許建選

（中國(guó)石油遼陽(yáng)石化公司生產(chǎn)監(jiān)測(cè)部，遼寧遼陽(yáng)111003）

延遲焦化裝置焦炭塔保溫方案設(shè)計(jì)

許建選

（中國(guó)石油遼陽(yáng)石化公司生產(chǎn)監(jiān)測(cè)部，遼寧遼陽(yáng)111003）

延遲焦化裝置焦炭塔塔體的保溫效果，對(duì)塔內(nèi)液體的收率有很大的影響。原有的塔體保溫設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮到塔體的特殊性，保溫結(jié)構(gòu)熱損失大、易破壞、壽命短、塔體容易產(chǎn)生裂紋。文中采用了新型焦炭塔保溫方式，該保溫方式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、保溫性能優(yōu)良、方便安裝和拆卸、使用壽命較長(zhǎng)，節(jié)能效果顯著。

焦炭塔；保溫改造；背帶式保溫；液體收率

某延遲焦化裝置生產(chǎn)能力為1 600 kt/a，塔體的外部保溫結(jié)構(gòu)采用支持圈直接焊在焦炭塔外壁，使用“石棉+鍍鋅鐵皮”的老式保溫方法。該種保溫結(jié)構(gòu)，防水、防風(fēng)及防腐蝕能力差，散熱量大，能耗高，塔體溫度分布不均勻，局部易破損，維修量大，費(fèi)用高。現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，塔頂和塔底保溫已完全脫落，塔體中間部分很多地方鼓包、破損，保溫層外壁溫度高達(dá)70～80℃，造成了大量熱能浪費(fèi)，且對(duì)操作工存在燙傷的安全隱患。因此，更換焦炭塔的保溫結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行，以提高延遲焦化裝置生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率，降低能耗，并消除安全隱患。

1 焦炭塔特殊性分析

（1）焦炭塔是一種低周循環(huán)的熱疲勞容器，操作溫度為450～500℃，且呈周期性變化。即48 h之內(nèi)，從常溫至500℃左右，再降至常溫，操作溫度的周期性變化，引起殼體熱脹冷縮的周期性變化［1］。

（2）由于焦炭塔材料是Cr-Mo鋼，且經(jīng)過(guò)熱處理，殼體不允許隨意焊接各種附件，焦炭塔是熱疲勞的壓力容器任何附件的焊接都將形成殼體的很大的局部峰值應(yīng)力［2］。所以殼體上不允許進(jìn)行任何的焊接或者其它容易差生局部過(guò)高應(yīng)力的作業(yè)。

（3）由于焦炭塔使用一定周期后會(huì)出現(xiàn)裂紋等缺陷，須定期進(jìn)行檢查，所以相應(yīng)的保溫部位應(yīng)該是可以方便拆卸的，便于實(shí)施檢查［3］。

焦炭塔工作的特殊性決定了保溫材料的高質(zhì)量要求、施工的特殊化。因此，使用有新材料、新結(jié)構(gòu)方式組成的焦炭塔保溫設(shè)計(jì)對(duì)未來(lái)的焦炭塔保溫改造顯得尤為重要?！氨硯健北厥乾F(xiàn)在使用最廣、技術(shù)成熟度最高的新型焦炭塔保溫方式，通過(guò)同行業(yè)企業(yè)的實(shí)際使用，保溫效果得到了驗(yàn)證。

2 焦炭塔“背帶式”保溫結(jié)構(gòu)

焦炭塔“背帶式”保溫結(jié)構(gòu)為相鄰的內(nèi)保溫支持使用卡簧、半軟質(zhì)保溫材料、伸縮性網(wǎng)架，外保溫支持縱向、橫向采用碳鋼帶，底部采用的彈簧、保溫支持間隔均勻，保證了受力均勻?？蓾M足焦碳塔從0℃至500℃左右的溫度頻繁升降對(duì)焦碳塔保溫苛刻的工藝要求及焦碳塔熱脹冷縮變形的要求；可增加焦碳塔外部的預(yù)制安裝量，縮短保溫安裝工期；可防止焦碳塔因水力切焦產(chǎn)生的大量水進(jìn)入保溫層而使得保溫層遭受損壞。整個(gè)焦碳塔的保溫自成一體，確保焦碳塔正常工藝操作，節(jié)能增效，消除安全隱患，有利于裝置的安穩(wěn)運(yùn)行。焦炭塔新型背帶式保溫結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，2。

