史偉 朱朝賓 付曉峰 全尚仁（錦西石化分公司）

減壓蒸餾裝置常壓爐節(jié)能改造

史偉 朱朝賓 付曉峰 全尚仁（錦西石化分公司）

采用耐高溫輻射節(jié)能涂料、強化傳熱、板式空氣預(yù)熱器等先進技術(shù)，對錦西石化分公司北蒸餾裝置常壓爐進行節(jié)能改造，改造后常壓爐主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)達到國內(nèi)同類裝置先進水平，加熱爐熱效率提高4.81%，燃料單耗下降30.31 MJ/t，年經(jīng)濟效益達619×104元。

常減壓蒸餾裝置 加熱爐 熱效率 節(jié)能 余熱回收

錦西石化分公司北蒸餾裝置常壓爐為圓筒式加熱爐，建于1978年，在近年的裝置改造中常壓爐均未做過大的改動，設(shè)備老化，運行狀況差，實際熱效率只有86%左右，與國內(nèi)同類加熱爐水平相比存在較大差距。

2009年，為解決分公司二次加工平衡問題及進一步節(jié)能降耗，北蒸餾裝置進行了單開常壓系統(tǒng)改造，原減壓系統(tǒng)停用。在單開常壓系統(tǒng)時，常壓爐燃料消耗占裝置總能耗的78%，提高加熱爐熱效率、減少燃料消耗，成為降低原油加工成本、提高裝置運行效率的關(guān)鍵。

1 常壓爐存在的問題

1.1 設(shè)備老化，散熱損失大

北蒸餾常壓爐襯里為高鋁纖維，在運行過程中已多處損壞脫落，特別是輻射室頂部對流室部分損壞較嚴重，爐表皮個別部位因腐蝕及襯里脫落在長期超溫條件下造成減薄或損壞，致使?fàn)t壁局部超溫、爐表皮變形，爐體散熱量大。

1.2 燃燒效果差，爐膛溫度高

常壓爐設(shè)計負荷27.9 MW，單開常壓系統(tǒng)改造后，裝置年設(shè)計處理量由300×104t下降到227.5×104t。改造后常壓爐實際熱負荷18.7～20.3 MW，與設(shè)計負荷相差較大，操作中難以做到多火嘴、齊火苗，爐膛內(nèi)溫度不均勻，火焰長且燃燒不完全，改造前爐內(nèi)火焰長度達到6 m以上，特別是油氣聯(lián)合時高壓瓦斯燃燒不完全而上升至輻射室頂部形成二次燃燒現(xiàn)象，造成對流室下部局部超溫，最高達到715℃左右。另外，由于單個燃燒器發(fā)熱量大，爐膛內(nèi)溫度不均衡，造成四路拔頭油溫度偏差大，經(jīng)常超出≤10℃的工藝控制指標(biāo)。

1.3 空氣預(yù)熱器運行周期短

北蒸餾裝置加熱爐煙氣余熱回收系統(tǒng)原采用熱管式空氣預(yù)熱器，北蒸餾常壓爐煙氣出對流室溫度大于340℃，極易造成熱管因超溫爆管，加上熱管本身質(zhì)量問題，空氣預(yù)熱器在使用中易失效，導(dǎo)致運行周期短。由于常壓爐燃料以常壓渣油為主，煙氣中的灰分很容易粘結(jié)在熱管翅片上而降低傳熱效果。預(yù)熱器新投運時換熱后空氣溫度為220℃，但運行不到15 d熱風(fēng)溫度即開始下降，3個月后熱空氣溫度只有112℃，排煙溫度卻達230℃以上，此時檢查熱管有半數(shù)以上失效，熱管翅片表面結(jié)垢積灰嚴重。煙氣余熱不能有效回收，直接影響常壓爐熱效率，此外，頻繁更換熱管也使操作費用大幅增加并影響裝置安全生產(chǎn)。

1.4 吹灰效果差

常壓爐對流室及空氣預(yù)熱器均采用電動旋轉(zhuǎn)式蒸汽吹灰器。吹灰器結(jié)構(gòu)落后，蒸汽耗量大，吹灰效果較差，對流室釘頭管及空氣預(yù)熱器熱管翅片易積結(jié)粘灰垢，導(dǎo)致熱阻增大。

2 節(jié)能改造措施

2.1 爐體改造

將輻射室中上部腐蝕減薄或損壞爐皮全部更換，常壓爐襯里由高鋁纖維更換為耐火澆注料加陶纖噴涂襯里。

襯里表面噴涂耐高溫輻射涂料。耐高溫輻射涂料的主要成分為水性多晶體礦化黑陶瓷，噴涂在陶纖襯里表面，可有效增強爐膛內(nèi)壁對輻射熱量的反射率，提高能量利用率，降低爐體外表面溫度，采用HT-1耐高溫輻射涂料可使加熱爐散熱損失率降低18.6%[1]。同時，耐高溫輻射涂料在高溫下固化后，致密性和整體性均好，耐沖刷不剝落，可以阻隔煙氣穿透襯里，有效延長了陶纖襯里壽命，減輕了保溫釘及爐壁腐蝕。

