鄭志斌，蔡海軍，魏 文，魏志強(qiáng)

(中國石油烏魯木齊石化公司，烏魯木齊 830019)

在線清焦技術(shù)的應(yīng)用對焦化加熱爐的影響

鄭志斌，蔡海軍，魏 文，魏志強(qiáng)

(中國石油烏魯木齊石化公司，烏魯木齊 830019)

介紹了在線清焦技術(shù)在中國石油烏魯木齊石化公司1.20 Mt/a延遲焦化裝置加熱爐上應(yīng)用后對加熱爐產(chǎn)生的影響。在線清焦技術(shù)的應(yīng)用有效延長了加熱爐的運(yùn)行時間，但是也對加熱爐產(chǎn)生了不利影響，實踐證明在線清焦操作會導(dǎo)致加熱爐爐管表面熱偶脫落、爐管表面氧化剝皮、爐管入口固定螺栓松動、爐管出口法蘭螺栓疲勞等不良后果。同時針對在線清焦操作產(chǎn)生的不良影響，提出了一些建議。

在線清焦 延遲焦化 加熱爐 損害

中國石油烏魯木齊石化公司1.20 Mt/a延遲焦化裝置加熱爐于2011年11月正式投用，加熱爐為直壁附墻燃燒雙面輻射立式爐，爐管材質(zhì)為A335P9，加工介質(zhì)為減壓渣油，設(shè)計負(fù)荷41.79 MW。2012年9月中國石油烏魯木齊石化公司首次對加熱爐進(jìn)行在線清焦操作。本文主要介紹在線清焦技術(shù)的應(yīng)用對焦化加熱爐的影響。

1 在線清焦技術(shù)的應(yīng)用

在線清焦技術(shù)最早起源于乙烯裂解爐的設(shè)計和操作，該技術(shù)可以實現(xiàn)在不停爐的情況下對爐管內(nèi)結(jié)焦進(jìn)行有效的清除。操作時對加熱爐多管程中的某一管程切除進(jìn)料并通入清焦介質(zhì)除氧水或凝結(jié)水，清焦介質(zhì)以及清除的焦炭與其它正常運(yùn)行管程的油品一同進(jìn)入焦炭塔。在線清焦技術(shù)有兩種[1]：一種是恒溫法，其原理是利用高速流動的水蒸氣對焦垢層的沖刷作用及水蒸氣在高溫下與焦炭發(fā)生水煤氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣；另一種方法是在線清焦的核心方法，即變溫法。變溫法的原理是利用金屬爐管與管內(nèi)焦垢層熱膨脹系數(shù)的不同，通過快速升高及降低爐管溫度，使得焦炭層與爐管剝離。

2012年9月中國石油烏魯木齊石化公司焦化加熱爐綜合應(yīng)用兩種在線清焦方式，首次對加熱爐進(jìn)行在線清焦操作[2]，統(tǒng)計至2013年8月共對加熱爐分支爐管進(jìn)行25次操作。應(yīng)用在線清焦技術(shù)后，爐管表面溫度下降80 ℃以上，燃料氣用量減少500 m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，有效延長了加熱爐運(yùn)行時間，為全裝置達(dá)到三年一修提供了有力保障。分支爐管在線清焦統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。由表1可見：1號爐管清焦9次，清焦次數(shù)最多；2號、4號爐管清焦5次，清焦次數(shù)最少。加熱爐運(yùn)行初期單支爐管清焦時間平均在24 h左右，升降溫8次左右。在裝置運(yùn)行后期單支爐管的清焦時間延長到58～100 h，升降溫次數(shù)多達(dá)13～27次，清焦難度不斷增大。

表1 分支爐管在線清焦統(tǒng)計數(shù)據(jù)

2 在線清焦對爐管的影響

2.1 爐管表面熱偶脫落

經(jīng)過25次在線清焦操作后4支爐管表面熱偶共出現(xiàn)7個失靈，熱偶顯示溫度明顯高于爐管表面溫度，接近爐膛溫度。熱偶失靈的主要原因是在線清焦過程中，快速升降溫對熱偶焊接處產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致熱偶焊縫斷裂，熱偶脫落。在2013年8月停工檢修中對爐管熱偶進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)失靈的熱偶均發(fā)生焊縫斷裂。

