06焦炭塔設(shè)計應(yīng)考慮的幾個問題

1、06 焦炭塔設(shè)計應(yīng)考慮的幾個問題中國石化工程建設(shè)公司 李出和1. 概述 延遲焦化是以渣油或類似渣油的污油、原油為原料，通過加熱爐 快速加熱到一定的溫度后進入焦炭塔，在塔內(nèi)適宜的溫度、壓力條件下發(fā) 生裂解、縮合反應(yīng)，生成氣體、汽油、柴油、蠟油、循環(huán)油組分和焦炭的 工藝過程。在目前國內(nèi)乙烯裂解原料石腦油短缺、優(yōu)質(zhì)柴油短缺、低硫低 烯烴汽油短缺和石油焦短缺的條件下，延遲焦化工藝由于其工藝簡單、投 資低、操作費用低等特點又重新得到各石油化工公司的重視。一樣情形下 新建和擴建延遲焦化裝置的要緊目的是處理煉油廠過剩而無出路的減壓渣 油；減少重油催化裂化的摻煉比例，提升催化汽油、柴油的質(zhì)量；提升作 為優(yōu)質(zhì)乙

2、烯裂解原料 -焦化石腦油的產(chǎn)量；增產(chǎn)高十六烷值柴油，提升煉油 廠的柴汽比；增加中間焦化蠟油，為催化裂化及加氫裂化提供原料；利用 焦化干氣或石油焦作為制氫裝置的原料。目前國內(nèi)延遲焦化裝置近 40 套， 新設(shè)計和正在建設(shè)的約 10 套，自第一套延遲焦化裝置在撫順石化公司石油 二廠建設(shè)以來，不管是延遲焦化工藝技術(shù)水平，依舊設(shè)備技術(shù)水平均有了 較大的提升，要緊體現(xiàn)在裝置運行更加安全可靠、開工周期延長、一次性 投資降低、能耗降低、操作費用降低、自動化水平提升、操作靈活性提升、 產(chǎn)品質(zhì)量提升、環(huán)境污染減少。延遲焦化裝置的要緊設(shè)備有焦化加熱爐、 焦炭塔、焦化分餾塔、吹汽放空塔、加熱爐進料泵、水力除焦機械等，

3、其 中焦化加熱爐被認為是焦化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，而焦炭塔則是焦化裝置的核 心設(shè)備。因為焦炭塔是焦化裝置的反應(yīng)器，加熱爐、分餾塔、放空系統(tǒng)、 冷切焦水處理系統(tǒng)、水力除焦系統(tǒng)等均與之有關(guān)。盡管焦炭塔是一個空筒 設(shè)備，但它的設(shè)計涉及到幾乎全裝置的工藝過程，因此在焦炭塔的設(shè)計過 程中不但應(yīng)充分考慮焦炭塔本體的設(shè)計，還應(yīng)充分考慮與之有關(guān)系統(tǒng)的設(shè) 計。2. 焦炭塔本體的設(shè)計焦炭塔本體的設(shè)計要緊包括焦炭塔直徑的確定、塔高的確定、塔體材 料的選擇及焦炭塔的結(jié)構(gòu)形式。2.1 焦炭塔的直徑和高度焦炭塔的直徑和高度要緊取決于裝置的處理量、原料性質(zhì)、操作溫度、操作壓力和循環(huán)比。裝置的處理量是決定焦炭塔大小的要緊參數(shù)，目前

4、國 內(nèi)單塔處理量和焦炭塔規(guī)格的對應(yīng)如下：序號單塔處理量（萬 噸/年）焦炭塔規(guī)格（ mm）建設(shè)時刻操作循環(huán)比120305400×18000（切）50 年代至 70 年代1.3 1.4240 506100×21000（切）80 年代至 90 年代1.3 1.43100 1208400×21000（切）90 年代末1.15 1.354130 1408800×27000（切）21 世紀初1.15 1.255150 1709400×26500（切）21 世紀初1.15 1.25焦炭塔的單塔處理量越大，要求的焦炭塔直徑越大，這要緊是由焦炭 塔塔內(nèi)的承諾氣速

5、決定的。 焦化原料渣油在加熱爐中被快速加熱到 500左 右進入焦炭塔，為防止加熱爐管結(jié)焦， 爐出口的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率一樣不大于 10 （氣體和汽油的轉(zhuǎn)化率） ，大部分的反應(yīng)延遲到焦炭塔內(nèi)進行，原料進入焦 炭塔，在塔內(nèi)適宜的壓力、溫度和停留時刻的條件下發(fā)生裂解和縮合反應(yīng)， 裂解為吸熱反應(yīng)，縮合為放熱反應(yīng)，裂解的熱量除了來自原料渣油本身外 還有一部分由縮合反應(yīng)提供，縮合反應(yīng)生成的焦炭停留在塔內(nèi)，并由塔壁 向中心擴展，中心形成進料通道，在焦炭層以上為要緊反應(yīng)區(qū)，即泡沫層。 泡沫層分油相泡沫和氣相泡沫，氣相泡沫在上部，其密度約為30 100kg/m3，油相泡沫在焦層以上，其密度約為 100 700 kg/m

