焦炭塔設(shè)計應(yīng)考慮的幾個問題[詳細(xì)]

1、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.一般情況下新建和擴建延遲焦化裝置的主要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,提高催化汽油、柴油的質(zhì)量;提高作為優(yōu)質(zhì)乙烯裂解原料-焦化石

2、腦油的產(chǎn)量;增產(chǎn)高十六烷值柴油,提高煉油廠的柴汽比;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,無論是延遲焦化工藝技術(shù)水平,還是設(shè)備技術(shù)水平均有了 較大的提高,主要體現(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、自動化水平提高、操作靈活性提高、產(chǎn)品質(zhì)量提高、環(huán)境污染減少.延遲焦化裝置的主要設(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,其中焦化加熱爐被認(rèn)為是焦化裝置的關(guān)鍵設(shè)備,

3、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).雖然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)充分考慮與之相關(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)計主要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 主要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主要參數(shù),目前國內(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

4、量(萬噸/年)焦炭塔規(guī)格(米米)建設(shè)時間操作循環(huán)比12030540018000(切)50年代至70年代1.31.424050610021000(切)80年代至90年代1.31.43100120840021000(切)90年代末1.151.354130140880027000(切)21世紀(jì)初1.151.255150170940026500(切)21世紀(jì)初1.151.25焦炭塔的單塔處理量越大,要求的焦炭塔直徑越大,這主要是由焦炭塔塔內(nèi)的允許氣速決定的.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)化率一般不大于10(氣體和汽油的轉(zhuǎn)化率),大部分的反應(yīng)延

5、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 和停留時間的條件下發(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,在焦炭層以上為主要反應(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30100千克/米3,油相泡沫在焦層以上,其密度 約為100700 千克/米3,焦化反應(yīng)溫度 即為泡沫層溫度 ,一般為460480,并且生焦率越高,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,焦炭層的空隙率約為:30%50%.使

6、熱態(tài)的焦炭層高度 高于冷態(tài)的焦炭高度 .隨著原料的不斷進入,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),一般不希望正在反應(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)焦影響產(chǎn)品質(zhì)量.焦炭塔內(nèi)油氣的允許氣速可用下式計算:其中Uc為塔內(nèi)允許氣相線速,米/s ; L為輕相泡沫層密度 ,千克/米3 ; LV為氣相泡沫層密度 ,千克/米3. K 為物性校正系數(shù)據(jù)資料報導(dǎo),國外在焦炭塔內(nèi)不注入消泡劑時,允許氣速一般為0.110.17米/s.在使用消泡劑時,正常的設(shè)計油氣速度 應(yīng)低于0.120.21米/s.根據(jù)允許的油氣速

7、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)計焦炭塔建議采用低的油氣速度 ,國內(nèi)設(shè)計焦炭塔內(nèi)的油氣速度 一般低于0.100.15米/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)、操作條件也有密切的關(guān)系.在確定焦炭塔的直徑以前應(yīng)首先確定焦炭塔的操作條件和產(chǎn)品分布.渣油是以碳、氫、硫、氮、氧等為主要元素的大分子烴類,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,輕油收率較低.產(chǎn)品分布一般最終由試驗確定,在沒有實驗數(shù)據(jù)時可參考下式估算:(1) 硫化氫收率, W%: H2S=0.25*Sf(2) 干氣收率, W%: RG =3.5+0.1*CCR

8、(3) LPG收率, W%: LPG =3.3+0.044*CCR(4) 焦炭收率, W%: COK=1.6*CCR (5) 石腦油收率, W%: Nao=11.38+0.335*CCR(6) 瓦斯油收率, W%: TGO=100-(H2S+RG+LPG+COK+ Nao)(7) 柴油收率/瓦斯油收率,R=0.38+0.011*CCR-0.00031*CCR(8) 柴油收率, W%: LCGO=R*TGO(9) 蠟油收率, W%: HCGO=TGO-LCGO其中:CCR為渣油的康氏殘?zhí)?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)品分布影響較大的主要是循環(huán)比、反應(yīng)溫度 和

9、壓力.循環(huán)比減少10,生焦率一般減少1,同時焦化蠟油收率增加,氣體、汽油、柴油收率下降.當(dāng)需要提高裝置的液體收率時一般采用降低循環(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般采用較大循環(huán)比(0.250.45)操作;當(dāng)焦化蠟油無出路或需要最大可能地生產(chǎn)乙烯原料時一般采用大循環(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.提高焦化溫度 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 (爐出口溫度 控制)調(diào)整的幅度 是很窄的,溫度 過高會導(dǎo)致提前結(jié)焦,堵塞爐管、轉(zhuǎn)油線,影響開工周期,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

