＊孫立琪

（中海石油舟山石化有限公司 浙江 316000）

1.前言

中海石油舟山石化有限公司170萬噸/年餾分油加氫裝置以重油裂解裝置的重餾分油為改質(zhì)原料，裂解石腦油和粗工業(yè)燃料油為精制原料油，改質(zhì)原料油在經(jīng)過高壓換熱器（E2103、E2101）換熱升溫后，進(jìn)入原料油加熱爐（F2101）加熱，加熱爐爐管分A、B兩路，爐出口兩路匯和后，原料進(jìn)入預(yù)加氫精制反應(yīng)器（R2103），進(jìn)行預(yù)精制脫氮。

加熱爐出口兩路溫差。加氫裝置在2022年6月大檢修后開工以來，F(xiàn)2101出口兩路溫差波動頻繁，最大溫差達(dá)到14℃。

圖1 2022年9月8日至10月8日原料油加熱爐出口兩路的溫差趨勢圖

2.加熱爐出口兩路溫差大原因分析

對于加熱爐而言，爐出口A、B兩路出現(xiàn)較大溫差的主要原因可以分為兩種：（1）兩路爐管內(nèi)介質(zhì)發(fā)生偏流導(dǎo)致吸熱量不一致；（2）爐膛兩側(cè)發(fā)生偏燒導(dǎo)致兩側(cè)熱輻射程度不一致。

(1)爐管偏流

加熱爐爐管偏流主要有以下幾個(gè)原因：

①低負(fù)荷運(yùn)行期間，兩路爐管進(jìn)料量無法平均分配。

②爐管內(nèi)存在一定程度的結(jié)垢。換熱器在運(yùn)行期間，殼層內(nèi)的原料油因換熱升溫后所含的不飽和烴發(fā)生縮合反應(yīng)形成膠質(zhì)積碳結(jié)焦，以及上游帶來的固體機(jī)械雜質(zhì)，被流體帶入到加熱爐，不能均勻分布在爐管，造成兩路爐管發(fā)生偏流。

③本裝置是屬于爐前混氫工藝流程，在不同的條件下，氣液兩相的流動流型不一樣，主要流型包括氣泡流、液節(jié)流、環(huán)狀流等。氣液分布不均，流動流型變換，流體內(nèi)相對的運(yùn)動摩擦也不同，造成爐管偏流。

根據(jù)裝置在6月開工以來，各加工負(fù)荷下，加熱爐進(jìn)出口壓降無明顯增大，不考慮加熱爐爐管偏流為主要原因。加熱爐進(jìn)出口壓降趨勢圖如圖2所示。

圖2 原料油加熱爐2022年9月至10月爐管差壓趨勢圖

(2)爐膛偏燒

加熱爐燃燒狀態(tài)影響著加熱爐的能耗，加熱爐燒偏會造成部分火嘴氧含量過剩，部分火嘴因氧含量低燃燒不充分產(chǎn)生CO，甚至同時(shí)造成爐膛氧含量及煙氣中CO含量升高，這樣既降低加熱爐熱效率，又增加了CO排放量。加熱爐偏燒，說明加熱爐爐膛熱負(fù)荷不均勻，熱負(fù)荷大的部位爐管易結(jié)焦，勢必影響加熱爐的長周期運(yùn)行[1]。

根據(jù)圖3，從趨勢中可以得出本裝置原料油加熱爐出口兩路溫差波動頻繁且差值較大，主要原因就是加熱爐爐膛南北兩側(cè)偏燒。

圖3 原料油加熱爐出口兩路溫差與爐膛南北兩側(cè)溫差對比

造成爐膛偏燒有許多因素，本裝置較為直觀的有：加熱爐火嘴火焰燒偏、儲運(yùn)來尾氣的影響和加熱爐燃燒器故障。

①加熱爐火嘴火焰燒偏

火嘴火焰大小不均的原因有：

A.各火嘴燃料氣分配不一，導(dǎo)致南北兩側(cè)火嘴火焰燒偏，爐膛溫差變大。

根據(jù)對現(xiàn)場進(jìn)行火嘴火焰調(diào)整，9#火嘴對爐膛偏差最為敏感，現(xiàn)場看火窗觀察9#火嘴火焰過高，且尾部火焰飄散，但是根據(jù)火嘴分布圖（圖4）以及燃料氣引出點(diǎn)，末端火焰應(yīng)該最小。