6、3，焦化反應(yīng)溫度即 為泡沫層溫度，一樣為 460 480，同時生焦率越高，該反應(yīng)溫度越高。 焦炭層也存在焦化反應(yīng) ,裂化生成的氣體自焦炭層益處 ,焦炭層的間隙率約 為:30%50%。使熱態(tài)的焦炭層高度高于冷態(tài)的焦炭高度。隨著原料的持續(xù)進入，產(chǎn)生的焦炭量增加，焦炭層高度增加，泡沫層也 隨之連續(xù)升高。塔內(nèi)反應(yīng)示意圖如下：由于泡沫層為反應(yīng)區(qū)，一樣不期望正在反應(yīng)的泡沫被油氣夾帶到焦炭 塔頂出口的大油氣管線和分餾塔，導(dǎo)致管線結(jié)焦和分餾塔內(nèi)結(jié)焦阻礙產(chǎn)品質(zhì)量。焦炭塔內(nèi)油氣的承諾氣速可用下式運算：m/s ; L 為輕相泡沫層密度， kg/m3 LV 為氣相泡沫層密度， kg/m3 K 為物性校正系數(shù)據(jù)資料報導(dǎo)

7、， 國外在焦炭塔內(nèi)不注入消泡劑時， 承諾氣速一樣為 0.11 0.17m/s。在使用消泡劑時，正常的設(shè)計油氣速度應(yīng)低于 0.12 0.21m/s。按 照承諾的油氣速度和焦炭塔內(nèi)的油氣流量即可確定焦炭塔的直徑，為減少 泡沫夾帶，新設(shè)計焦炭塔建議采納低的油氣速度，國內(nèi)設(shè)計焦炭塔內(nèi)的油 氣速度一樣低于 0.10 0.15m/s。焦炭塔內(nèi)的油氣體積流量除和渣油進料量有關(guān)外，與原料性質(zhì)、操作 條件也有緊密的關(guān)系。在確定焦炭塔的直徑往常應(yīng)第一確定焦炭塔的操作 條件和產(chǎn)品分布。渣油是以碳、氫、硫、氮、氧等為要緊元素的大分子烴 類，通常分為飽和烴、芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，瀝青質(zhì)含量高的渣油生焦率 較高，輕油收率較

8、低。產(chǎn)品分布一樣最終由試驗確定，在沒有實驗數(shù)據(jù)時 可參考下式估算：（1） 硫化氫收率 ,（2） 干氣收率 ,（3） LPG 收率 ,W%: H2S=0.25*SfW%: RG =3.5+0.1*CCRW%: LPG =3.3+0.044*CCR焦炭收率 , W%: COK=1.6*CCR石腦油收率 ,W%: Nao=11.38+0.335*CCR瓦斯油收率 ,W%: TGO=100-(H2S+RG+LPG+COK+ Nao)柴油收率 /瓦斯油收率 ,R=0.38+0.011*CCR-0.00031*CCR柴油收率 ,W%: LCGO=R*TGO蠟油收率 , W%: HCGO=TGO-LCGO

9、其中:CCR為渣油的康氏殘?zhí)浚?W%），Sf 為渣油的硫含量（ W%）。 當(dāng)原料性質(zhì)確定后，對生焦率和產(chǎn)品分布阻礙較大的要緊是循環(huán)比、 反應(yīng)溫度和壓力。循環(huán)比減少 10，生焦率一樣減少 1，同時焦化蠟油 收率增加，氣體、汽油、柴油收率下降。當(dāng)需要提升裝置的液體收率時一 樣采納降低循環(huán)比（ 0.150.25）或零循環(huán)比操作；當(dāng)需要多產(chǎn)焦化石腦油 和柴油時一樣采納較大循環(huán)比（ 0.25 0.45）操作；當(dāng)焦化蠟油無出路或需 要最大可能地生產(chǎn)乙烯原料時一樣采納大循環(huán)比（ 0.41.0）操作。循環(huán)比 越大，焦炭塔內(nèi)的油氣體積流量越大。提升焦化溫度可增產(chǎn)液體產(chǎn)品收率， 但基于焦化反應(yīng)的特點，反應(yīng)溫度（爐

10、出口溫度操縱）調(diào)整的幅度是專門 窄的，溫度過高會導(dǎo)致提早結(jié)焦，堵塞爐管、轉(zhuǎn)油線，阻礙開工周期，同 時易生成硬質(zhì)石油焦，使除焦困難；溫度過低導(dǎo)致熱量不足反應(yīng)深度不夠， 輕油收率降低，焦炭揮發(fā)分增大或產(chǎn)生焦油。一樣情形下是按照原料性質(zhì) 確定最佳的操作溫度，通常焦化爐出口溫度為 495 505，芳烴含量和瀝 青質(zhì)含量的比值較大時宜采納較高的爐出口溫度。采納低壓操作可改善焦 化產(chǎn)品分布， 在國內(nèi)外已普遍認可， 國內(nèi)焦炭塔頂操作壓力一樣為 0.15 0. 20Mpa，國外最低的達到 0.1 0.15Mpa。壓力降低一樣是提升蠟油的收率， 然而增大了焦炭塔的氣體體積流量，勢必使焦炭塔的塔徑加大，裝置的投

