羅超華

(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

某煉化公司新建一套50萬t/a輕烴芳構化裝置，該裝置共有5臺加熱爐，其中1臺穩(wěn)定塔重沸爐F201是典型的輻射對流型立式圓筒爐，由中石化洛陽工程有限公司設計，托普工業(yè)(江蘇)有限公司制造安裝。2019年12月，穩(wěn)定塔重沸爐F201安裝完畢，準備進行烘爐工作。對于塔底重沸爐的烘爐，為保護爐管，傳統(tǒng)方案大多是向爐管內(nèi)通入蒸汽，并設置臨時蒸汽放空消音器。烘爐過程中，蒸汽大量放空，導致噪音大，能耗也高【1】，而且爐管出口溫度一般會達到400 ℃左右，遠高于正常的爐出口溫度，接近碳鋼材料正常使用的極限溫度425 ℃。受蒸汽管道或消音器的流通量限制,要使爐出口溫度不超溫，需降低爐膛溫度，使得烘爐效果受到影響。國內(nèi)各煉化公司在烘爐時普遍存在該問題【2】。為了降低烘爐能耗、節(jié)約開工成本、更好地控制爐出口溫度、達到較好的烘爐效果，有的煉化公司以油運物料作為爐管保護介質(zhì)【1】，但該方法危險系數(shù)大，需要具備的條件很苛刻，實際應用得很少。還有的煉化公司以除鹽水作為爐管保護介質(zhì)【3】，烘爐時控制除鹽水的最高溫度，使除鹽水不汽化。該方案的缺點是要尋找合適的冷卻器將加熱后的除鹽水循環(huán)冷卻，否則要么除鹽水汽化，要么爐膛溫度達不到烘爐要求【3】。綜合對比各種烘爐方案的優(yōu)缺點，該煉化公司研究并采用了一種新型烘爐方法，即采用除氧水少量汽化代替常規(guī)蒸汽作為爐管保護介質(zhì)進行烘爐。該方法已在穩(wěn)定塔重沸爐F201的烘爐中應用成功。

1 烘爐時爐管保護介質(zhì)研究

1.1 穩(wěn)定塔重沸爐F201

穩(wěn)定塔重沸爐F201的輻射段爐墻襯里為輕質(zhì)澆注料Q-0.7+陶纖模塊，爐頂襯里為陶瓷纖維毯+陶纖模塊，爐底襯里為憎水型陶瓷纖維板+輕質(zhì)耐熱襯里Q-0.9+耐火磚，對流段襯里為輕質(zhì)耐火澆注料Q-0.8；爐管材質(zhì)為20號碳鋼，規(guī)格為φ141.3 mm×8 mm，采用4管程，爐管內(nèi)介質(zhì)參數(shù)見表1。設計采用1.0 MPa蒸汽作為烘爐的爐管保護介質(zhì)，蒸汽流量設計為30 t/h。

表1 F201爐管主要設計參數(shù)

F201爐管介質(zhì)循環(huán)的動力來自重沸爐泵P206，其設計參數(shù)如表2所示。正常操作時F201爐管介質(zhì)的氣化率約為50%，即有97 t/h的C6+汽油組分氣化后以氣相進入穩(wěn)定塔T203。

表2 重沸爐泵P206主要設計參數(shù)

圖1為加熱爐制造廠給出的F201烘爐曲線。圖1顯示，烘爐時爐膛最高溫度為500 ℃，而正常操作時F201的爐膛溫度在600 ℃以上。一般加熱爐爐膛溫度越高，熱負荷越大，因此烘爐時F201的熱負荷也會低于正常操作工況的熱負荷。為研究烘爐時各種爐管保護介質(zhì)的保護效果，需要先確定烘爐時的最高熱負荷。假設F201烘爐時最高爐膛溫度對應的熱負荷為7.61×500/600=6.34 MW，以該熱負荷值對各種爐管保護介質(zhì)進行分析研究。

圖1 烘爐曲線

1.2 蒸汽作為爐管保護介質(zhì)方案

該公司1.0 MPa蒸汽的管網(wǎng)溫度在250 ℃左右，按照爐管出口溫度400 ℃、蒸汽比熱容1.88 kJ/(kg·℃)計算，烘爐最高熱負荷達到6.34 MW時需要消耗1.0 MPa蒸汽約80 t/h，遠遠大于設計給出的烘爐蒸汽量30 t/h，如果熱負荷高于6.34 MW，則需要的蒸汽量將更大。而烘爐蒸汽總管的管徑為DN200，四路支管的管徑為DN100，這么大的蒸汽量必然導致蒸汽流速非常大， 計算結(jié)果顯示，蒸汽流速會超過120 m/s，這將導致管道阻力非常大，即由于管道流通量限制，根本達不到所需的蒸汽流量。蒸汽流量達不到需求將導致爐管出口超溫。為避免超溫， 則需降低爐膛溫度， 而降低爐膛溫度后則可能達不到烘爐效果。該問題在國內(nèi)煉廠已普遍存在【2】。而且按照烘爐期間的蒸汽平均耗量30 t/h計算， 烘爐期間需消耗5 040 t蒸汽， 按照該公司167元/t的蒸汽價格元計算， 蒸汽費用約84萬， 費用較高， 經(jīng)濟上不劃算。

