28-制约焦化装置长周期生产的瓶颈问题分析

制约焦化装置长周期生产的瓶颈问题分析荆门焦化车间邓镨摘要：从原料性质、分馏塔底循环油停留时间及塔底循环、装置设备问题等三个方面分析了制约焦化装置长周期生产的瓶颈因素，提出了部分相应对策。关键词：长周期生产瓶颈问题原料性质循环油停留时间塔底循环设备问题中石化荆门分公司延迟焦化装置经过两次扩能改造过程，分别是1996年5月由“一炉两塔”30万吨/年年扩能为“两炉四塔”60万吨/年；2004年11月份又扩建为“三炉六塔”100万吨/年。但随着我厂600万吨/年原油加工能力的定位和原油重质化趋势的日益严重，我厂重油平衡的矛盾愈发突出。焦化装置处理能力长期处于满负荷开工状态，对焦化装置长周期开工提出更高的要求，所以解决制约焦化装置长周期生产的瓶颈问题十分必要。表-1焦化装置开工生产统计开工周期时间/年.月开工天数处理量（万吨）第一周期1996.5~1997.332942第二周期1997.4~1998.331533第三周期1998.4~1999.642255第四周期1999.7~2001.356187注：第四周期装置曾停工小修过。从表中可以发现焦化装置扩建以后，开工周期逐年延长，处理量也逐年提高。我认为在当前装置处理能力不断提高和开工周期不断延长的情况下，制约装置长周期生产的瓶颈因素较多，而且各个因素之间可能是单独发生作用，也可能相互发生影响，我认为以下因素是制约我装置长周期生产的瓶颈问题。一、原料性质的影响及对策焦化装置加工的原料性质趋于恶劣，给装置的正常生产带来了一系列的影响。我厂60万吨/年延迟焦化装置设计时焦化原料是按渣油：半沥青=7：3的比例进行混兑的(100万吨/年延迟焦化装置设计原料是按渣油：半沥青=4：1的比例)。焦化原料中掺炼30%左右的丙烷半沥青后，焦化原料的性质变化较大，如表-2所示表-2焦化原料性质对比项目减压渣油南阳减渣：半沥青（70：30）江汉减渣：半沥青（70：30）密度（20℃）/g.cm-30.94140.94210.9604粘度（100℃）/mm.s-1286.18550528残炭/Wt%10.3512.0714.34胶质/Wt%32.5331.8635.69沥青质/Wt%0.440.620.42饱和烃/Wt%26.2727.820.41芳香烃/Wt%42.039.2846.21从表中比较可知焦化原料中掺入半沥青后，原料的残炭值和原料的粘度明显增大。焦化原料掺入高比例的半沥青后，将导致焦化分馏塔底循环油性质变重，引起辐射进料泵上量不好，泵出口压力下降；另外当半沥青掺入不均匀时，有时会引起焦化原料泵抽空，甚至启动原料往复泵（泵-8）也不能上量，造成焦化原料中断，导致装置停工的事故也曾有发生。焦化原料掺入高比例的半沥青后，使焦炭塔生焦量明显加大，这时装置如果还维持原有的大处理量，焦炭塔的空高会明显降低，可能造成焦炭塔焦粉（泡沫层）在正常生产或焦炭塔小吹汽时携带至分馏塔，将会明显降低装置的开工周期，严重时将导致装置的停工。比如按焦炭产率w%=1.6×原料残炭值，日处理量为3000吨/天来估算，掺炼半沥青后，原料残炭值平均提高2%，焦炭产率相差3.2%，两者焦高大约相差3~4米。另一方面，高粘度重质的塔底循环油在分馏塔底、塔底循环线、辐射进料泵入口、过滤器、预热泵的出、入口管线的结焦问题也不容忽视，这都可能导致维系焦化装置正常运转的心脏设备—辐射泵的不上量甚至抽空，从而直接影响装置的平稳生产。对策：焦化装置低负荷生产时，焦化原料不能混兑20%比例的半沥青，而应该远低于这个比例；蒸馏装置加工不同的原油时，焦化原料—减压渣油的性质存在不同，即使是焦化装置双套生产，这时半沥青的混兑比例也应该有所区别。焦化原料要及时分析残炭值、100℃运动粘度、硫含量、500℃馏出量等。加工重质原料时，焦化装置必须加大循环比操作，焦炭塔空高要保持在12米以上，才能维持装置的正常生产。焦化原料性质的优化对焦化装置的长周期生产至关重要。另外，在焦化原料中掺入催化装置油浆的作法，实不可取。因为催化油浆中含有的催化剂颗粒，对焦化装置影响巨大。不仅造成焦化装置高温部位结焦，而且对装置设备、管线的磨蚀相当严重。这应该引起高度重视。二、分馏塔底循环油停留时间及塔底循环的影响及对策焦化分馏塔底、循环抽出过滤器、辐射泵入口过滤器、入口管线结焦问题一直是困扰装置开工和正常生产的一个难题。分馏塔底结焦的成因一般认为有以下几种：一是在分馏塔底的高温条件下，塔底循环油的自身结焦；二是反应系统（焦炭塔）泡沫层携带至分馏塔后，以其中细小的焦粉颗粒为“焦核”中心的塔底循环油结焦；三是焦炭塔的泡沫冒顶，这种情况在生产中是应当避免的，这将导致装置的很快停工。通过装置历次停工检修期间对塔底设备的检查，我认为前两种结焦是分馏塔底结焦的主要原因。