油（

2、如高硫、高瀝青質(zhì)、高密度、高粘稠、高重金屬、高酸值等原油）產(chǎn)量的逐年增加，焦化成為劣質(zhì)重油加工的首選工藝，焦化裝置在重油加工中的地位越發(fā)突出，其發(fā)展速度明顯加快。除焦作為焦化裝置中重要的一個(gè)操作過程，其技術(shù)的發(fā)展對促進(jìn)延遲焦化工藝的發(fā)展特別是裝置大型化具有舉足輕重的作用，對確保裝置安全平穩(wěn)長周期運(yùn)行也具有極為重要的意義。經(jīng)過多年吸收引進(jìn)應(yīng)用國外技術(shù)，并通過不斷研發(fā)改進(jìn)創(chuàng)新，我國焦化裝置的除焦技術(shù)己接近或達(dá)到國外水平，某些方面甚至超過國外水平。在我國新建焦化裝置中，除焦設(shè)備基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，如高壓水泵、除焦控制閥、高壓球閥、自動(dòng)鉆孔切焦器、水力除焦程序控制系統(tǒng)等，同時(shí)提高了自動(dòng)化水平。本文以遼河石

3、化公司（以下簡稱公司）超稠原油焦化裝置及國內(nèi)幾家焦化裝置為例，對除焦設(shè)備技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用情況進(jìn)行簡單論述。2 高壓水泵、除焦控制閥、自動(dòng)聯(lián)合鉆孔切焦器、水力除焦程序控制系統(tǒng)2.1 高壓水泵 水力除焦系統(tǒng)是用高壓水泵將除焦水通過工藝管線在鉆具處的噴嘴處匯聚成高壓高速的線束，利用此線束來將焦炭切碎，從而達(dá)到除焦的目的因此，高壓水泵是整個(gè)水力除焦設(shè)備中的心臟設(shè)備，決定著焦炭塔單塔處理能力和焦炭塔的直徑。隨著焦化裝置大型化的發(fā)展，焦炭塔的直徑增大，達(dá)到8000mm以上，最大的焦炭塔目前直徑達(dá)到12200mm，這對高壓水泵提出了更高的要求，揚(yáng)程及流量必須相應(yīng)大幅度提高，揚(yáng)程由小直徑焦炭塔時(shí)的1600m 左

4、右提高到2000m以上，如中石化上海高橋分公司煉油廠1.40mt / a 的焦化裝置，焦炭塔直徑為8800mm，高壓水泵的揚(yáng)程為2850m，流量為255 m3h ：揚(yáng)子石化2004 年新建投產(chǎn)的1.60mt / a 焦化裝置，焦炭塔直徑為9400mm ，高壓水泵的揚(yáng)程達(dá)到了3300m ，流量為300 m3h 。以往由于國內(nèi)高壓水泵制造能力的限制，高壓水泵進(jìn)口居多，進(jìn)口高壓水泵盡管性能相對較好，但成本較高，一般單臺使用，無備用設(shè)備，一旦出現(xiàn)重要問題，受配件的備用的限制及其它因素的影響，維修時(shí)間長，容易造成裝置非計(jì)劃停工。齊魯石化l.40mt / a 焦化裝置高壓水泵采用美國進(jìn)口（單臺），開工2個(gè)

5、月后，因軸承故障導(dǎo)致裝置非計(jì)劃停工。國產(chǎn)高壓水泵近年來制造技術(shù)水平取得了長足進(jìn)展，能滿足焦化裝置除焦的需要，同時(shí)造價(jià)較低，一般2臺國產(chǎn)高壓水泵的費(fèi)用仍低于1臺進(jìn)口高壓水泵的費(fèi)用，可2臺一開一備使用，這樣在1臺高壓水泵出現(xiàn)故障維修時(shí)不至于導(dǎo)致裝置非計(jì)劃停工。中石油在蘇丹投資建設(shè)的焦化裝置采用浙江科爾（合資）公司生產(chǎn)的高壓水泵；遼河石化公司超稠原油焦化裝置采用沈陽水泵廠生產(chǎn)高壓水泵，參數(shù)如下：流量：280m3 / h ；揚(yáng)程：2920m；軸功率：3150kw。公司焦化裝置自2004 年9 月20 日開工以來，高壓水泵運(yùn)行3年，效果良好。2.2 除焦控制閥 除焦控制閥又稱三位閥是整套除焦設(shè)備中的一個(gè)