10、,輕油收率降低,焦炭揮發(fā)分增大或產(chǎn)生焦油.一般情況下是根據(jù)原料性質(zhì)確定最佳的操作溫度 ,通常焦化爐出口溫度 為495505,芳烴含量和瀝青質(zhì)含量的比值較大時宜采用較高的爐出口溫度 .采用低壓操作可改善焦化產(chǎn)品分布,在國內(nèi)外已普遍認(rèn)可,國內(nèi)焦炭塔頂操作壓力一般為0.150.20米pa,國外最低的達到0.10.15米pa.壓力降低一般是提高蠟油的收率,但是增大了 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影響

11、,一般加熱爐的注汽注水量按爐新鮮進料的1.01.5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用連續(xù)注入時應(yīng)考慮0.51.0t/h的蒸汽量.在基本確定焦炭塔的直徑后,根據(jù)原料性質(zhì)、焦炭產(chǎn)率、生焦時間、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,泡沫層的高度 一般減少5070.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 主要確定于生焦時間.目前國內(nèi)焦化裝置設(shè)計的生焦時間均為24小時,國外焦化生焦時間一般為1024小時,采用16小時的占

12、大多數(shù),采用短的生焦時間,可以提高焦炭塔的利用率,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,安全空高一般為塔頂切線離泡沫層頂部的距離,國內(nèi)設(shè)計的焦炭塔一般安全空高大于等于3米,國外焦炭塔的安全空高一般為23米.空高越大,焦炭塔的利用率越低,但油氣在塔內(nèi)的停留時間延長,對減少油氣線和分餾塔內(nèi)結(jié)焦有利.空高的計算公式如下:其中:H切焦炭塔切線高度 , 米; G焦焦炭生焦速率, 千克/h; 焦生焦時間, hr; 焦塔內(nèi)焦炭堆密度 , 千克/米3(800900 千克/米3); V錐焦炭塔錐體體積, 米3; D塔焦炭塔直徑, 米; H泡沫泡沫層高度 , 米.通常所說的縮

13、短生焦時間可以提高處理量,是提高了 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,直徑增大可以降低高度 ,高度 增加也可以適當(dāng)減少塔徑.國內(nèi)在過去建設(shè)的焦炭塔的直徑一般為5.46.4米,其高徑比一般為34.最近建設(shè)的大直徑焦炭塔的高徑比一般為23.美國焦炭塔的高徑比一般為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,采用一爐二塔使焦炭塔的直徑和高度 特別龐大時,采用縮短生焦時間或二爐四塔或三爐六塔更為適宜,不能盲目的追求設(shè)備

14、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年代以前,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經(jīng)驗表明,該材質(zhì)基本滿足生產(chǎn)要求,但也出現(xiàn)了 不少的問題,主要表現(xiàn)在由于其耐熱性能差,使用一段時間出現(xiàn)塔體裂紋、鼓包和變形,給生產(chǎn)帶來不安全因素.根據(jù)最新材料選擇標(biāo)準(zhǔn),焦炭塔的材質(zhì)應(yīng)選用20R.目前針對小直徑焦炭塔,并且原料油中含硫量低,建設(shè)投資不高的情況下,仍可采用20R作為焦炭塔的材料.采用碳鋼材料,設(shè)計溫度 不能高于375,實際上焦化原料進焦炭塔

15、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)計壓力一般低于0.3米pa,設(shè)計腐蝕裕度 不小于3米米,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)焦炭塔的直徑較大和原料中硫含量較高時,焦炭塔若采用碳鋼材質(zhì),其塔體的厚度 就會很厚,無論從使用性能、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)均采用Cr-米o鋼.國內(nèi)近幾年設(shè)計的焦炭塔的材質(zhì)大都為15Cr米oR.美國自19801997年大量使用Cr-米o鋼,Cr米o鋼中經(jīng)常用的是1Cr-1/2米o,1 1/4Cr-1/2米o

16、和2 1/4Cr-1.0米o,1 1/4Cr-1/2米o鋼和1Cr-1/2米o鋼相比,許用應(yīng)力高、對缺口敏感性小、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29英尺的焦炭塔下部錐體采用2 1/2Cr-1.0米o鋼,上部采用1 1/4Cr-1/2米o鋼.為提高焦炭塔的耐熱腐蝕性,焦炭塔上部經(jīng)常采用不銹鋼復(fù)合板,復(fù)合層的厚度 一般為3米米,復(fù)合層的材質(zhì)為0Cr13Al或0Cr13,國內(nèi)焦炭塔大部分采用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)采用0Cr13為好.美

17、國19801997年安裝的焦炭塔大部分采用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)采用的是1 1/4Cr-1/2米o鋼和0Cr13復(fù)合層.復(fù)合層的高度 為從頂部至泡沫層下200米米處,實際上焦炭塔內(nèi)的泡沫層在不斷變化,由底部逐漸向上升高,按理應(yīng)全塔采用復(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(yán)重,估計是最高泡沫層以下焦炭塔受焦炭的保護,并且越向下,受保護的時間越長,未被保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(yán)重.當(dāng)焦炭塔采用Cr米o鋼及不銹鋼復(fù)合板后,其耐熱性提高,許用應(yīng)力增大、耐腐蝕