2.2 爐管出口法蘭螺栓疲勞延長

爐管經(jīng)過3次以上在線清焦操作后，加熱爐出口法蘭螺栓出現(xiàn)疲勞延長現(xiàn)象，在清焦操作完成后投用進(jìn)料時，出現(xiàn)加熱爐出口法蘭瞬間撐開發(fā)生泄漏。原因是多次快速升降溫過程中，加熱爐出口法蘭螺栓出現(xiàn)疲勞延長現(xiàn)象，在投用進(jìn)料時爐管入口壓力升高導(dǎo)致加熱爐出口法蘭泄漏。

2.3 爐管入口固定螺栓松動

在線清焦操作中，滅火降溫時清焦注水流量需從7 t/h提高至9 t/h，大量低溫水迅速帶走爐管熱量，此時爐管會發(fā)生震動，在清焦操作過程中發(fā)現(xiàn)爐管入口固定螺栓震松脫落的情況。所以在操作過程中要加強(qiáng)所有爐管固定螺栓的檢查工作，確保將在線清焦操作對爐管產(chǎn)生的沖擊降至最低。

2.4 爐管宏觀檢驗

在線清焦快速升降溫的實現(xiàn)，需要快速將清焦?fàn)t膛全部主火快速點(diǎn)燃或熄滅，所以清焦?fàn)t膛的氧含量控制難度比較大，容易出現(xiàn)爐膛氧含量超指標(biāo)的情況。初期對爐膛氧含量控制沒有重視，導(dǎo)致分支爐管出現(xiàn)不同程度氧化剝皮現(xiàn)象。2013年8月20日加熱爐檢驗報告對爐管的宏觀檢驗顯示，1號爐管第1～9根、2號爐管第1～8根、3號爐管第1～6根和4號爐管第1～6根，表面都有不同程度氧化脫落現(xiàn)象。在2012年5月24日曾對加熱爐進(jìn)行全面檢測，在線清焦技術(shù)應(yīng)用前，加熱爐爐管未見氧化剝皮現(xiàn)象，說明在線清焦操作時氧含量過高會導(dǎo)致加熱爐爐管表面出現(xiàn)氧化剝皮。

2.5 爐管厚度檢測

在2013年8月停工檢修中對加熱爐爐管厚度進(jìn)行檢測，加熱爐清焦前后爐管厚度檢測結(jié)果如表2所示。由表2可見：1號爐管平均厚度減薄0.34 mm，最薄點(diǎn)厚度變化最大，減薄值為0.80 mm；4號爐管平均厚度減薄0.12 mm，最薄點(diǎn)厚度變化最小，減薄值為0.60 mm。結(jié)合表1可見：1號爐管清焦次數(shù)最多，所以1號爐管厚度減薄最嚴(yán)重；2號爐管在線清焦次數(shù)少，但連續(xù)清焦時間最長，最長時間達(dá)到100 h，升降溫次數(shù)最多，單次清焦升降溫27次，所以2號爐管厚度減薄情況僅次于1號爐管；4號爐管清焦次數(shù)和連續(xù)清焦時間最少，所以4號爐管厚度變化最小。說明分支爐管在線清焦次數(shù)越多，連續(xù)清焦時間越長爐管減薄程度越大。

表2 爐管厚度檢測結(jié)果

2.6 滲透探傷

在2013年8月對加熱爐1號～4號爐管各抽2處焊縫進(jìn)行了滲透檢測，未發(fā)現(xiàn)可記錄性缺陷，評為Ⅰ級，說明在線清焦操作對爐管焊縫無影響。

2.7 硬度檢測

按金屬顯微組織檢驗方法GB/T 13298—1991要求在分支爐管中的第1根直管、第2根直管以及第2個彎頭上各選取一點(diǎn)，磨制1個金相點(diǎn)JX-13-100。經(jīng)拋光、浸蝕及復(fù)膜后進(jìn)行檢驗，金相組織檢測結(jié)果均為回火索氏體。