1.3 除氧水汽化作為爐管保護介質(zhì)方案

該裝置公用工程介質(zhì)有穩(wěn)定的除氧水。除氧水主要用于減溫器的減溫水，溫度110 ℃，壓力6 MPa 左右，設計流量10 t/h，可以很方便地安裝一條臨時管線將除氧水補充至重沸爐F201。采用除氧水汽化作為爐管保護介質(zhì)還需要配套的工藝設備支持，即運行重沸爐泵P206、穩(wěn)定塔T203以及塔頂空冷器和回流罐，并將T203壓力控制在0.3～0.5 MPa，塔壓低時補氮氣，塔壓高時放空。0.3～0.5 MPa壓力下對應的水的飽和溫度為160 ℃左右。按照160 ℃飽和水的循環(huán)流量200 t/h計算，重沸爐泵P206所需功率約為100 kW，低于110 kW的電機額定功率，說明泵和電機的運行沒有問題。烘爐時爐膛的熱量主要靠除氧水汽化吸收，烘爐最高熱負荷達到6.34 MW時產(chǎn)生0.5 MPa蒸汽約11 t/h，計算氣化率5.5%。爐管出口溫度在160 ℃左右，遠低于正常運行時243 ℃的指標，不存在超溫問題，也不存在超壓問題，因此，加熱爐和塔的運行沒有問題，而且方便控制爐膛溫度，可嚴格按照烘爐曲線實施。如果熱負荷高于6.34 MW，無非產(chǎn)生的蒸汽量多一些，爐管溫度和壓力都不會有變化。11 t/h的蒸汽進入T203后，經(jīng)過各層塔盤到達塔頂，再到空冷器冷凝為水進入回流罐；回流罐中的水可以用回流泵送至T203塔頂，形成水汽循環(huán)，不存在蒸汽和水的排放問題，只需在初期向系統(tǒng)中補入除氧水即可，烘爐期間的水費電費消耗合計不超過2萬元。

經(jīng)過分析研究，采用除氧水汽化作為爐管保護介質(zhì)進行烘爐理論上是可行的，相比傳統(tǒng)的采用蒸汽作為爐管保護介質(zhì)的方案，還可節(jié)約烘爐運行費用，而且安全可靠，施工也方便，只需安裝臨時水線即可，不需要采購消音器，也節(jié)省了安裝放空消音器的吊裝費。

2 新型烘爐方法實踐

根據(jù)對兩種爐管保護介質(zhì)的研究結(jié)果，該公司決定采用除氧水汽化作為重沸爐烘爐的爐管保護介質(zhì)，據(jù)此制定了詳細的烘爐方案，并對操作人員進行了交底培訓。2020年5月采用該方案在穩(wěn)定塔重沸爐F201中進行了實踐并達到了預期目標。

烘爐之前，對T203系統(tǒng)管道進行沖洗并檢驗合格，同時，確保系統(tǒng)氣密合格、相關機泵和儀表調(diào)試合格；此外，還進行了水聯(lián)運考核，多次拆清P206入口過濾器，確保將施工期間殘留在整個系統(tǒng)中的雜質(zhì)清除干凈，并多次進行水置換，確保系統(tǒng)的水質(zhì)清澈。

實際烘爐過程中，爐膛溫度趨勢見圖2。圖2顯示，該曲線基本上與理論曲線相符，爐膛最高溫度在510 ℃左右，這是傳統(tǒng)烘爐方案很難做到的。爐出口溫度趨勢見圖3。圖3顯示，爐出口溫度最高為176 ℃，低于正常運行時的243 ℃，更遠低于SH/T 3115—2000《石油化工管式爐輕質(zhì)澆注料襯里工程技術條件》規(guī)定的允許最高爐出口溫度350 ℃。從爐出口溫度變化趨勢看，波動較明顯，主要是由于穩(wěn)定塔T203塔壓未控制好導致的。在爐膛溫度低于500 ℃時，由于熱負荷較低，除氧水汽化量偏低，進入到回流罐的水量也偏低，導致回流泵不能連續(xù)運行，因而使塔壓產(chǎn)生了一定的波動，最高達到0.8 MPa。爐膛溫度達到500 ℃ 恒溫期間，熱負荷較高，除氧水汽化量也較大，進入到回流罐的水量也較多，在此期間回流泵連續(xù)運行，塔壓比較穩(wěn)定，在0.27 MPa左右。烘爐期間重沸爐泵P206運行平穩(wěn)，未發(fā)生抽空現(xiàn)象；期間對P206入口過濾器進行了拆檢，未發(fā)現(xiàn)明顯的鐵銹雜質(zhì)；爐出口管道有輕微的振動，但沒有出現(xiàn)水擊現(xiàn)象。

圖2 烘爐期間爐膛溫度趨勢

圖3 烘爐期間爐出口溫度趨勢

烘爐后，打開穩(wěn)定塔T203人孔對其內(nèi)部進行檢查，未發(fā)現(xiàn)塔盤出現(xiàn)異常；打開穩(wěn)定塔重沸爐F201人孔對其內(nèi)部進行檢查，也未發(fā)現(xiàn)襯里和爐管出現(xiàn)異常。采用除氧水汽化作為爐管保護介質(zhì)進行烘爐，相當于對塔、爐、泵、儀表等進行了全方位的考核，且徹底清除了系統(tǒng)雜質(zhì)，因此后續(xù)的引油投產(chǎn)過程非常順利，重沸爐泵P206一直運行穩(wěn)定，入口過濾器未發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

3 結(jié)語

采用傳統(tǒng)的蒸汽作為爐管保護介質(zhì)進行重沸爐烘爐在以往實踐中存在爐膛溫度偏低或爐出口溫度超標的問題；而采用除氧水汽化作為爐管保護介質(zhì)進行重沸爐烘爐，理論研究是可行的，經(jīng)實踐檢驗，該方法滿足烘爐曲線的要求，達到了良好的烘爐效果，而且取得了良好的經(jīng)濟效益和安全效益，可以在塔底重沸爐上推廣應用。該方法為烘爐提供了一種新工藝選擇。