11、資增加，因此應(yīng)綜合設(shè)備投資、操作費用和產(chǎn)品分布等因素確定適宜的操 作壓力。另外焦化加熱爐的注汽注水量、在線清焦時的加熱爐吹汽量、四通閥 及切斷閥的汽封蒸汽量對焦炭塔的直徑確定也有一定的阻礙，一樣加熱爐 的注汽注水量按爐新奇進料的 1.0 1.5考慮，在線清焦時應(yīng)考慮減少渣油 進料，增加蒸汽量，蒸汽量可按 28t/h 考慮。焦炭塔底閥門的汽封量在采 納連續(xù)注入時應(yīng)考慮 0.51.0t/h 的蒸汽量。在差不多確定焦炭塔的直徑后，按照原料性質(zhì)、焦炭產(chǎn)率、生焦時刻、 泡沫層高度來確定焦炭塔的高度。焦炭產(chǎn)率和原料性質(zhì)、操作條件有關(guān)， 泡沫層高度和原料性質(zhì)、反應(yīng)溫度及壓力有關(guān)。當(dāng)在焦炭塔內(nèi)注入消泡劑 后，

12、泡沫層的高度一樣減少 50 70。當(dāng)單塔處理能力、原料性質(zhì)和操作 條件確定后，塔內(nèi)的焦層高度要緊確定于生焦時刻。目前國內(nèi)焦化裝置設(shè) 計的生焦時刻均為 24小時，國外焦化生焦時刻一樣為 1024小時，采納 1 6 小時的占大多數(shù)， 采納短的生焦時刻，能夠提升焦炭塔的利用率，或者同 等規(guī)模的焦炭塔的高度減少。在確定焦炭塔高度時應(yīng)留有一定的安全空高， 安全空高一樣為塔頂切線離泡沫層頂部的距離，國內(nèi)設(shè)計的焦炭塔一樣安 全空高大于等于 3 米，國外焦炭塔的安全空高一樣為 23米?？崭咴酱?，焦炭塔的利用率越低，但油氣在塔內(nèi)的停留時刻延長，對減少油氣線和分餾塔內(nèi)結(jié)焦有利?？崭叩倪\算公式如下：H空高H切V錐

13、/0.785D塔 H泡沫焦其中：H 切焦炭塔切線高度 , m；G 焦焦炭生焦速率 , kg/h ； 焦生焦時刻 , hr ； 焦塔內(nèi)焦炭堆密度 , kg/m3(800 900 kg/m3) ； V 錐焦炭塔錐體體積 , m3；D 塔焦炭塔直徑 , m ；H 泡沫泡沫層高度 , m。 通常所講的縮短生焦時刻能夠提升處理量，是提升了焦炭塔的利用率。 焦炭塔直徑和切線高度的關(guān)系 焦炭塔直徑和高度相互補充，當(dāng)裝置處理量、操作條件確定后，直徑 增大能夠降低高度，高度增加也能夠適當(dāng)減少塔徑。國內(nèi)在過去建設(shè)的焦 炭塔的直徑一樣為 5.4 6.4 米，其高徑比一樣為 3 4。最近建設(shè)的大直徑 焦炭塔的高徑比一

14、樣為 23。美國焦炭塔的高徑比一樣為 23。焦炭塔的直徑和高度受到水力除焦機械，設(shè)備設(shè)計、制造、運輸、吊 裝等的限制，不宜太大和太高，美國目前運行的最大焦炭塔的直徑為 9.14 米。建議在裝置處理量較大，采納一爐二塔使焦炭塔的直徑和高度專門龐 大時，采納縮短生焦時刻或二爐四塔或三爐六塔更為適宜 ,不能盲目的追求 設(shè)備大型化。2.2 塔體材料的選擇 焦炭塔的材質(zhì)選擇應(yīng)考慮焦化原料性質(zhì)、塔內(nèi)操作條件、焦炭塔的結(jié) 構(gòu)尺寸、裝置的建設(shè)投資。90 年代往常，國內(nèi)設(shè)計的焦炭塔的材質(zhì)大部分為 20g，因原料中硫含 量不高，設(shè)計的溫度及壓力較低，焦炭塔的直徑較小。通過近三十年的使 用體會表明，該材質(zhì)差不多滿足

15、生產(chǎn)要求，但也顯現(xiàn)了許多的咨詢題，要 緊表現(xiàn)在由于其耐熱性能差，使用一段時刻顯現(xiàn)塔體裂紋、鼓包和變形， 給生產(chǎn)帶來不安全因素。按照最新材料選擇標(biāo)準(zhǔn)，焦炭塔的材質(zhì)應(yīng)選用 20 R。目前針對小直徑焦炭塔，同時原料油中含硫量低，建設(shè)投資不高的情形 下，仍可采納 20R 作為焦炭塔的材料。采納碳鋼材料，設(shè)計溫度不能高于 375，實際上焦化原料進焦炭塔的溫度為 485495，由于生成的焦炭積 聚于塔壁，起到了隔熱作用， 實際測量焦炭塔塔體的最高溫度不高于 475； 設(shè)計壓力一樣低于 0.3Mpa，設(shè)計腐蝕裕度不小于 3mm，否則焦炭塔的壁厚 太大，給焦炭塔的制造、熱處理、施工安裝帶來一定的困難。當(dāng)焦炭塔