18、性增強,在設(shè)計時應(yīng)考慮采用較高的溫度 和壓力,使焦炭塔更適應(yīng)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、安全保障等方面的因素.焦炭塔雖然是一個空筒設(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(jì)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

19、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)在一般單獨設(shè)油氣出口,并且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)也正在不斷改進,由過去的對接型式和搭接型式逐步發(fā)展為堆焊型式和整體鍛焊型式,四種結(jié)構(gòu)型式的計算疲勞壽命分別是598、478、5503、10704周期.在有條件的情況下,為了 盡量延長焦炭塔的疲勞壽命,應(yīng)優(yōu)先考慮采用整體鍛焊結(jié)構(gòu).另外,焦炭塔裙座采用蒸汽加熱措施對延長焦

20、炭塔的壽命也有一定的好處.過去焦炭塔頂封頭均采用球形封頭,為了 在焦炭塔高度 不變的情況下提高其利用率,增加焦炭塔的容積,國內(nèi)目前大都采用橢圓封頭,針對840021000米米的球型封頭焦炭塔,若改為橢圓封頭,在總高度 不變的條件下,其切線長度 約可以增加到23100米米,焦炭塔的筒體容積增加33.8米3,對增加焦炭塔的處理能力十分有利.根據(jù)焦炭塔的使用經(jīng)驗,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),這主要是由于該法蘭的設(shè)計壓力較低(一般為1.6米pa)、經(jīng)常人工拆裝、金屬墊片不過關(guān)、內(nèi)部操作介質(zhì)溫度 高所致.為了 避免該類事件的發(fā)生,應(yīng)考慮采用合理的法蘭結(jié)構(gòu)型式、質(zhì)量可靠的金屬墊片,除

21、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)置料位計的主要目的是觀察焦炭塔內(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,對提高焦炭塔的利用率,指導(dǎo)焦化工藝操作、節(jié)約能耗和消泡劑耗量非常有利.目前國內(nèi)采用的大部分是國產(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1.610-6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?xì)浔炔煌?/p>

22、,對中子的吸收慢化不同,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間的變化,則可以確定塔內(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、泡沫還是焦炭.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)根據(jù)生焦率、進料量、生焦時間、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),發(fā)射源發(fā)射

23、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,該料位計可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)檢測塔內(nèi)的料位,若采用該類型料位計,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 的變化基本也可以判斷焦層、泡沫層的位置,該措施在國內(nèi)外也得到普遍應(yīng)用.根據(jù)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.根據(jù)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已經(jīng)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)作用.測溫點的熱電偶和塔

24、壁應(yīng)有效接觸,采用埋置式較合理,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)大型煉鋼廠均可以生產(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).焦炭塔裙座采用整體鍛件結(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 .采用堆焊結(jié)構(gòu)可現(xiàn)場焊接.焦炭塔體一般采用分節(jié)制造現(xiàn)場組裝的安裝方法,可以在地面組裝完畢,整體吊裝就住,也可以分塊吊裝現(xiàn)場焊接.當(dāng)焦炭塔采用鉻鉬鋼或較大壁厚碳鋼時,均應(yīng)熱處理,可以分段在制造廠進行熱處理,現(xiàn)場組

25、裝焊接后對焊縫進行局部熱處理;也可以分段運到現(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)采用水,試壓水可由冷焦水泵送入, 在正常操作時試壓一般采用蒸汽試壓,試驗壓力應(yīng)考慮溫度 的影響.3. 焦炭塔相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計在設(shè)計焦炭塔時應(yīng)充分考慮其相關(guān)系統(tǒng),主要是吹汽放空、給水冷焦及冷焦水處理、水力除焦及切焦水處理、油氣預(yù)熱等和焦炭塔操作密切相關(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)鎖控制操作,焦炭塔為間斷進料,其進料時間即為生焦時間,在一個塔的生焦時間內(nèi),另一個必須經(jīng)過處理后達到生焦條件

26、.一個焦炭塔兩次開始進料的時間間隔為焦炭塔的操作周期.焦炭塔的操作周期一般為2472小時.下表為焦炭塔不同操作周的操作情況. 操作過程操作周期,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)最^蓋拆 卸h除焦h頂?shù)最^蓋安裝h試壓h塔預(yù)熱升溫h閑置h36180.50.51.51.03.52.00.53.50.50.53.50.548240.50.52.02.54.03.50.54.00.50.54.51.024120.20.31.00.82.52.00.22.50.20.32.0072360.50.52.03.05.54.50.54.00.50.56.58.0由上表可以看出,操作周期不