2.2 采用LGH強化傳熱燃燒器

常壓爐共有燃燒器12臺，其中3臺的燃料為裝置自產(chǎn)蒸常頂?shù)蛪和咚?，其?臺為油氣聯(lián)合燃燒器，燃料為系統(tǒng)高壓瓦斯或常壓渣油。本次改造將其全部改造為LGH型強化傳熱燃燒器。

2.2.1 強化傳熱燃燒器

強化傳熱技術(shù)主要是利用有限空間射流原理，使煙氣在輻射室形成強制性循環(huán)流場，提高對流傳熱效果，從而大幅度地提高加熱爐的熱強度和熱效率[2]。

其主要技術(shù)特點為：

1）通過強制通風(fēng)，提高入爐風(fēng)壓，使空氣與燃料的混合過程大大加強，噴嘴進風(fēng)由過去的兩級進風(fēng)改為多級進風(fēng)，即空氣經(jīng)過二次風(fēng)門后再次分配，一部分直接進入燃燒室、一部分則通過風(fēng)孔再分配后進入燃燒室，實現(xiàn)進風(fēng)的旋流供給。

2）燃氣或燃油噴槍均采用多級強化霧化結(jié)構(gòu)，有助于燃料的混合、蒸發(fā)和燃燒，實現(xiàn)了燃料在燃燒室內(nèi)的快速完全燃燒。

3）火盆采用特殊的出口收縮燃燒室結(jié)構(gòu)，提高煙氣喉口噴射速度，高溫?zé)煔庖愿咚俣葟氖湛趪娚涑鰜恚跔t膛內(nèi)起到射流作用，使?fàn)t膛煙氣分布流動更加均勻，通過高速均勻流動的煙氣實現(xiàn)強制對流，同時強化對流和輻射傳熱，這使?fàn)t管表面熱強度變得更均勻，從而提高爐管的平均熱強度。

2.2.2 燃燒器改造方案

常壓爐12臺燃燒器全部改造為LGH強化傳熱燃燒器，其中2臺經(jīng)過專門設(shè)計，仍以蒸常頂?shù)蛪和咚篂槿剂希溆?0臺為油氣聯(lián)合燃燒器。

鼓風(fēng)機應(yīng)用變頻器，通過鼓風(fēng)機的變頻技術(shù)控制入爐空氣壓力，使其保持在1.0～1.2 kPa，保證強制對流效果。

2.3 煙氣余熱回收系統(tǒng)改造

2.3.1 空氣預(yù)熱器的選擇

針對管束式及熱管式空氣預(yù)熱器存在的不足，經(jīng)過充分的調(diào)研與技術(shù)論證，改造最終選定板式空氣預(yù)熱器。板式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)特點決定其主要有以下幾方面優(yōu)勢：預(yù)熱器的使用不受煙氣溫度的限制；傳熱系數(shù)高、壓降低；根據(jù)需要，可以數(shù)個單體進行組合，使用靈活，拆裝方便；使用可靠，壽命長。

但在以燃料油或燃料油/燃料氣混燒的常減壓加熱爐上，國內(nèi)尚沒有板式空氣預(yù)熱器的應(yīng)用先例，因此在改造中根據(jù)裝置設(shè)備空間以及燃料特點，從板式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)選用、板間距、板厚以及抗煙氣低溫露點腐蝕等諸多方面進行新的改進。

2.3.2 改造方案

將原熱管式空氣預(yù)熱器拆除，利用其設(shè)備基礎(chǔ)及空間更新為SBJ型板式空氣預(yù)熱器；原鼓風(fēng)機、引風(fēng)機設(shè)備及控制方案不變，煙道及風(fēng)道根據(jù)板式空氣預(yù)熱器進行相應(yīng)改造。

1）預(yù)熱器模塊排列形式：每組2臺，用法蘭連接，共8組組成一臺空氣預(yù)熱器。在結(jié)構(gòu)上采用整體吸收熱膨脹，在片間增加導(dǎo)流片以增加片間的穩(wěn)定性和強化傳熱；采用雙法蘭壓緊措施，可以保證加熱爐的密封性，并且安裝、拆卸方便。

2）低溫露點腐蝕解決方案：高溫段選用碳鋼，低溫段選用專用鋼材涂防腐涂料；側(cè)壁板內(nèi)側(cè)澆注輕質(zhì)澆注料用以保溫；在空氣進出空氣預(yù)熱器的管道上增設(shè)旁路設(shè)計，由電控蝶閥控制參與換熱的冷空氣量，通過對進入預(yù)熱器的空氣流量的控制，可以對預(yù)熱器煙氣出口溫度（排煙溫度）進行方便有效的調(diào)節(jié)，從而保證排煙溫度控制在露點之上，避免露點腐蝕的產(chǎn)生，特別是在冬季環(huán)境溫度-20℃條件下也能夠保證排煙溫度高于露點溫度，從而保證空氣預(yù)熱器的長周期運行。