16、的 直徑較大和原料中硫含量較高時，焦炭塔若采納碳鋼材質(zhì)，其塔體的厚度 就會專門厚，不管從使用性能、設(shè)備制造、施工安裝、設(shè)備費用等方面均 不利。因此目前設(shè)計的大型化焦炭塔的材質(zhì)均采納 Cr-Mo 鋼。國內(nèi)近幾年 設(shè)計的焦炭塔的材質(zhì)大都為 15CrMoR。美國自 19801997 年大量使用 Cr- Mo 鋼， CrMo 鋼中經(jīng)常用的是 1Cr-1/2Mo，1 1/4Cr-1/2Mo 和 2 1/4Cr-1.0M o，1 1/4Cr-1/2Mo 鋼和 1Cr-1/2Mo 鋼相比，許用應(yīng)力高、對缺口敏銳性小、 耐熱性更好，但國內(nèi)應(yīng)用的還比較少。美國 Foster-wheeler公司為印度設(shè)計 的直徑

17、 29英尺的焦炭塔下部錐體采納 2 1/2Cr-1.0Mo 鋼，上部采納 1 1/4C r-1/2Mo 鋼。為提升焦炭塔的耐熱腐蝕性，焦炭塔上部經(jīng)常采納不銹鋼復(fù)合板，復(fù) 合層的厚度一樣為 3mm，復(fù)合層的材質(zhì)為 0Cr13Al 或 0Cr13，國內(nèi)焦炭塔 大部分采納 0Cr13Al ，據(jù)資料報導(dǎo)， 0Cr13Al 應(yīng)限制在 343以下使用，長 期處于 371538會使其變脆， 焦炭塔上部的溫度為 460左右， 應(yīng)采納 0 Cr13為好。美國 19801997年安裝的焦炭塔大部分采納 0Cr13作為復(fù)合層。 國內(nèi)新設(shè)計的茂名石化公司和齊魯石化公司的焦炭塔材質(zhì)采納的是 1 1/4Cr -1/2Mo

18、 鋼和 0Cr13 復(fù)合層。復(fù)合層的高度為從頂部至泡沫層下 200mm處， 實際上焦炭塔內(nèi)的泡沫層在持續(xù)變化，由底部逐步向上升高，按理應(yīng)全塔 采納復(fù)合板。但實際操作證明，生焦完成時的泡沫層及泡沫層以上塔體腐 蝕較嚴峻，估量是最高泡沫層以下焦炭塔受焦炭的愛護，同時越向下，受 愛護的時刻越長，未被愛護的上部塔體受高溫氣體腐蝕和沖蝕，在吹汽、 給水冷焦時，受酸性水的腐蝕，從而導(dǎo)致上部腐蝕較為嚴峻。當(dāng)焦炭塔采 納 CrMo 鋼及不銹鋼復(fù)合板后， 其耐熱性提升， 許用應(yīng)力增大、 耐腐蝕性增 強，在設(shè)計時應(yīng)考慮采納較高的溫度和壓力，使焦炭塔更習(xí)慣焦化裝置各 種工況操作的變化。2.3 焦炭塔的結(jié)構(gòu)形式 確定

19、焦炭塔的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)充分考慮焦炭塔的操作特點、使用壽命、安 全保證等方面的因素。焦炭塔盡管是一個空筒設(shè)備，但其結(jié)構(gòu)型式、開口 嘴子的設(shè)計也有多種型式。在上世紀六、七十年代和八十年代初，國內(nèi)設(shè) 計的焦炭塔均設(shè)有堵焦閥，裝置開工預(yù)熱和正常操作時焦炭塔的預(yù)熱介質(zhì) 自堵焦閥進入，油品自塔底由甩油泵抽出，油氣自塔頂進入分餾塔，由于 堵焦閥處塔體受熱不均產(chǎn)生裂紋和變形以及經(jīng)常由于甩油不凈導(dǎo)致?lián)Q塔時 塔內(nèi)突沸沖塔， 80 年代以后國內(nèi)設(shè)計的焦炭塔均取消了堵焦閥，并增設(shè)了 甩油罐。油氣預(yù)熱利用塔頂?shù)拇笸咚咕€，開工循環(huán)利用安全閥線或單獨設(shè) 置的開工循環(huán)線。塔頂油氣出口線過去自鉆焦口法蘭下接出，現(xiàn)在一樣單 獨設(shè)油氣