27、同,焦炭塔處理的每一個步驟需要的時間不同,若達到同樣的處理效果,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.采用較短的生焦時間可體現(xiàn)裝置的設(shè)計水平,美國經(jīng)常采用的是1618小時,而國內(nèi)都是采用24小時.這不僅和操作管理及工作制度 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),若不去除將影響焦炭的質(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,

28、小吹汽的蒸汽量和焦炭塔的直徑、生焦時間有關(guān),在生焦時間短,焦炭塔直徑大的情況下,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,一般為1.53.0t/h.小吹汽后,焦炭塔內(nèi)仍然存在許多重質(zhì)污油,應(yīng)該用大量蒸汽進行汽提,蒸汽量一般為1020t/h,視塔徑不同而定,此時再進分餾塔,將影響分餾塔的操作.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)生的含油蒸汽.國內(nèi)的吹汽放空系統(tǒng)一般設(shè)計為密閉的油吸收式放空系統(tǒng),該系統(tǒng)是用焦化蠟油吸收油汽中的污油,用空冷器或水冷器冷凝未被吸收的蒸汽及輕質(zhì)油氣,該系統(tǒng)不僅減少了 環(huán)境污染,而且回收了 大量

29、的污油和污水.放空塔的設(shè)計和大吹汽的蒸汽量有關(guān),最大空塔氣速以吸收油品不被蒸汽夾帶為原則,放空塔塔徑根據(jù)蒸汽及油氣流量和允許空塔氣速確定,吸收及換熱擋板根據(jù)入口蒸汽中含油量和換熱量確定.國內(nèi)外一般采用擋板作為吸收換熱板,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間,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 給水冷焦及冷焦水處理系統(tǒng)在焦炭塔拆卸塔頂?shù)咨w以前,必須把焦炭塔冷卻到焦炭的自燃點以下或更低,避免打開塔頂?shù)咨w后發(fā)生焦炭自燃和大量油汽外出影響環(huán)境.通常是向塔內(nèi)通入少量的水(約1020t/h),水在塔

30、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(200400t/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和冷卻時間應(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)定的時間內(nèi)充滿焦炭塔.冷焦水處理系統(tǒng)的旋流除油器、冷卻器可以考慮延長操作時間,不一

31、定按焦炭塔塔徑的增加而選用的太大.焦炭塔的給水線特別是放水線應(yīng)加大直徑,避免放水時間太長.在冷焦操作時,經(jīng)常出現(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,有的煉油廠采用先大給水使通道的焦炭固化,再由小給水過渡到大給水,效果比較明顯.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)主要包括高壓水泵、控制閥、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

32、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 和切焦時間有關(guān),一般情況下生焦量大、切焦時間要求的短、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米pa高壓水泵流量米3/h540015.0150160600018.0180190610018.0180190640020.0190200680021.0200210840028.5250270880030.0260280940033.0300310根據(jù)國外資料介紹,焦炭塔每米直徑,需要的水壓約為2.72米pa,美國休斯頓某煉油廠焦炭塔直徑為7.42米,選用的高壓

33、水泵壓力為22.8米pa.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2.73.5米pa,并且直徑越大,平均每米需要的水流量變化不大.高壓膠管、控制閥、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)備的耐壓均超過42米pa,完全可以滿足使用要求.鉆機絞車、控制閥、高壓水泵、高壓水切斷閥等的聯(lián)鎖控制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)采用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,通過程序控制實現(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

34、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)采用更大的出焦口,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的拆裝時間、降低勞動強度 ,應(yīng)逐步考慮采用自動卸蓋機,國外已有成熟的技術(shù),國內(nèi)正在研究開發(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,同樣的除焦時間,單位時間內(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間相關(guān),通常要求處理后切焦水中焦粉含量應(yīng)小于500pp米,切焦水流量增加,達到同樣的處理效果應(yīng)延長停留時間,因此應(yīng)考慮適當(dāng)加大切焦水沉

35、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)計也有影響,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以前,必須進行蒸汽試壓和油氣預(yù)熱,通常預(yù)熱到300以上.其主要目的是使塔體逐漸預(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巨大的塔體吸熱、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)熱時間和焦炭塔的大小及預(yù)熱油氣量有關(guān),焦炭塔越大,在一定的時間內(nèi)完成塔體預(yù)

36、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)熱的時間進程而變化,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)直接送到分餾塔下部回?zé)?在焦炭塔設(shè)計時應(yīng)考慮油氣預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)備及閥門的大小.一般而言,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)熱對分餾塔熱平衡及物料平衡的影響也越大.油氣管線上的電動球閥或氣動球閥應(yīng)考慮可調(diào)節(jié),平衡兩路氣體的壓力,控制適宜的預(yù)熱速度 .3.5 利用焦炭塔處理煉油廠的污油、污泥和浮渣為減少煉油廠的三