3）煙氣積灰問題的處理：板式空氣預(yù)熱器的傳熱片豎放，與煙氣流向一致，上、下流動的煙氣可直接通過豎放的傳熱片與水平流動的空氣進行換熱，降低兩側(cè)傳熱片積灰；板式預(yù)熱器的單體設(shè)計上適當(dāng)增加板間距，減少煙氣灰垢在板間停留的機會，利用煙氣的流速把煙氣灰垢沖下并排到清灰口部位；設(shè)置吹灰器的位置，留有檢修空間，方便對預(yù)熱器底部積灰的檢查和清理。

2.4 吹灰器改造

將常壓爐電動旋轉(zhuǎn)式蒸汽吹灰器拆除，改造為聲波除灰器，分4組共24臺，新增5臺調(diào)節(jié)閥及聲波除灰系統(tǒng)控制柜。

3 改造效果評價

改造前后加熱爐運行參數(shù)實測對比情況見表1。

表1 改造前后加熱爐運行參數(shù)對比

3.1 燃燒狀況明顯改善

改造為強化傳熱燃燒器后，火焰收斂、短促有力、噴射速度高，火焰高度基本在4 m以下。燒油時火焰呈黃白色，燒氣時呈藍白色，燃燒狀況明顯改善，見圖1、圖2。

高壓瓦斯燃燒更完全，徹底改變了因二次燃燒造成對流室下部局部超溫現(xiàn)象。

3.2 爐膛溫度明顯下降，溫差降低

改造后爐膛溫度顯著下降，在油品進料量同為約220 t/h的情況下，爐膛溫度由668℃下降至606℃左右，爐膛內(nèi)各點平均溫差較改造前下降32℃（表1）。由于輻射室對流傳熱被強化，爐膛內(nèi)熱量分布更加均勻合理，四路拔頭油溫差很容易達到≤10℃的工藝指標(biāo)。

3.3 煙氣余熱回收系統(tǒng)運行狀況改善

從表1可以看出，板式空氣預(yù)熱器投用后，預(yù)熱后空氣溫度由改造前的112℃大幅提高到245℃，且經(jīng)過近1年的運行，此溫度一直沒有下降，表明板式空氣預(yù)熱器的換熱效率高于原熱管式空氣預(yù)熱器，運行周期大幅提高。熱風(fēng)溫度沒有明顯下降也表明經(jīng)過創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳熱片積灰而影響傳熱效率問題得到較好解決。

加熱爐排煙溫度由原234℃降至162℃，下降幅度達到72℃。曾試驗冷流空氣全部通過預(yù)熱器，這時排煙溫度可以最低降至134℃。由于目前加熱爐燃料為燃料油/燃料氣混燒，為防止露點腐蝕，排煙溫度控制在160～165℃，在燃料改為脫硫后的天然氣/高壓瓦斯后，排煙溫度可以控制在＜140℃，進一步提高加熱爐效率。

3.4 加熱爐效率大幅提高

使用新型強化傳熱燃燒器后，燃料燃燒更加完全，熱風(fēng)溫度提高也使燃料的燃燒更加充分，煙氣氧含量由4%～6%下降至2.54%；襯里更換及耐高溫輻射涂料的應(yīng)用有效地降低了加熱爐排煙損失；排煙溫度下降72℃，煙氣余熱的回收更充分，加熱爐熱效率由改造前的86.4%提高至91.21%，加熱爐各主要技術(shù)指標(biāo)全面提高（表2）。

表2 改造前后常壓爐運行效果對比

4 經(jīng)濟效益

改造后常壓爐熱效率提升4.81%，標(biāo)定燃料消耗下降30.31 MJ/t，以年加工量225×104t計算，可節(jié)約燃料1629 t/a。燃料油按3800元/t計算，每年可降低費用619×104元，1年即可收回全部投資。

5 結(jié)語

北蒸餾裝置常壓爐已運行32年，通過采用耐高溫輻射節(jié)能涂料、強化傳熱燃燒器、板式空氣預(yù)熱器等一系列新技術(shù)，使?fàn)t效率大幅提高至91.21%，主要技術(shù)指標(biāo)達到國內(nèi)先進水平，對同類加熱爐的節(jié)能改造具有借鑒意義。

在國內(nèi)常減壓加熱爐煙氣回收系統(tǒng)中首次采用板式空氣預(yù)熱器，投用后熱風(fēng)溫度達到245℃且運行1年來沒有明顯下降，表明板式空氣預(yù)熱器完全可以應(yīng)用于以燒燃料油為主的常減壓加熱爐，并能夠長周期運行。

[1]祝德利，朱朝賓，蔡宏偉.加熱爐應(yīng)用耐高溫輻射節(jié)能涂料的效果[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2011，32（1）：11-12.

[2]劉德烈，韓劍敏，劉強.LGH型強化燃燒器的開發(fā)及應(yīng)用[J].煉油設(shè)計，1999，29（7）.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.012

史偉，1994年畢業(yè)于上海石油化工高等?？茖W(xué)校，工程師，從事常減壓蒸餾裝置技術(shù)管理工作，E-mail：shw_LL@163.com，地址：遼寧省葫蘆島市新華大街42號錦西石化分公司北蒸餾車間，125001。

2011-06-08）