王瑩波

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

·生產(chǎn)與實踐·

加氫裝置加熱爐的運行優(yōu)化

王瑩波

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

對加氫爐設(shè)計情況進行了介紹，從設(shè)備問題、燃料質(zhì)量及性質(zhì)變化、重沸爐負荷變化、加工負荷調(diào)整頻繁、附屬系統(tǒng)及儀表控制故障等多方面，針對運行中存在的問題進行了分析，并對在生產(chǎn)檢修中過程中采取的更新設(shè)備、優(yōu)化生產(chǎn)方案、加強重沸爐負荷控制、優(yōu)化三門一板操作等優(yōu)化操作措施進行了說明，介紹了取得的節(jié)能效果，提出了今后優(yōu)化的建議。

節(jié)能降耗;爐管;熱負荷;熱效率

0 前言

中國石化洛陽分公司三聯(lián)合車間有三套加氫裝置:260萬t/a直柴加氫裝置、76萬t/a航煤加氫裝置及76萬t/a催柴加氫裝置。目前由于催柴加氫裝置處于停工期間，故實際運行加熱爐四臺:直柴反應(yīng)爐F3401及重沸爐F3402，航煤反應(yīng)爐F3201及重沸爐F3202。目前由于加熱爐存在瓦斯組分波動大、負荷變化頻繁、設(shè)計落后、設(shè)備老化等問題，影響了加熱爐的熱效率［1］。

1 加氫裝置加熱爐簡介

1.1 柴油加氫裝置加熱爐

260萬t/a柴油加氫裝置反應(yīng)加熱爐F3401和分餾塔底重沸爐 F3402均是2010年建成投用。F3401設(shè)計熱負荷11 800 kW，爐型為單排雙面輻射立管立式爐。該爐通過空氣預(yù)熱器回收煙氣余熱，配置了相應(yīng)的風(fēng)機、快開風(fēng)門等輔助設(shè)備。

F3402為輻射對流型圓筒爐。設(shè)計熱負荷為20 200 kW，設(shè)置了余熱鍋爐等節(jié)能設(shè)備以回收煙氣余熱。F3402設(shè)計采用油氣混燒火嘴，并在地面上設(shè)置負荷可調(diào)式空氣預(yù)熱器，和配置的引風(fēng)機、鼓風(fēng)機及相應(yīng)控制系統(tǒng)一起實現(xiàn)火嘴的高效燃燒。

1.2 航煤加氫裝置加熱爐

76萬t/a航煤加氫裝置反應(yīng)加熱爐F3201和分餾塔底重沸爐F3202均為圓筒爐，設(shè)計熱負荷均為7.56 MW。二爐均設(shè)有空氣預(yù)熱器以回收煙氣余熱，配置了相應(yīng)的風(fēng)機、風(fēng)門等輔助設(shè)備。

2 操作中存在問題分析

2.1 F3201和F3202空氣預(yù)熱器、燃燒器等老化、腐蝕

F3201和F3202空氣預(yù)熱器自20世紀(jì)90年代投用至今，已發(fā)生多處腐蝕穿孔現(xiàn)象，不僅不能實現(xiàn)空氣預(yù)熱，且由于其泄漏后空氣側(cè)有阻燃氣體(氮氣)，直接影響了火嘴的燃燒狀況，經(jīng)常導(dǎo)致F3201火焰頻繁發(fā)生熄火現(xiàn)象。同時航煤二爐還存在燃燒器和風(fēng)門嚴(yán)重老化、燃燒器內(nèi)部襯里嚴(yán)重損壞、燃燒器外部配件銹蝕嚴(yán)重、風(fēng)道蝶閥密封性能差、爐墻外壁溫度超標(biāo)等問題。

2.2 加熱爐負荷頻繁調(diào)整

由于直柴加氫裝置柴油加氫實施間歇性生產(chǎn)國四或國五柴油的方案，因此根據(jù)生產(chǎn)要求，生產(chǎn)國五柴油期間需要較高的反應(yīng)苛刻度，反應(yīng)器床層溫升較生產(chǎn)普通柴油時增加較多，這就導(dǎo)致了F3401負荷大幅降低。因此，加熱爐的燃燒情況也隨加工方案而頻繁調(diào)整，不僅增大了操作難度，也給襯里的長周期運行帶來了沖擊。

在生產(chǎn)中由于航煤處理量的提高，航煤反應(yīng)溫度由原來的265℃提至290℃，直接導(dǎo)致F3201熱負荷變大。而F3201燃燒器為自然通風(fēng)，在負荷變化時燃燒工況波動較大。具體表現(xiàn)有:燃燒期間火嘴燃燒狀況不盡相同(有發(fā)飄發(fā)黃的、有全藍的)，并有脫火現(xiàn)象發(fā)生;點火過程中部分火嘴易熄火;調(diào)整過程中易出現(xiàn)閃爆等。