6、重要組成部分。高壓水泵出水經(jīng)過管道進(jìn)入除焦控制閥閥體，通過該閥電控部分的控制，實(shí)現(xiàn)閥的全關(guān)水位、預(yù)允水位和全開水位的順序動(dòng)作，完成除焦的過程。其主要工作原理是：除焦控制閥的閥體為三位三通換向閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣缸采用雙作用氣缸，通過控制回路控制活塞上下移動(dòng)，從而使閥芯處于不同位置，實(shí)現(xiàn)控制閥的工作位置的調(diào)節(jié)。國內(nèi)自主開發(fā)研制的除焦控制閥具有一閥多用的特點(diǎn)，一臺除焦控制閥可以同時(shí)代替泵出口閥、回流閥，由于裝有預(yù)充、降壓孔板，有效降低了高壓水產(chǎn)生的水錘現(xiàn)象。目前，國產(chǎn)除焦控制閥主要為襄樊航生石化環(huán)保設(shè)備有限公司生產(chǎn)的新型除焦控制設(shè)備，該設(shè)備具有技術(shù)先進(jìn)、操作平穩(wěn)、使用方便等特點(diǎn)，在國內(nèi)新建焦化裝置得到

7、了廣泛應(yīng)用，基本取代進(jìn)口除焦控制閥，應(yīng)用效果良好，公司超稠原油焦化裝置應(yīng)用的國產(chǎn)除焦控制閥一直運(yùn)行平穩(wěn)。2.3 自動(dòng)聯(lián)合鉆孔切焦器 在最初的焦化裝置中，切焦器的鉆孔與切焦?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)換通過手動(dòng)切換來完成，即將鉆具提出塔外人工操作切焦器上的換向鈕，實(shí)現(xiàn)鉆孔與切焦?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)換。后來，逐步研制成功壓差式自動(dòng)切換切焦器，并得到應(yīng)用，該型式主要利用壓差原理，通過彈簧元件改變切焦與鉆孔的界定水壓壓力（鉆孔壓力小于切焦壓力），進(jìn)而改變水流方向，不需將鉆具提出塔外，在塔內(nèi)任一位置實(shí)現(xiàn)鉆孔與切焦的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，但彈簧元件易老化失效，故障時(shí)，需采用人工堵噴嘴方式除焦，影響工作效率。中石化集團(tuán)公司通過攻關(guān)研制成功的自動(dòng)切換聯(lián)

8、合鉆孔切焦器，采用回零壓力切換的工作原理，通過除焦程序控制系統(tǒng)控制，將供切焦器使用的高壓水打回流，然后再供水入切焦器，實(shí)現(xiàn)鉆孔、切焦過程完全自動(dòng)化進(jìn)行，具有自動(dòng)、高效節(jié)能、設(shè)計(jì)使用壓力高等特點(diǎn)。自動(dòng)切換聯(lián)合鉆孔切焦器主要由本體及換向閥（二位四通閥）組成，閥芯位于閥套內(nèi)，將閥套分為上下兩個(gè)空腔，空腔與二位四通閥相通。當(dāng)高壓水進(jìn)入切焦器，一部分水流通過旁路進(jìn)入二位四通閥，推動(dòng)柱塞齒條移動(dòng)，由棘輪-棘爪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)完成高壓水的換向，通過高壓水的一次有效切換，即可實(shí)現(xiàn)孔位與切焦位的轉(zhuǎn)換。如今該型式及在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的自動(dòng)切換聯(lián)合鉆孔切焦器己在國內(nèi)煉廠多數(shù)焦化裝置中應(yīng)用，大大提高了切焦工作效率。2.4 水