圖4 加熱爐火嘴分布圖

分析原因，現(xiàn)場各火嘴手閥均有卡量，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥后燃料氣壓力高，無法分配均勻，9#火嘴燃料氣管線背壓高，燃料氣氣速高，卡手閥控制各火嘴燃料氣的量，對加熱爐燃燒影響太大。從圖5看，2022年9月30日3點(diǎn)至6點(diǎn)，根據(jù)加熱爐所需的出口溫度調(diào)節(jié)燃料氣壓力，爐膛南北兩側(cè)發(fā)生多次波動。

圖5 提高加熱爐燃料氣量后，導(dǎo)致的爐膛偏燒

B.燃料氣管網(wǎng)壓力低，球罐補(bǔ)高瓦，燃料氣組分變化。

本裝置燃料氣總管壓力控制點(diǎn)為0.46MPa，管網(wǎng)發(fā)生波動后，控制手段為球罐液化氣氣化補(bǔ)足管網(wǎng)壓力，致使燃料氣組分突然變重，根據(jù)組分燃燒難易情況，重組分基本在末端幾個(gè)火嘴燃燒，從而導(dǎo)致爐膛北側(cè)熱負(fù)荷高，火嘴火焰普遍較長，導(dǎo)致爐膛南北兩側(cè)溫差大。圖6中燃料氣管網(wǎng)壓力下降后，補(bǔ)入球罐液化氣，引起了爐膛南北兩側(cè)溫差變大。

圖6 球罐補(bǔ)高瓦后，爐膛南北兩側(cè)溫差變大

C.配風(fēng)量不均，爐膛過?？諝庀禂?shù)高或低。

根據(jù)各火嘴配風(fēng)引出點(diǎn)，因1#～8#，17#～24#火嘴為單側(cè)輻射，不做參考，所以畫出9#至16#火嘴配風(fēng)點(diǎn)（圖7），可以發(fā)現(xiàn)南側(cè)離鼓風(fēng)機(jī)出口近，鼓風(fēng)量更高，符合本裝置在加熱爐在正常運(yùn)行時(shí)，爐膛南側(cè)氧含量比北側(cè)高。

圖7 9#至16#火嘴配風(fēng)引出點(diǎn)

從現(xiàn)場加熱爐北側(cè)火嘴燃燒狀況，火焰狀態(tài)不穩(wěn)定、飄散，甚至舔爐管，主要是配風(fēng)量不足，穩(wěn)定火焰狀態(tài)的過?？諝庀禂?shù)不夠。在燃料氣壓力過高或者組分過重的情況下，燃料氣燃燒不充分，可能會發(fā)生火焰尾部再燃，導(dǎo)致爐膛負(fù)壓大幅波動。

南側(cè)因過?？諝庀禂?shù)過大，由于燃燒反應(yīng)過快使得火焰高度較低，同時(shí)入爐空氣多，爐膛溫度下降，傳熱不好，煙氣帶走熱量多。

②儲運(yùn)尾氣的影響

從圖7可以看到，儲運(yùn)來尾氣是并入鼓風(fēng)機(jī)入口，與空氣一起進(jìn)入火嘴燃燒器風(fēng)道。尾氣中含有大量可燃?xì)猓瑢?dǎo)致爐膛溫差變大。2022年10月5日18:34，儲運(yùn)來尾氣閥門開至90后，大量尾氣進(jìn)去爐膛燃燒，加熱爐爐膛南北兩側(cè)溫差最高達(dá)到100℃左右（圖8）。