20、出口，同時急冷油入口斜向下安裝在油氣出口法蘭以下或上部的 管線上。另外目前在設(shè)置開口時均考慮自焦炭塔頂打入消泡劑和注入煉油 廠的污泥或含水污油。實踐證明現(xiàn)在的改進措施，均有利于焦炭塔的靈活 操作，對減少塔出口結(jié)焦也十分有效。焦炭塔的裙座結(jié)構(gòu)也正在持續(xù)改進，由過去的對接型式和搭接型式逐 步進展為堆焊型式和整體鍛焊型式， 四種結(jié)構(gòu)型式的運算疲勞壽命分別是 5 98、478、5503、10704周期。在有條件的情形下，為了盡量延長焦炭塔的 疲勞壽命，應(yīng)優(yōu)先考慮采納整體鍛焊結(jié)構(gòu)。另外，焦炭塔裙座采納蒸汽加 熱措施對延長焦炭塔的壽命也有一定的好處。過去焦炭塔頂封頭均采納球 形封頭，為了在焦炭塔高度不變的

21、情形下提升其利用率，增加焦炭塔的容 積，國內(nèi)目前大都采納橢圓封頭，針對 8400×21000mm 的球型封頭焦炭 塔，若改為橢圓封頭，在總高度不變的條件下，其切線長度約能夠增加到 2 3100mm，焦炭塔的筒體容積增加 33.8m3，對增加焦炭塔的處理能力十分有 利。按照焦炭塔的使用體會，焦炭塔的頂部鉆焦口和底部出焦口的法蘭容 易發(fā)生火災(zāi)， 這要緊是由于該法蘭的設(shè)計壓力較低 （一樣為 1.6Mpa）、經(jīng)常 人工拆裝、金屬墊片只是關(guān)、內(nèi)部操作介質(zhì)溫度高所致。為了幸免該類事 件的發(fā)生，應(yīng)考慮采納合理的法蘭結(jié)構(gòu)型式、質(zhì)量可靠的金屬墊片，除焦 口在拆卸法蘭和裝配法蘭時應(yīng)科學(xué)、精心操作，另外在

22、法蘭易泄漏部分設(shè) 消防蒸汽環(huán)管，一旦油氣外泄漏著火，操作人員也能夠及時對其熄火。焦炭塔的料位計和塔壁測溫點的設(shè)置也是焦炭塔設(shè)計應(yīng)考慮的因素。 設(shè)置料位計的要緊目的是觀看焦炭塔內(nèi)泡沫層和焦層的所處位置，有助于 及時確定注入消泡劑和停止工藝進料，對提升焦炭塔的利用率，指導(dǎo)焦化 工藝操作、節(jié)約能耗和消泡劑耗量專門有利。目前國內(nèi)采納的大部分是國 產(chǎn)的中子料位計，其使用的中子源活度為 50 毫居，相應(yīng)輻射劑量為距源點 1 米處，中子及 射線總輻射劑量小于 1.6×10-6 希沃特時。其工作原理 是中子源發(fā)出快中子，穿過塔壁和塔內(nèi)介質(zhì)，由于塔內(nèi)介質(zhì)中的氣體、泡 沫層、焦炭的碳氫比不同，對中子的吸

23、取慢化不同，塔外壁接收到的中子通量也不同。測量在此中子通量及其隨時刻的變化，則能夠確定塔內(nèi)物料 的相對密度的大小及其變化，由此判定物料狀態(tài)是油氣、泡沫依舊焦炭。 通常每個焦炭塔設(shè)置料位計 14 點不等，設(shè) 3點的較多。三個點的設(shè)置位 置應(yīng)按照生焦率、進料量、生焦時刻、泡沫層高度確定。每檢測點由中子 源、檢測器、電子線路、主控室接口及二控 PC 數(shù)據(jù)處理、顯示系統(tǒng)等構(gòu)成。 塔上部件均有效地密封在防火、防水、防電磁干擾的外殼內(nèi)，并安裝在塔 壁外的支架上，在塔體設(shè)計時應(yīng)考慮料位計的安裝位置及結(jié)構(gòu)形式。上述 料位計每一檢測點只能檢測塔內(nèi)某一點的料位，另外一種料位計點發(fā)射源 和接收器在焦炭塔相對的兩側(cè)，

24、發(fā)射源發(fā)射的射線是水平向下約 30o 的扇 面，其對面的是長約 23 米的棒形接收器，該料位計能夠在一定范疇內(nèi)連 續(xù)檢測塔內(nèi)的料位，若采納該類型料位計，在焦炭塔設(shè)計時應(yīng)考慮在塔的 兩側(cè)設(shè)計安裝料位計支架。焦炭塔塔壁溫度的變化差不多也能夠判定焦層、泡沫層的位置，該措 施在國內(nèi)外也得到普遍應(yīng)用。按照焦炭塔內(nèi)的反應(yīng)模式，泡沫層區(qū)的塔壁 溫度最高，焦層區(qū)由于焦炭的隔熱作用，塔壁溫度比進料溫度低，氣相區(qū) 由于氣體的溫度低且傳熱較差，導(dǎo)致塔壁溫度比反應(yīng)區(qū)溫度也低。按照不 同點塔壁溫度的變化，由低到高再到低來確定泡沫層是否差不多過此點。 另外塔壁溫度的設(shè)置對焦炭塔的吹汽、給水、油氣預(yù)熱過程也有一定的指 導(dǎo)作