9、力除焦程序控制系統(tǒng) 水力除焦程序控制系統(tǒng)是對全部除焦設(shè)備進(jìn)行控制、顯示、實(shí)現(xiàn)安全連鎖，對整個(gè)除焦過程鉆具位移模擬數(shù)字顯示的電氣控制系統(tǒng)。在消化吸收引進(jìn)國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，國產(chǎn)化的水力除焦程序控制系統(tǒng)己達(dá)到國外類似產(chǎn)品的水平，能夠?qū)θ砍乖O(shè)備的操作，實(shí)現(xiàn)顯示、自動(dòng)控制和安全連鎖。鉆具位移模擬顯示系統(tǒng)，可以以米為單位顯示鉆具在焦炭塔內(nèi)的位置。除焦控制閥、鉆機(jī)絞車和高壓水泵的工況得到了完整的顯示，安全連鎖防止了誤操作的發(fā)生，保證了操作工人和設(shè)備的安全，只有在塔位和鉆機(jī)選擇正確、各相關(guān)閥門開關(guān)位置正確、除焦控制閥工況正確的情況下，高壓水泵才具備啟動(dòng)條件，防止可能發(fā)生的操作事故。公司水力除焦程序控制系統(tǒng)

10、由襄樊航生石化環(huán)保設(shè)備有限公司生產(chǎn)，目前應(yīng)用良好。3 水渦輪減速機(jī)及焦炭塔自動(dòng)頂蓋、底蓋裝卸機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用3.1 水渦輪減速機(jī) 早期焦化裝置除焦過程中，切焦器是由風(fēng)動(dòng)馬達(dá)通過風(fēng)動(dòng)水龍頭驅(qū)動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)切焦的功能，切焦器由風(fēng)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)存在工作時(shí)噪音大、冬季易損壞、鉆桿擺動(dòng)大等缺點(diǎn)，不利于切焦設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。水渦輪減速機(jī)是取代風(fēng)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)切焦器旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用在除焦系統(tǒng)中的一種新型設(shè)備，其上與鉆桿相連接，其下與切焦器相連接，傳輸高壓水，除焦時(shí)，鉆桿作垂直上下運(yùn)動(dòng)，高壓水驅(qū)動(dòng)水渦輪帶動(dòng)切焦器在作上下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)作低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在焦炭塔內(nèi)作鉆孔切焦的功能其主要工作原理是：高壓水經(jīng)過鉆桿從水渦輪上部的壓蓋內(nèi)

11、孔進(jìn)入水渦輪，經(jīng)過定子和轉(zhuǎn)子，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，在擺線針輪減速機(jī)構(gòu)的作用下使輸出軸反向低速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)高壓水在經(jīng)過體外導(dǎo)流管再次流入殼體從輸出軸注入切焦器。 水渦輪減速機(jī)在剛應(yīng)用時(shí)存在密封易泄漏、使用壽命相對較短等問題，通過近幾年的不斷改進(jìn)己發(fā)展為全流量外流式分體結(jié)構(gòu)型式由襄樊航生石化環(huán)保設(shè)備有限公司研發(fā)生產(chǎn)。該結(jié)構(gòu)型式水渦輪減速機(jī)具有切焦力矩大、密封性能好的特點(diǎn)，此外，在除焦水的流動(dòng)方而采用外部流動(dòng)方式，這樣除焦水不通過減速器，減速器單獨(dú)設(shè)置潤滑油路并可靠密封，減小了減速機(jī)銹蝕磨損，大大提高了水渦輪的使用壽命。切焦器由水渦輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)與由風(fēng)動(dòng)馬達(dá)通過風(fēng)動(dòng)水龍頭帶動(dòng)鉆桿驅(qū)動(dòng)相比，

12、優(yōu)點(diǎn)如下： 應(yīng)用水渦輪減速機(jī)除焦，鉆桿作垂直上下運(yùn)動(dòng)不作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只有水渦輪帶動(dòng)切焦器在作上下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)作低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣在整個(gè)除焦過程中，鉆桿擺動(dòng)非常小，有利于除焦過程的順利進(jìn)行。而應(yīng)用風(fēng)動(dòng)馬達(dá)、風(fēng)動(dòng)水龍頭除焦，整個(gè)鉆桿既作垂直上下運(yùn)動(dòng)，又作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)較大，特別是除焦到中下部時(shí)，尤為明顯，易造成風(fēng)動(dòng)馬達(dá)損壞，更換頻繁，且容易發(fā)生卡鉆、抱鉆等問題。 噪音低。應(yīng)用水渦輪減速機(jī)除焦，噪音大大降低，改善了工人的操作環(huán)境（特別是冬季），更有利于操作工人控制除焦過程，防止除焦發(fā)生意外。 節(jié)能。應(yīng)用水渦輪減速機(jī)除焦，節(jié)省了風(fēng)的消耗量。 全流量外流式分體水渦輪減速機(jī)在結(jié)構(gòu)上增加了限位裝置，使針齒座不會(huì)