同時隨著裝置處理量的變化，也使加氫裝置的重沸爐F3202及F3402負荷隨之變化，調(diào)整頻繁。由于航煤加氫裝置處理量及反應(yīng)溫度較原設(shè)計偏低較多，航煤分餾塔底重沸爐負荷僅為1.3 MW，占設(shè)計負荷(7.56 MW)的17%，氧含量控制異常困難，導(dǎo)致F3202對流室氧含量長期在9%上下;實際生產(chǎn)中直柴加氫裝置原料不足，而且生產(chǎn)方案調(diào)整相對頻繁，加之上游裝置調(diào)整所帶來的負荷變化等原因，導(dǎo)致其重沸爐負荷在60%～105%間頻繁調(diào)整。

2.3 加熱爐存在漏風(fēng)現(xiàn)象

爐子漏風(fēng)點主要是各種爐壁表面的結(jié)合處縫隙、各種表面開口處的縫隙。包括對流室頂、對流室箱蓋板、輻射室人孔門、激波吹灰器爆破彎頭密封口、集合管與箱蓋板連接處等。同時內(nèi)部保溫材料的脫落、損壞也增大了散熱損失。

2.4 瓦斯系統(tǒng)壓力不穩(wěn)、燃料氣臟，影響加熱爐平穩(wěn)操作

在運行中不僅燃料氣壓力、組分等的變化會影響各爐的工況，而且由于瓦斯內(nèi)雜質(zhì)燃燒后產(chǎn)生酸性氣體，易產(chǎn)生腐蝕，運行中發(fā)生了瓦斯罐底排凝線彎頭出現(xiàn)裂縫、瓦斯軟管泄漏、管線及設(shè)備頻繁堵塞等問題，導(dǎo)致了加熱爐調(diào)整的困難。另外直柴重沸爐F3402還專設(shè)了兩個瓦斯尾氣燃燒火嘴，其量少，且不穩(wěn)定，對該爐操作也有影響。

2.5 附屬系統(tǒng)及儀表控制的影響

各爐應(yīng)用了空氣預(yù)熱器、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機和先進控制系統(tǒng)，但在實際運行過程中，風(fēng)機等輔助系統(tǒng)及儀表故障較多，特別是爐F3201和F3202煙道擋板和風(fēng)機出口蝶閥老化，基本失去調(diào)節(jié)作用;另外由于F3202長明燈自保閥引壓線測壓點位置設(shè)置錯誤(測壓點設(shè)置在自勵式調(diào)節(jié)閥后)，導(dǎo)致其正常處于壓力低低聯(lián)鎖自保狀態(tài)(閥聯(lián)鎖關(guān)閉)，長明燈不能投用，給安全生產(chǎn)造成了很大困擾。

3 優(yōu)化和解決措施

3.1 采用新型燃燒器、更新空氣預(yù)熱器及附屬管道

根據(jù)爐F3201的工況，分析其工況惡化的根本原因是加熱爐瓦斯與空氣混合不均勻，現(xiàn)有的燃燒器老化不匹配，為此在線采用了新型鼠籠式結(jié)構(gòu)的后置預(yù)混式燃燒器進行了全部更換。同時增上了瓦斯分支管線就地壓力表和瓦斯調(diào)節(jié)閥后壓力至DCS系統(tǒng)的遠傳儀表，豐富了監(jiān)控手段。在2015年大檢修中對航煤爐F3201和F3202擾流子空氣預(yù)熱器及其附屬的腐蝕管道進行了整體更換，消除了空氣預(yù)熱器內(nèi)漏現(xiàn)象。

3.2 優(yōu)化生產(chǎn)方案和操作

柴油加氫生產(chǎn)國五柴油期間，由于反應(yīng)苛刻度提高后，反應(yīng)放熱增加，加熱爐負荷降低，通過熄滅F3401全部主火嘴，只對稱留用部分長明燈的措施，從而節(jié)約瓦斯氣約250 Nm3/h;同時，考慮到只有部分長明燈燃燒，耗氧極少，通過停運反應(yīng)爐鼓風(fēng)機及引風(fēng)機，每小時實現(xiàn)節(jié)電40.5 kW·h。