圖8 儲運(yùn)尾氣補(bǔ)入后，爐膛溫度曲線圖

③燃燒器故障

A.燃料氣帶液，火嘴堵塞，火焰跑偏。B.停工期間，發(fā)現(xiàn)燃燒器風(fēng)道中累積了大量焦炭塊狀固體，導(dǎo)致風(fēng)道堵塞，配風(fēng)量大量下降。

因火嘴與風(fēng)道均在2022年6月停工檢修期間進(jìn)行清理，并且進(jìn)入爐膛檢查燃燒器完好，所以燃燒器故障不做主要原因進(jìn)行分析。

3.消除爐膛溫差的主要方法

近期，原料油加熱爐出口兩路溫差波動頻繁，分析過后，主要原因是火嘴燒偏及儲運(yùn)尾氣大幅度補(bǔ)入造成的爐膛偏燒。進(jìn)行了多種調(diào)整方式，后期幾月成果較為可觀，趨勢平穩(wěn)（圖9）。

圖9 調(diào)整后成果

現(xiàn)場和DCS調(diào)整手段：

（1）當(dāng)燃料氣壓力波動，組分波動時(shí)，及時(shí)根據(jù)加熱爐出口溫度及爐膛溫度，調(diào)整燃料氣的壓力，可以緩解爐膛溫差的上升。

（2）如碰到DCS調(diào)整無法緩解溫差的波動，觀察火焰燃燒情況，現(xiàn)場調(diào)整9#火嘴燃料氣手閥開度，DCS上溫差會迅速得到斧正。

（3）根據(jù)現(xiàn)場各火嘴燃燒情況，調(diào)整現(xiàn)場風(fēng)門開度，使得各火嘴燃燒充分，保證燃料氣在燃燒前與空氣充分得到混合，不發(fā)生脫火、火嘴抽滅的異常情況。

（4）DCS及時(shí)調(diào)整A、B路風(fēng)道閥門，使各路火嘴配風(fēng)量均勻，爐膛內(nèi)氧含量在正常區(qū)間內(nèi)，能夠有效控制好火焰的燃燒形態(tài)，保證火焰不會過長或過短，不會無力、無規(guī)則飄動，不發(fā)生火焰舔爐管的情況。

（5）爐膛溫度波動時(shí)，應(yīng)該及時(shí)觀察儲運(yùn)送尾氣情況，調(diào)整加熱爐燃料氣壓力，發(fā)現(xiàn)過晚，會導(dǎo)致爐膛溫差惡化。

（6）加強(qiáng)對燃料氣分液罐的脫液，定期清理燃燒器火嘴及風(fēng)道，防止焦炭積累，導(dǎo)致火嘴燒偏、火嘴抽滅。

4.結(jié)論

（1）加熱爐正常運(yùn)行情況，各火嘴手閥不卡量，通過調(diào)整燃料氣調(diào)節(jié)閥調(diào)整爐膛熱負(fù)荷?，F(xiàn)階段卡加熱爐各火嘴手閥，來調(diào)整火焰的大小、穩(wěn)定，不是長久之計(jì)，在往后的調(diào)整過程中還是需要慢慢、分多次對火嘴手閥進(jìn)開大，通過燃料氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，如發(fā)生閥后燃料氣壓力過低，可以熄滅幾個(gè)火嘴進(jìn)行調(diào)整，節(jié)約燃料氣的用量。

（2）和風(fēng)道有兩路一樣，把燃料氣入加熱爐也分為A、B兩路來調(diào)整，消除燃料氣分配不均的情況。因?yàn)榉磻?yīng)進(jìn)料爐24個(gè)火嘴燃料氣均在一根主管上引出，不用手閥調(diào)整各火嘴燃料氣用量，可能會由于燃料氣分配不均造成火焰燃燒不均一，所以還是考慮24個(gè)火嘴燃料氣也用2根主管進(jìn)行分配，分為A、B兩路用兩個(gè)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整。