13、在殼體內(nèi)打滑而造成高速軸轉(zhuǎn)動(dòng)低速軸不轉(zhuǎn)動(dòng)的故障。圖1水渦輪減速機(jī)遼河焦化裝置中應(yīng)用 日前，全流量外流式分體水渦輪減速機(jī)已在多家已建和新建焦化裝置中應(yīng)用，如長嶺石化（3年）、蘇丹煉廠、廣州石化、茂名石化、蘭州石化、九江石化、中山石化、錦西石化等，效果良好，同時(shí)水渦輪減速機(jī)與風(fēng)動(dòng)馬達(dá)、風(fēng)動(dòng)水龍頭互為備用這樣在水渦輪減速機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，不需將水渦輪減速機(jī)拆下，可直接啟用風(fēng)動(dòng)水龍頭除焦，水渦輪減速機(jī)在遼河石化焦化裝置中應(yīng)用現(xiàn)場如圖1 所示。遼河石化公司2006年在裝置小修時(shí)安裝全流量外流式分體水渦輪減速機(jī)，改善除焦工況。3.2 焦炭塔自動(dòng)頂蓋機(jī)的研制與應(yīng)用 焦炭塔頂蓋因焦化裝置工藝生產(chǎn)的特殊性，需頻繁拆

14、卸、安裝（每除焦一次，塔頂蓋至少拆卸、安裝一次），頂蓋與塔口用法蘭連接，法蘭一周約30 多個(gè)螺栓（視塔口直徑而定），法蘭與法蘭間的密封形式采用八角鋼圈墊密封，通過螺栓的預(yù)緊力壓緊鋼環(huán)。以往，焦炭塔頂蓋的拆卸、安裝一直采用人工手動(dòng)操作，借助懸臂吊架（即可以轉(zhuǎn)臂的手拉葫蘆），人工旋轉(zhuǎn)頂蓋。人工手動(dòng)拆卸、安裝焦炭塔頂蓋，一方面，工作時(shí)間長，影響除焦進(jìn)程，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大：另一方面，頻繁手動(dòng)安裝焦炭塔頂蓋，易導(dǎo)致密封面受力不均，長時(shí)間會(huì)造成密封面受損，影響密封效果，需經(jīng)常更換八角墊，嚴(yán)重時(shí)，頂蓋法蘭本體密封面也受損，造成焦炭塔生產(chǎn)過程中頂蓋法蘭泄漏，影響裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)，國內(nèi)各大煉化公司開工時(shí)間較長的

15、焦化裝置焦炭塔頂蓋處都有不同程度的泄漏，另外，因頻繁拆卸、安裝螺栓，螺栓易損，需定期更換不同數(shù)量螺栓，并且在處理焦炭塔緊急情況時(shí)，人工拆卸頂蓋的危險(xiǎn)性較大。 上世紀(jì)九十年代，美國最先研制了一種自動(dòng)頂蓋機(jī)，但因我國焦炭塔口型式及材料性能的限制，該結(jié)構(gòu)自動(dòng)頂蓋機(jī)我國焦化裝置中應(yīng)用存在一定的難度。隨著國內(nèi)各大煉化公司對焦化裝置重視程度的提高，除焦系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)在不斷更新提高。襄樊航生石化設(shè)備有限公司在北京院和中石油蘭州石化分公司、中石化九江石化分公司的協(xié)作下，研發(fā)了技術(shù)性能先進(jìn)的焦炭塔自動(dòng)頂蓋機(jī)。 該自動(dòng)頂蓋機(jī)在結(jié)構(gòu)上采用六油缸結(jié)構(gòu)，四缸壓緊，兩缸啟閉，免螺栓，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)頂蓋的目的，且不需要輔助手

