机械清焦在延迟焦化加热炉的应用

机械清焦在延迟焦化加热炉的应用冯虎成，龚颂泉摘要：长岭分公司1.2Mt/a延迟焦化装置加热炉于2011年10月首次实施了机械清焦作业。机械清焦是利用清焦球作为清焦工具，用泵打出2MPa~4MPa压力的水流，将附着在炉管内壁上的焦层及盐垢刮除干净。与传统清焦作业相比，机械清焦对炉管内壁无伤害，同时清焦更加彻底。关键词：延迟焦化机械清焦加热炉应用延迟焦化反应是指渣油在加热炉的入口处注入一定量的软化水，以使油品在炉管内的流速达到一定的值，使其焦化反应延迟到焦炭塔内进行。延迟焦化加热炉是一台反应裂解炉，渣油在炉管内被快速加热升温到500℃左右，由于加热炉的辐射段温度超过了渣油临界结焦温度，部分渣油组分会发生热裂解和缩合反应，炉管内就产生结焦现象。焦化加热炉炉管结焦后一般通过停工或在线烧焦、机械清焦等处理。长岭分公司延迟焦化装置于2011年9月26日起全面停工检修，10月6日至13日对焦化炉303进行了机械清焦作业。在此前一个月，炉303进行了在线烧焦作业。焦化加热炉303对流段及辐射段共152根，炉管全部为Cr5Mo合金炉管，其中，辐射管组规格：直径为φ114.3mm×壁厚8.56mm×单根长度16.3m×104根；对流炉管组规格：直径为φ114.3mm×壁厚8.56mm×单根长度16.3m×48根，炉管总长2477m。1机械清焦原理机械清焦采用机械方法在炉管入口、出口通过特殊管道与清焦工程车相连接，发射由弹性的高密度发泡塑料合成树脂制成，外形如子弹状，在其体上装有清焦钉头的清焦球。球体由设备发出的水压推动（水压最大4MPa，正常2MPa左右），通过球体与炉管焦体机械磨擦，清除结焦物。清焦球有多种规格，适合直径50mm～300mm的炉管或管道。当管道或炉管完全堵塞的情况下，不能进行清理工作。清焦球材质是合成树脂，制造时要比管子的内径稍大一些，由于它具有很好的弹性，且收缩率较大(可达15%～65%)，能够很容易地通过弯管、T形管、U形管及短直径弯管等。钉头的形状有方形、半圆头锉刀形等，使用的材质比结垢硬、比热管软，其目的在于不损伤管的内壁面，一般根据加热管的材质来选择清焦的钉头。清焦球外型见图1，清焦球运行状况见图2。图1清焦球外形图图2清焦球在弯头处运行示意图2机械清焦准备工作（1）机械清焦前，将加热炉炉管进行退油和炉管吹扫并将炉管及炉室温度降至100℃以下。（2）清焦前进行技术交底，定位现场设备安装位置（发射器和接收器位置）。（3）拆除炉管进口和出口处阀门及法兰，以便于安装清焦发射器和接收器，不进行清焦的管线需安装盲板以保护管线，并拆除炉管内所有插入炉管内部阻碍清焦球通过的热电偶及套管，并将开口用盲板盲死。（4）确定现场水源和污水排放位置。（5）确保供风和供电设备风源（0.7MPa接头DN20）、电源（220V16A）。（6）安排专人拆卸、安装法兰以及现场协调人员。3机械清焦流程和主要操作机械清焦流程见图3。（1）在机械清焦前，在加热炉A路对流室入口和辐射室出口安装转向弯头，并将其接至机械清焦专用发射器上，确保清焦流程正确畅通。（2）将管道进出口处的2个发射器连接上高压管软，管另一端连接高压水泵的两个端口，使炉管的进出口及水泵形成一个环状循环。（3）打开发射器，放入清焦测试球后关闭发射器。利用高压水流将清焦测试球送入要清焦的管道内，清焦测试球经过循环后被管道另一端发射器回收。从回收的清焦测试球外观来判断管道内的结焦情况。（4）根据回收的清焦测试球情况选择合适的清焦球放入发射器进行管道清理。清焦球在管道内一端通过水压被推向管道另一端，清焦球通过表明突出的金属颗粒对管道内径表面实施机械摩擦，当清焦球到达管道的另一端时改变水流方向，使清焦球返回，从而形成反复机械摩擦管道。（5）经过几个回合后，再放入另一个直径稍大的清焦球来回清理。清焦球由小到大进行清理至炉管清理干净，确定炉管清理干净后放入最后一个大于炉管直径7%的清焦球进行来回清扫，以保证彻底完全清理干净。（6）管道清理完毕后再放入清焦测试球来观察管道内情况，确保最好的清焦效果。