圖1 焦炭塔整體保溫結(jié)構(gòu)

圖2 焦炭塔保溫結(jié)構(gòu)切面

3 保溫改造方案

針對(duì)延遲焦化裝置焦炭塔原有保溫的缺陷，決定采用新型“背帶式”保溫結(jié)構(gòu)技術(shù)，對(duì)焦炭塔進(jìn)行保溫改造。

3.1 內(nèi)保溫支持結(jié)構(gòu)

內(nèi)保溫支持結(jié)構(gòu)軸向采用若干根碳鋼帶，上端和進(jìn)料口的內(nèi)支持鋼圈連接，下端自由伸張。橫向采用水平保溫支持角鋼支撐用卡簧連接，以適應(yīng)焦炭塔隨溫度的熱脹冷縮的變化。軸向支持碳鋼帶之間用不銹鋼帶束緊，防止相互竄動(dòng)。

3.2 保溫層

塔體保溫層總厚度160 mm。最內(nèi)層采用硅酸鋁纖維氈；2層和3層采用憎水型復(fù)合硅酸鹽板材；固定層在保溫層外面，用不銹鋼龜甲網(wǎng)將將保溫材料加以固定，并為涂料層提供掛件；涂料層在固定層外側(cè)涂抹復(fù)合硅酸鹽涂料，使得整個(gè)焦碳塔保溫形成一體，使外層壁溫在40℃以下。防水層，為了防止雨水、除焦水或油污水侵蝕保溫層，在涂料層外側(cè)設(shè)三油二布。

3.3 外保溫支持結(jié)構(gòu)

由軸向、橫向碳鋼帶組成。軸向碳鋼帶下端處設(shè)拉簧連接，解決了焦炭塔軸向熱脹冷縮問(wèn)題。

3.4 外保護(hù)層

采用鋁合金瓦楞板，固定在外保溫支持結(jié)構(gòu)的碳鋼帶上。

4 保溫技術(shù)分析

（1）“背帶式”保溫技術(shù)保溫效果好，塔體外表面溫度下降明顯，塔體熱損失小。據(jù)相關(guān)煉化裝置采用新型保溫材料考核數(shù)據(jù)得知，新型保溫結(jié)構(gòu)可減少熱量損失，縮小加熱爐出口與焦碳塔內(nèi)的焦化反應(yīng)溫差。中國(guó)石油錦西石化公司統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，對(duì)焦炭塔改造前后塔身的外表面溫度進(jìn)行了散熱標(biāo)定，改造后單塔塔體散熱量比改造前減少顯著。與改造前相比，焦碳塔外表溫度平均降低了11℃以上，因此應(yīng)用新型保溫可以大幅度提高液體收率（焦碳塔內(nèi)介質(zhì)溫度每增加5.6℃，液體收率將提高1.1%左右）。

（2）可縮短預(yù)熱時(shí)間，減少焦炭塔預(yù)熱甩油量。中國(guó)石油錦西石化公司統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，焦炭塔保溫改造前，單塔的預(yù)熱時(shí)間為4.5 h，應(yīng)用新型背帶式保溫后，預(yù)熱時(shí)間僅為3 h，每塔預(yù)熱時(shí)間平均縮短1.5 h。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較合理。不在設(shè)備本體上進(jìn)行焊接作業(yè)；滿足了新材質(zhì)的要求，使用鋁合金瓦楞板做外保護(hù)板；布局合理、施工規(guī)范、搭接縫和塞縫填實(shí)，有效地防止熱量從保溫層搭接縫處擴(kuò)散。

（4）內(nèi)部保溫選材適當(dāng)，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)量小，費(fèi)用低。施工所用材料如背帶、瓦楞板等都是標(biāo)準(zhǔn)件，便于安裝、拆卸等；在檢查塔體裂縫時(shí)，省工、省時(shí)。

5 焦炭塔改造前后對(duì)比分析

5.1 改造前后溫度對(duì)比

對(duì)焦炭塔保溫改造前后分別用熱紅外成像儀對(duì)爐體外表面進(jìn)行了紅外照射，通過(guò)熱紅外成像分析，得出了塔體外表面溫度前后對(duì)比數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1 塔保溫改造前后溫度對(duì)比