16、段即可實(shí)現(xiàn)塔口密封。自動(dòng)頂蓋機(jī)主要由機(jī)械部分、液壓部分、電氣控制三大部分組成。機(jī)械部分主要由壓蓋、抱箍、啟閉油缸，鉸支座、壓緊油缸、活動(dòng)勾爪、導(dǎo)板等幾部分組成，如圖2 所示。抱箍為兩個(gè)半圓環(huán)，可通過螺栓聯(lián)接為一個(gè)整體，環(huán)抱在塔上部的塔頸上，作為頂蓋機(jī)的油缸的安裝基礎(chǔ)。壓蓋與原塔頂蓋法蘭聯(lián)接，使之可與啟閉油缸聯(lián)接，并可承受壓緊油缸施加的預(yù)緊力。啟閉油缸兩端分別與壓蓋和抱箍鉸接，與鉸支座組合，通過啟閉油缸的伸縮動(dòng)作可實(shí)現(xiàn)塔蓋的開啟和關(guān)閉。通過壓緊油缸的伸縮動(dòng)作可使活動(dòng)勾爪在導(dǎo)向板的導(dǎo)槽里活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對壓蓋的壓緊與釋放。壓緊油缸的活塞桿上設(shè)有環(huán)槽，當(dāng)壓緊油缸收縮至極限位置時(shí)，碟簧被壓緊，碟簧的預(yù)緊力作

17、用于活動(dòng)勾爪上，同時(shí)自鎖油缸將自鎖塊推進(jìn)活塞桿的環(huán)槽里，這樣在生焦過程中，可使液壓油站停止工作，由碟簧提供持續(xù)的密封力。另外在頂蓋法蘭的密封面的上下兩側(cè)分別鉆孔，并通入1.0mpa的汽封蒸汽，保證在頂蓋法蘭本體密封面受損的情況下，油氣不會(huì)泄露，保證裝置安全生產(chǎn)。 襄樊航生石化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的焦炭塔自動(dòng)頂蓋機(jī)首先在中石化九江石化分公司首次開工中應(yīng)用，效果極佳，現(xiàn)場應(yīng)用狀況如圖3，之后在錦西石化、蘭州石化應(yīng)用，同樣取得了滿意的效果。圖2 自動(dòng)頂蓋機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖圖3 自動(dòng)頂蓋機(jī)在遼河石化應(yīng)用現(xiàn)場 焦炭塔自動(dòng)頂蓋機(jī)的應(yīng)用大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了開關(guān)頂蓋的速度（開頂蓋需2 分鐘時(shí)問）和操作的

18、安全性，同時(shí)，大大提高了頂蓋的密封效果，對確保焦化裝置安全平穩(wěn)長周期運(yùn)行起到了積極的作用。遼河石化公司焦化裝置在2006年裝置小修時(shí)安裝焦炭塔自動(dòng)頂蓋機(jī)項(xiàng)目，目前使用效果比較滿意。3.3 焦炭塔自動(dòng)底蓋機(jī)的研制 焦炭塔自動(dòng)底蓋機(jī)同樣可實(shí)現(xiàn)焦炭塔底蓋的自動(dòng)開啟和密封，可以完全免除人工螺栓鎖緊操作，大大降低除焦工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)在焦炭塔因工藝操作原因水放不凈時(shí)，可直接開啟塔底蓋，防止因人工拆卸塔底蓋螺栓發(fā)生安全事故。相比于焦炭塔自動(dòng)頂蓋機(jī)，焦炭塔自動(dòng)底蓋機(jī)的研制與制造難度較大。國外90年代己研制成功焦炭塔自動(dòng)底蓋機(jī)并應(yīng)用，但價(jià)格昂貴（dn1800口徑的焦炭塔自動(dòng)底蓋機(jī)費(fèi)用約1800萬元人民幣），國內(nèi)大多數(shù)煉廠難以承受。日前，國內(nèi)襄樊航生石化設(shè)備有限公司已制造出焦炭塔自動(dòng)底蓋機(jī)樣機(jī)，但產(chǎn)品較笨重，己建裝置的焦炭塔平臺基礎(chǔ)無法滿足該底蓋機(jī)重量的強(qiáng)度要求，該試驗(yàn)產(chǎn)品一直未應(yīng)用，需進(jìn)一步改進(jìn)。