前后两次清焦测试球状况对比见图4。4炉管结焦情况判断（1）在加热炉机械清焦过程中，可根据各路炉管清焦前后水流颜色、压力和流量变化判断管内结焦情况。清焦前期，水流颜色呈黑色，水流压力和流量变化范围大说明炉管内有焦堵；清焦后期，清焦球紧贴炉管运行，水流颜色呈铁锈的颜色，水流压力和流量稳定说明炉管内焦垢被清图3机械清焦流程示意图图4前后两次清焦测试球状况对比理干净。（2）根据清焦球颜色和附着物判断管内结焦厚度。炉管内焦垢多，打出来的清焦球附着物多且颜色呈黑色。如图4所示为首次进入炉管和最后一次进入炉管的清焦球颜色变化对比。（3）根据清出的焦块和焦粉判断炉管内结焦情况。对清理出来的焦垢和焦粉进行物质组成分析，可以得出炉管内结焦物的灰分、挥发分、硫含量等情况。5机械清焦后效果为比较机械清焦后炉管内清焦效果，在检修开工后，通过DCS采集炉管和烟气温度数据与清焦前数据进行比较，见表1、表2。从表1、表2可以看出，通过机械清焦后加热炉对流室烟气温度、炉膛温度平均降低了20~30℃，炉管温度也有不同程度下降，同时，在相同处理负荷下，炉管压力明显下降，瓦斯消耗量也下降。说明本次机械清焦效果显著。6机械清焦与传统清焦比较在机械清焦之前，长岭延迟焦化加热炉一直采用烧焦方法进行清焦。即在炉膛保持一定温度下，通过调整注入炉管内的空气量和蒸汽量，使炉管内的焦层和氧气缓慢燃烧，残留物和放出的热量由蒸汽带走。烧焦过程中必须防止堵管，一旦发生堵管处理相当困难，对炉管伤害较大，同时烧焦劳动强度大，而机械清焦时间短，炉管清洗更加彻底干净，对炉管伤害极小，更加安全环保。机械清焦与传统清焦对比见表3，对炉管影响情况见图5。表1机械清焦前后对流室烟气温度对比℃对流室烟气温度ABCD清焦前678640696691清焦后655639656671对流出口温度ABCD清焦前364370361368清焦后358361356358炉膛温度ABCD清焦前744621622700清焦后709605602699表2机械清焦前后炉管温度对比℃炉管温A1A2A3A4A5A6A7A8A9清焦前563535504498506468550470419清焦后555521512497532460543469414炉管温B1B2B3B4B5B6B7B8B9清焦前562537563471494626574557478清焦后560501554460472611556549475炉管温C1C2C3C4C5C6C7C8C9清焦前661463616498436418430---438清焦后652450590481432399399---435炉管温D1D2D3D4D5D6D7D8D9清焦前653524465455489479638541448清焦后6415234604504854766395384457结束语本次机械清焦作业首次成功应用于长岭分公司焦化装置加热炉，取得了明显的效果。与传统烧焦相比，炉管清洁更加彻底、干净；炉管损伤小；能够清除炉管内壁的重金属和盐垢；机械清焦后的焦粉和冲洗水可以循环利用，更加安全环保。但由于是首次实施机械清焦，各项准备工作花费时间太长，协调不到位；清焦方准备不足，多组水泵中只有一台能够持续使用，大大延长了清焦时间；发射器与炉管连接的转向弯头设计安装不到位，时常出现法兰泄漏现象。为今后的清焦作业积累了经验，为企业的安、稳、长、满、优及节能降耗工作打下坚实的基础。表3机械清焦与传统清焦比较项目方法机械清焦烧焦化学清洗对炉管腐蚀/损伤无有有清焦球的特殊构造不会对炉管造成损伤在烧焦过程中温度的变化较大本身对炉管内壁有一定损伤火险无有有零风险高风险高风险清焦过程中的风险无有无控制系统随时监控清焦情况结焦情况严重时易堵无对环境的影响无有有所有清除的焦块都被收集起来集中处理，水为循环用水排出大量含有坚硬固体的热水和蒸汽需要大量的水来中和清洗剂最终效果100%75%50%能够彻底的清除炉管内焦炭盐垢等不能清除硬焦不能清除图5烧焦与机械清焦对炉管影响效果示意图