在航煤處理量和反應(yīng)溫度提高的工況下，加熱爐F3201熱負荷也同步變大。在實際生產(chǎn)中通過摸索新型鼠籠式結(jié)構(gòu)的后置預(yù)混式燃氣噴頭的燃燒經(jīng)驗，優(yōu)化風(fēng)門配風(fēng)，適當(dāng)?shù)亟档推浠鹧娓叨鹊却胧崿F(xiàn)了F3201的高效燃燒。在此基礎(chǔ)上，對F3202及F3402的進料溫度加強監(jiān)控，根據(jù)處理量的變化提前優(yōu)化，特別是對重沸爐四路進料的流量進行嚴(yán)格控制，加強了對爐F3402余熱鍋爐的優(yōu)化操作;并且針對F3202實際運行負荷較低的情況，熄掉部分主火嘴，較好地保證了加熱爐在低氧含量情況下火焰的正常燃燒。

3.3 全面堵漏、爐子內(nèi)襯噴涂反輻射涂料

為切實防止漏風(fēng)損失，車間對各臺爐子的具體情況進行了全面統(tǒng)計后統(tǒng)一使用漿料、保溫材料等進行了集中整改填補;同時在2015年大檢修中對四臺加熱爐內(nèi)襯噴涂反輻射涂料，并加強了看火窗的管理，基本消除了漏風(fēng)問題。

3.4 穩(wěn)定瓦斯壓力及組成、通過檢修中處理管線及閥門堵塞問題

在運行中及時穩(wěn)定燃料氣壓力、組分等，控制好直柴重沸爐F3402兩個瓦斯尾氣燃燒火嘴的流量，減少因瓦斯壓力及組成變化引起的加熱爐操作波動;在檢修中通過對航煤瓦斯罐底排液線進行了疏通，底部各閥門進行了更換，消除了瓦斯罐底排液管線堵塞的隱患;通過對瓦斯系統(tǒng)閥門進行了檢修，對阻火器及瓦斯噴槍進行了全面拆裝清洗，對所屬管線進行吹掃等措施消除了管線及閥門的堵塞問題。

3.5 增上風(fēng)機調(diào)速系統(tǒng)、更新?lián)醢宓仍O(shè)備

在2015年大檢修中對航煤爐F3201和F3202煙道擋板和風(fēng)機出口蝶閥進行了更換，特別是爐F3202增上了風(fēng)機永磁調(diào)速系統(tǒng)，可有效控制風(fēng)量;同時對F3202長明燈自保閥引壓線測壓點問題進行了移位整改，消除了隱患。

4 直接和間接經(jīng)濟效益

經(jīng)檢修和優(yōu)化，加氫各加熱爐的熱效率均控制在較高的水平，直柴加氫裝置按2015年生產(chǎn)模式(一年中120 d生產(chǎn)國五柴油)計算:則停用鼓、引風(fēng)機后，每小時節(jié)電40.5 kW·h，累計年節(jié)約:40.5× 24×120×0.58=3.92萬元;熄滅F3401全部主火嘴后，該爐節(jié)約瓦斯250Nm3/h，則可節(jié)約:250× 0.68/1 000×24×120×3 464=169.6萬元/a(電、瓦斯單價均按當(dāng)前結(jié)算價計)，而且停用風(fēng)機后，縮短了風(fēng)機的運行時間，提高了設(shè)備的運行壽命，節(jié)省了檢維修費用。特別是隨著空氣預(yù)熱器、風(fēng)機永磁調(diào)速系統(tǒng)等節(jié)能設(shè)備的投用，使F3201其反應(yīng)爐熱效率由87.6%提高到了90.1%;航煤F3202在實際負荷為1.19 MW(設(shè)計負荷7.56 MW)偏低情況下，通過操作優(yōu)化，熱效率也達到89.57%，效果顯著。

表1 2015年優(yōu)化和措施實施后各爐實際熱效率與設(shè)計值比較表

從表1可看出，F(xiàn)3201等各爐的熱效率達到和超過了原設(shè)計值，節(jié)能效果顯著(因正常運行中F3401火嘴全熄，故表格中未列出)。

5 結(jié)論

綜上所述，經(jīng)過裝置技術(shù)改造及優(yōu)化操作，加氫裝置加熱爐熱效率有了明顯提高。在實際運行中，通過采取加強管理、勤調(diào)三門一板等措施，保持輻射室拱型部位爐膛負壓在-20～-10 Pa、對流室氧含量在3%左右，實現(xiàn)燃氣量同空氣量的最佳匹配是優(yōu)化控制的要點，可有效提高熱效率。同時采取適當(dāng)措施凈化系統(tǒng)瓦斯，將進一步提高爐子燃燒效果，提高熱效率。

［1］ 中國石油化工集團公司人事部編.汽(煤、柴)油加氫裝置操作工［M］.1版.北京:中國石化出版社，2009: 135.

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2016-12-16

王瑩波(1971-)，男，石油煉制工程師，國家注冊安全工程師，從事重整及加氫裝置的生產(chǎn)管理工作，電話:13526988636。