在辐射进料泵、塔底循环泵、备用泵的出、入口管线的结焦密度大，坚硬，表现出整体反应生成物的特点，这是循环油停留时间长，生焦的特点。但也可能是循环油中含细焦粉（或催化剂颗粒）加上停留时间长形成的结焦；而分馏塔底内、外过滤器和塔底的结焦则松软得多，明显是第二种方式形成的结焦。焦化分馏塔底结构如下图：图-1焦化分馏塔底示意图2去炉辐射室356307#跨线蒸汽411.塔底循环泵2.分馏塔3.塔底抽出内过滤器4.塔底循环过滤器5.塔底抽出外过滤器6.辐射进料泵通过计算得知：焦化分馏塔底循环油的停留时间仅为10~20min左右，在塔底循环良好的情况下，即使是含30%比例丙烷半沥青的焦化原料也不应该产生明显的热转化的。那么塔底结焦的问题症结究竟出在哪里呢？我认为焦化原料性质变重后，制约焦化分馏塔底结焦的关键在于塔底循环的好坏？实践经验表明：在没有塔底循环的条件下（其它工艺条件正常），一般装置开工三个月左右即出现辐射进料泵出口压力的波动，此时表明一些松软的焦已开始形成。补救措施是分馏塔底要不定期通过307#线向外甩油浆（甩出塔底焦粉）；或打开塔底循环线同辐射泵的跨线（见图-1）用辐射泵代抽塔底循环线，再加上塔底不定期甩油浆。才能维持装置的正常生产。所以装置加工劣质原料时，一要加强塔底循环，保持塔底循环效果良好，要注意观察循环线和塔底温差要越小越好，表明塔底畅通；二是要加大循环比，降低处理量操作，但这一点要根据全厂重油平衡的情况来，往往难以做到；三是要注意焦炭塔的空高一般不应低于12米，以减少焦粉携带，对减轻塔底结焦有好处。四是要防患于未然，要定期向307#线甩油浆，带出塔底焦粉，减少生焦趋势。三、设备问题的影响焦化设备问题对长周期生产影响可分以下方面：一是焦化加热炉；二是除焦设备；三是分馏塔空冷及后冷；四是加工含硫原油后设备的腐蚀的影响。分别分析如下：3.1焦化加热炉的影响：焦化加热炉是装置的核心设备之一。加热炉对装置长周期生产的制约表现在：（1）开工后期因炉管结焦严重而引起炉膛超负荷；（2）炉管烧穿直接导致装置停工。焦化加热炉炉管的结焦和炉管烧穿的原因很多，主要原因可分为：（1）操作方面的原因，如炉火燃烧不佳，扑炉管；局部过烧；注水中断；炉子进料长时间中断；炉温控制不稳等。（2）炉管材质原因，本身材质有问题或是不适应加工高硫原料要求。（3）原料性质原因，塔底循环油过重；塔底焦粉带入炉子等。知道了以上的影响因素后，我们就可以“对症下药”地解决加热炉对装置长周期的制约作用。3.2除焦设备的影响：焦化装置大处理量生产以后，生焦周期由36小时（“一炉两塔”生产时）缩短为24小时除一塔焦。生焦周期缩短后，对除焦设备提出了更高的要求，要求在规定的时间内除完焦后，焦炭塔需要达到备用条件。24小时生焦周期同36小时生焦周期比较如下：24小时生焦周期：预热5小时换塔3小时吹汽冷焦4小时除焦（包括拆、装底盖、头盖）2-3小时空塔备用3.5-7小时下轮预热。（不含泡焦时间）36小时生焦周期：预热8小时换塔3小时吹汽冷焦4小时除焦（包括拆、装底盖、头盖）2-3小时空塔备用14-16小时下轮预热。（不含泡焦时间）从上面的比较可以看出36小时生焦安排比24小时生焦安排焦炭塔的空塔备用时间要富裕得多。也就意味着，大处理量生产以后，一旦除焦设备发生故障，只有3.5-7小时的处理时间。而在我厂焦化装置的实际生产中，除焦设备经常发生故障。主要的设备故障是：水龙带破裂、水涡轮故障、除焦变频器故障、除焦绞车故障、除焦减速机故障等。在除焦操作上又常发生诸如：卡钻、焦炭塌方、钻头打偏等等操作问题，这些故障都需要在较短的时间内进行抢修，一旦不能及时处理，轻则装置降量维持生产，重则装置需要停工分炉。这些都毫无疑问地对装置的长周期、平稳生产构成威胁。3.3分馏塔空冷及后冷的影响:100万吨/年焦化装置改造后，仍然发现分馏塔后部冷却器焦粉堵塞较严重。甚至部分细小的焦粉被带入焦化瓦斯中。虽然我装置通过注入消泡剂使反应系统的焦粉携带有所缓和，但焦粉对后部冷却器的堵塞问题依然比较严重，尤其是对装置夏季生产影响较大。3.4加工含硫原油对装置设备的影响:加工含硫（高硫）原油后焦化原料的硫含量也同时上升，焦化装置加工含硫（高硫）原料后主要影响表现在：（1）高温部位硫腐蚀加剧，焦炭塔油气线材质要升级；（2）部分异种钢材焊接处一些小设备如：排凝阀、引压阀等材质容易搞错，造成事故等等。四、结束语总之，保证装置的长周期、安全、平稳、高效运行是一个永恒的课题。如何抓住装置长周期生产的瓶颈问题，找出主要矛盾和矛盾的主要方面，并制定有效的措施解决它，是问题的关键。因受技术手段和笔者学识水平的限制，以上的分析只能是一个粗浅的看法，装置的长周期生产确实是一个比较复杂的系统工程，值得深入研究。邓镨