25、用。測溫點的熱電偶和塔壁應(yīng)有效接觸，采納埋置式較合理，在焦炭 塔的制造過程中就要預(yù)放焊接板。2.4 焦炭塔的制造、熱處理、安裝和試壓 焦炭塔的制造從煉鋼開始，當(dāng)焦炭塔的規(guī)格及材質(zhì)確定后，向煉鋼廠 提出要求，冶煉符合設(shè)計要求的鋼板，國內(nèi)大型煉鋼廠均能夠生產(chǎn)滿足要 求的焦炭塔鋼板，復(fù)合板由專門的復(fù)合板制造廠生產(chǎn)。焦炭塔裙座采納整 體鍛件結(jié)構(gòu)時，應(yīng)在制造廠事先鍛造完成，整體運到現(xiàn)場，針對大直徑的 焦炭塔應(yīng)充分考慮其運輸?shù)碾y度。采納堆焊結(jié)構(gòu)可現(xiàn)場焊接。焦炭塔體一 樣采納分克制造現(xiàn)場組裝的安裝方法，能夠在地面組裝完畢，整體吊裝就 住，也能夠分塊吊裝現(xiàn)場焊接。當(dāng)焦炭塔采納鉻鉬鋼或較大壁厚碳鋼時， 均應(yīng)熱處

26、理，能夠分段在制造廠進行熱處理，現(xiàn)場組裝焊接后對焊縫進行 局部熱處理；也能夠分段運到現(xiàn)場，在現(xiàn)場熱處理爐進行熱處理，在組焊 后局部熱處理。 焦炭塔使用前的試壓應(yīng)采納水， 試壓水可由冷焦水泵送入 在正常操作時試壓一樣采納蒸汽試壓 ,試驗壓力應(yīng)考慮溫度的阻礙。3. 焦炭塔有關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計 在設(shè)計焦炭塔時應(yīng)充分考慮其有關(guān)系統(tǒng)，要緊是吹汽放空、給水冷焦 及冷焦水處理、水力除焦及切焦水處理、油氣預(yù)熱等和焦炭塔操作緊密有 關(guān)的系統(tǒng)。焦炭塔的進料來自焦化加熱爐，加熱爐為連續(xù)操作，焦化油通過四通 閥連續(xù)送至焦炭塔 A 或 B，四通閥和四通閥兩側(cè)的球型隔斷閥實行聯(lián)鎖操 縱操作，焦炭塔為間斷進料，其進料時刻即為生焦

27、時刻，在一個塔的生焦 時刻內(nèi)，另一個必須通過處理后達到生焦條件。一個焦炭塔兩次開始進料 的時刻間隔為焦炭塔的操作周期。焦炭塔的操作周期一樣為 2472 小時 下表為焦炭塔不同操作周的操作情形。操作過程h 操作周期 ,h生 焦 h切 換 塔 h小 吹 汽 h大 吹 汽 h小 給 水 h大 給 水 h排 水 h頂?shù)?頭蓋 拆卸 h除 焦 h頂?shù)?頭蓋 安裝h試 壓 h塔預(yù) 熱升 溫h閑置 h36180.50.51.51.03.52.00.53.50.50.53.50.548240.50.52.02.54.03.50.54.00.50.54.51.024120.20.31.00.82.52.00.2

28、2.50.20.32.0072360.50.52.03.05.54.50.54.00.50.56.58.0由上表能夠看出，操作周期不同，焦炭塔處理的每一個步驟需要的時刻不同，若達到同樣的處理成效，操作自動化程度、吹入蒸汽的流量、冷 焦水的流量、切焦水壓力和流量、油氣預(yù)熱流量不同，其相應(yīng)系統(tǒng)的配置 也有較大的差別。因此在確定生焦周期時應(yīng)慎重考慮。采納較短的生焦時 刻可體現(xiàn)裝置的設(shè)計水平，美國經(jīng)常采納的是 1618 小時，而國內(nèi)差不多 上采納 24 小時。這不僅和操作治理及工作制度有關(guān)，而且和焦炭塔的設(shè)計 及配套系統(tǒng)有關(guān)，在設(shè)計焦炭塔時應(yīng)分別給于考慮。3.1 吹汽放空系統(tǒng) 焦炭塔停止生焦以后，未反

29、應(yīng)的渣油和反應(yīng)生成的部分油氣停留在焦 炭塔內(nèi)，若不去除將阻礙焦炭的質(zhì)量和增加冷焦水中的油含量。通常先少 量吹入蒸汽，從滿焦的焦炭塔汽提輕質(zhì)油品至焦化分餾塔，小吹汽的蒸汽 量和焦炭塔的直徑、生焦時刻有關(guān)，在生焦時刻短，焦炭塔直徑大的情形 下，要使焦炭塔中的輕油充分吹出 ,應(yīng)加大蒸汽量 ,但蒸汽量的增加將受到分 餾塔設(shè)計的限制， 一樣為 1.5 3.0t/h。小吹汽后， 焦炭塔內(nèi)仍舊存在許多重 質(zhì)污油，應(yīng)該用大量蒸汽進行汽提，蒸汽量一樣為 1020t/h，視塔徑不同 而定，現(xiàn)在再進分餾塔，將阻礙分餾塔的操作。因此在焦化裝置設(shè)置吹汽 放空系統(tǒng)，專門處理焦炭塔大吹汽時吹出的油汽和給水冷焦時產(chǎn)生的含油