在金相組織檢測位置利用硬度檢測儀HT-2000A/20-9709檢測爐管硬度，爐管硬度檢測數(shù)據(jù)(HBHLD)見表3。

表3 爐管硬度檢測結(jié)果

由表3可知，以上8根直管及4個彎頭的金相組織均正常，說明前期在線清焦操作對爐管金相組織無影響。2012年和2013年爐管硬度檢測結(jié)果見表4。由表4可見，對比2012年和2013年爐管硬度檢測數(shù)據(jù)，1號～4號爐管硬度平均值和最低值變化不大，說明前期在線清焦操作對爐管硬度無明顯影響。

表4 2012年和2013年爐管硬度檢測數(shù)據(jù)

3 結(jié)論及建議

在線清焦技術(shù)的應(yīng)用有效延長了加熱爐的運(yùn)行時間，但是也對加熱爐產(chǎn)生了不利影響，實踐證明在線清焦操作會導(dǎo)致加熱爐管表面熱偶脫落、爐管表面氧化剝皮、爐管入口固定螺栓松動、爐管出口法蘭螺栓疲勞等不良后果。

由加熱爐檢測報告可知，一個運(yùn)行周期進(jìn)行25次在線清焦雖然對爐管金相組織、爐管硬度無影響，滲透探傷也未發(fā)現(xiàn)可記錄性缺陷。但宏觀檢測爐管表面氧化剝皮現(xiàn)象較嚴(yán)重，爐管出現(xiàn)不同程度減薄現(xiàn)象。在線清焦次數(shù)越多，連續(xù)清焦時間越長爐管減薄程度越大。綜合分析出現(xiàn)的問題之后，在以后的清焦過程中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

(1) 檢修中對爐管表面熱偶全面檢查，對于焊縫有裂開的要重新焊接，確保焊縫嚴(yán)密焊透。

(2) 在線清焦操作過程中，需要嚴(yán)格控制清焦?fàn)t膛的氧體積分?jǐn)?shù)不大于3%，減少爐管表面氧化剝皮，尤其是在高溫恒溫時間段，爐管表面達(dá)到了675 ℃，過高的氧含量會加重爐管氧化剝皮情況。

(3) 加強(qiáng)對爐管進(jìn)口固定螺栓的檢查，在操作前及操作過程中均需要對固定螺栓檢查和恢復(fù)。在投用進(jìn)料前對加熱爐管出口法蘭進(jìn)行熱緊，防止投進(jìn)料時發(fā)生泄漏。

(4) 加強(qiáng)加熱爐日常運(yùn)行管理，減少在線清焦次數(shù)；制定合理的清焦界面條件，在加熱爐爐管出現(xiàn)輕微掛焦時進(jìn)行在線清焦，防止?fàn)t管結(jié)焦過厚，減少在線清焦持續(xù)時間。

(5) 裝置停工檢修期間，需對加熱爐進(jìn)行全面檢查，尤其是爐管的檢測尤為重要。

[1] 魏學(xué)軍，李出和，胡剛.焦化加熱爐在線清焦的設(shè)計與實踐[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2008，29(2)：33-35

[2] 鄭志斌，魏文.在線清焦技術(shù)在1.2 Mt/a焦化加熱爐上的應(yīng)用[J].石油煉制與化工，2014，45(7)：62-65

EFFECT OF ONLINE DECOKING TECHNOLOGY ON LONG-TERM OPERATION OF COKING FURNACE

Zheng Zhibin， Cai Haijun， Wei Wen， Wei Zhiqiang

(RefineryofUrumqiPetrochemicalCo.，CNPC，Urumqi830019)

Urumqi Petrochemical Co.，CNPC adopts the online decoking technology for its 1.2 Mt/a delayed coking device. This text introduces the situation of heating furnace. The online decoking technology prolongs the furnace running time， but has some adverse effect on the heating furnace， such as thermocouple falling off， tube surface oxidation peeling， tube entrance capebolt loosing，heating furnace outlet flange bolt fatigue. Some suggestions are proposed to solve these damages.

online decoking； delayed coking； heating furnace； damage

2014-07-14； 修改稿收到日期： 2014-10-20。

鄭志斌，2010年畢業(yè)于東北石油大學(xué)化學(xué)工程與工藝本科專業(yè)，從事延遲焦化裝置工藝技術(shù)管理工作。

鄭志斌，E-mail：zhengzbws@petrochina.com.cn。