從表1可以看出，焦炭塔保溫改造后，焦炭塔各部位的表面溫度下降顯著，保溫改造后的外表面平均溫度與改造前相比，下降了15.4℃，說(shuō)明新型焦炭塔保溫改造取得了很好的保溫效果［4，5］。

5.2 改造前后能耗對(duì)比

由表1中的數(shù)據(jù)可計(jì)算出該焦炭塔保溫改造前、后塔體散熱損失量：

式中q—表面熱流量，kJ/（m2·h）；u—環(huán)境周圍風(fēng)速，m/s；tb—塔平均表面溫度，℃；t0—環(huán)境溫度，℃。

散熱損失量：

式中S—焦炭塔傳熱面積，m2。

改造前的散熱損失量：

Q1=3.6（10+u0.5）（tb-t0）×S=3.6×（10+1.20.5）×（62.4-20）×523.7=886 942.9 kJ/h=246.4 kW

改造后的散熱損失量：

Q2=3.6（10+u0.5）（tb-t0）×S=3.6×（10+1.20.5）×（47-20）×523.7=564798.5 kJ/h=156.9 kW

改造后散熱節(jié)約量為［6～9］：

Q1-Q2=246.4-156.9=89.5 kW

（計(jì)算中環(huán)境風(fēng)速取1.2 m/s，環(huán)境溫度為20℃）

從改造前后散熱量的損失比較計(jì)算中可以看出，新型保溫技術(shù)有效減少熱量損失，使焦炭塔保持較高的反應(yīng)溫度，從而可以提高液體收率。由于焦炭塔改造后表面溫度降低了15.4℃，散熱節(jié)約量為89.5 kW，經(jīng)濟(jì)效益顯著［10～12］。

6 結(jié)束語(yǔ)

塔體表面某些部位缺少保溫或保溫破損，長(zhǎng)期裸露，特別在下雨、下雪時(shí)，會(huì)造成塔內(nèi)外溫差陡增，熱應(yīng)力增大，是塔體變形，焊縫開(kāi)裂的潛在隱患。與以前的焦炭塔保溫方式相比，新型“背帶式”焦炭塔保溫方式保溫效果好，節(jié)能效果顯著；其模塊化的安裝、拆卸方式極大的解決了生產(chǎn)過(guò)程中塔體進(jìn)行裂縫檢查時(shí)對(duì)塔體保溫層的損害；其獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和材料的使用，使得該種保溫方式維護(hù)量小、維護(hù)費(fèi)用低、使用壽命長(zhǎng)；其良好的保溫性使得爐體散熱量大幅下降，從而使得塔內(nèi)保持較高的反應(yīng)溫度，大幅提高了液體的收率。

［1］顧一天，賈桂茹，趙現(xiàn)峰.焦炭塔的新型保溫結(jié)構(gòu)［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2005（2）：7-8.

［2］張維忠.焦炭塔選材與受力數(shù)學(xué)模型研究及工業(yè)應(yīng)用［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2007（5）：30-32.

［3］孫詩(shī)琨，郭敏鐸，李鋒.新型背帶式保溫技術(shù)在焦炭塔上的應(yīng)用［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2005（3）：22-24.

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［7］孫詩(shī)琨，郭敏鐸，李鋒.新型背帶式保溫技術(shù)在焦炭塔上的應(yīng)用［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2005，26（3）：22-24.

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［9］劉德志.焦炭塔裙座局部結(jié)構(gòu)的處理［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2009，30（5）：20-22.

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［11］沈惠芬.焦炭塔保溫設(shè)計(jì)的改進(jìn)［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2013（4）：34-36.

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Scheme design for coke drum insulation of delayed coking unit

Xu Jianxuan
（Production Monitoring Division of PetroChina Liaoyang Petrochemical Company，Liaoyang 111003，China）

Insulation effect of the coke drum body in the delayed coking unit has significant influence on the yield of liquid in the drum.The original drum body insulation design had not considered the particularity of the drum,the insulation structure had high heat loss,was easy to damage,had short service life,and the drum body was easy to generate cracks.In this paper,the new type coke drum insulation method is used,this insulation method has rational design of structure and good insulation performance,is convenient for installation and disassembly,has long service life,and significant energy-saving effect.

coke drum;heat transformation;strap-type insulation;liquid yield

TE962

B

1671-4962（2017）06-0048-03

2017-07-13

許建選，男，工程師，2008年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事節(jié)能監(jiān)測(cè)工作。