30、蒸汽。國內(nèi)的吹汽放空系統(tǒng)一樣設(shè)計為密閉的油吸取式放空系統(tǒng)，該系統(tǒng) 是用焦化蠟油吸取油汽中的污油，用空冷器或水冷器冷凝未被吸取的蒸汽 及輕質(zhì)油氣，該系統(tǒng)不僅減少了環(huán)境污染，而且回收了大量的污油和污水。 放空塔的設(shè)計和大吹汽的蒸汽量有關(guān)，最大空塔氣速以吸取油品不被蒸汽 夾帶為原則，放空塔塔徑按照蒸汽及油氣流量和承諾空塔氣速確定，吸取 及換熱擋板按照入口蒸汽中含油量和換熱量確定。國內(nèi)外一樣采納擋板作 為吸取換熱板，擋板數(shù)量為 816 層。在確定焦炭塔直徑的同時應(yīng)考慮放 空塔直徑和放空系統(tǒng)的冷凝冷卻器的設(shè)計。大直徑的焦炭塔和短的生焦時 刻，需要的汽提蒸汽量大，配套的放空塔及冷凝冷卻器也應(yīng)該加大。3.2

31、 給水冷焦及冷焦水處理系統(tǒng) 在焦炭塔拆卸塔頂?shù)咨w往常，必須把焦炭塔冷卻到焦炭的自燃點以下 或更低，幸免打開塔頂?shù)咨w后發(fā)生焦炭自燃和大量油汽外出阻礙環(huán)境。通 常是向塔內(nèi)通入少量的水 （約 1020t/h），水在塔內(nèi)汽化吸熱冷卻焦炭， 產(chǎn) 生的蒸汽排至放空系統(tǒng)進行處理，再向塔內(nèi)大量給水（ 200 400t/h），使焦 炭塔充滿并溢流， 冷卻焦炭至 100以下， 然后自底部排水至冷焦水處理系 統(tǒng)。焦炭塔的設(shè)計應(yīng)考慮給水冷焦，給水冷焦的操作條件又決定著冷焦水 處理系統(tǒng)的設(shè)計。焦炭塔直徑越大，徑向焦層厚度增加，塔壁處焦炭不易 被冷卻，另外焦炭塔體積增大，充滿焦炭塔需要的冷卻水量增加，因此冷 焦水的給水量

32、和冷卻時刻應(yīng)適當(dāng)延長。冷焦水處理系統(tǒng)應(yīng)該考慮加大冷焦 水熱水和冷水的貯罐或貯水池，滿足一次冷焦使用，冷焦水冷水泵和熱水 泵也應(yīng)考慮選用大流量泵，保證能在規(guī)定的時刻內(nèi)充滿焦炭塔。冷焦水處 理系統(tǒng)的旋流除油器、冷卻器能夠考慮延長操作時刻，不一定按焦炭塔塔 徑的增加而選用的太大。焦炭塔的給水線專門是放水線應(yīng)加大直徑，幸免 放水時刻太長。在冷焦操作時，經(jīng)常顯現(xiàn)大吹汽后小給水時，焦炭未硬結(jié) 塌落，導(dǎo)致給水不暢通，有的煉油廠采納先大給水使通道的焦炭固化，再 由小給水過渡到大給水，成效比較明顯。焦炭塔的最大操作荷重應(yīng)考慮冷焦操作，因為冷焦操作時焦炭塔內(nèi)充 滿水，水中有焦炭，焦炭的真比重大于水，最大操作荷重為

33、水的重量加焦 炭的重量。3.3 水力除焦及切焦水處理 水力除焦及切焦水處理系統(tǒng)要緊包括高壓水泵、操縱閥、高壓膠管、 鉆桿、切焦器、鉆機絞車、塔底蓋裝卸機、焦炭抓斗、切焦水沉淀池、切 焦水貯水罐（或貯水池）等。上述設(shè)備的設(shè)計及選型應(yīng)和焦炭塔的設(shè)計相 配套。高壓水泵的壓力和流量和焦炭塔內(nèi)的生焦量、焦炭塔直徑、焦炭硬 度和切焦時刻有關(guān)，一樣情形下生焦量大、切焦時刻要求的短、焦炭硬、 焦炭塔直徑大要求的切焦水的壓力和流量就大。國內(nèi)高壓水泵出口壓力、 流量和塔徑的關(guān)系見下表：焦炭塔直徑高壓水泵出口壓力 Mpa高壓水泵流量 m3/h540015.0150 160600018.0180 190610018.

34、0180 190640020.0190 200680021.0200 210840028.5250 270 880030.0260 280940033.0300 310按照國外資料介紹， 焦炭塔每米直徑， 需要的水壓約為 2.72Mpa，美國 休斯頓某煉油廠焦炭塔直徑為 7.42 米，選用的高壓水泵壓力為 22.8Mpa。 在給定的壓力下，沖擊力和流量成正比，焦炭塔直徑增加，切焦水流量也 應(yīng)加大。國內(nèi)設(shè)計焦炭塔每米直徑需要的水壓約為 2.73.5Mpa，同時直徑 越大，平均每米需要的水流量變化不大。高壓膠管、操縱閥、鉆桿、切焦 器的設(shè)計壓力應(yīng)按高壓水泵最高出口壓力考慮，目前國產(chǎn)的該類設(shè)備的耐

35、壓均超過 42Mpa，完全能夠滿足使用要求。鉆機絞車、操縱閥、高壓水泵、高壓水切斷閥等的聯(lián)鎖操縱操作也是 焦炭塔輔助系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容之一，該系統(tǒng)采納 PLC 測定鉆桿位置、鉆桿轉(zhuǎn) 速、除焦水壓力、鋼絲繩拉力等并顯示其數(shù)值，通過程序操縱實現(xiàn)除焦過 程的安全操作。塔底蓋裝卸機和焦炭塔下出焦口的高度及大小有關(guān)，目前 國內(nèi) 5400 6800的焦炭塔下出焦口為 1600，84008800 的焦炭 塔下出焦口為 1800。更大直徑的焦炭塔應(yīng)采納更大的出焦口，保證焦炭 的順利流出，底蓋裝卸機的設(shè)計也應(yīng)重新考慮。為縮短塔頂?shù)咨w的拆裝時 刻、降低勞動強度，應(yīng)逐步考慮采納自動卸蓋機，國外已有成熟的技術(shù)， 國內(nèi)正在

36、研究開發(fā)當(dāng)中。焦炭抓斗的大小和除焦速度有關(guān)，大直徑焦炭生焦量多，同樣的除焦 時刻，單位時刻內(nèi)除焦量大，抓斗應(yīng)及時把除下的焦炭抓走，因此應(yīng)考慮 選用抓吊量大的抓斗吊車。切焦水沉淀池的設(shè)計和切焦水的流速及停留時刻有關(guān)，通常要求處理 后切焦水中焦粉含量應(yīng)小于 500ppm，切焦水流量增加，達到同樣的處理成 效應(yīng)延長停留時刻，因此應(yīng)考慮適當(dāng)加大切焦水沉淀池或設(shè)切焦水過濾器。切焦水貯罐是高壓水泵的進料緩沖罐，其大小應(yīng)滿足一次切焦用水的 要求，高壓水泵需要的汽蝕余量（ NPSHR），對該罐的設(shè)計也有阻礙，焦炭 塔直徑越大，一次切焦水耗量越多，高壓水泵流量越大，泵的汽蝕余量越 大，因此設(shè)計切焦水貯罐時應(yīng)考慮

37、適當(dāng)加大直徑和增加高度。3.4 焦炭塔的油氣預(yù)熱系統(tǒng) 焦炭塔在切換新的進料往常，必須進行蒸汽試壓和油氣預(yù)熱，通常預(yù) 熱到 300以上。其要緊目的是使塔體逐步預(yù)熱升溫， 防止塔體由于溫差太 大、疲勞壽命減少使塔體變形和防止由于龐大的塔體吸熱、降低初始反應(yīng) 溫度而產(chǎn)生出較軟的焦炭。焦炭塔的預(yù)熱時刻和焦炭塔的大小及預(yù)熱油氣 量有關(guān)，焦炭塔越大，在一定的時刻內(nèi)完成塔體預(yù)熱需要的油氣量越多。 焦炭塔的油氣預(yù)熱是把生產(chǎn)塔的油氣通過焦炭塔頂出口油氣線引至預(yù)熱 塔，被冷凝冷卻的油氣混合物自塔底轉(zhuǎn)油線進入甩油罐（氣液分離罐） ，未 凝油氣返回分餾塔，凝縮油的溫度、流量和組成隨著預(yù)熱的時刻進程而變 化，前期溫度低、含水較多，后期溫度較高、油品較重。煉油廠通常把含 水的凝縮油（200）經(jīng)冷卻后送至污油罐， 而把高溫的凝縮油 （200） 直截了當(dāng)送到分餾塔下部回?zé)挕Ｔ诮固克O(shè)計時應(yīng)考慮油氣預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)備 及閥門的大小。一樣而言，焦炭塔直徑越大，油氣線上的閥門越大，甩油 罐及甩油泵越大，焦炭塔的油氣預(yù)熱對分餾塔熱平穩(wěn)及物料平穩(wěn)的阻礙也 越大。油氣管線上的電動球閥或氣動球閥應(yīng)考慮可調(diào)劑，平穩(wěn)兩路氣體的 壓力，操縱適宜的預(yù)熱速度。3.5 利用焦炭塔處理煉油廠的污油、污泥和浮渣 為減