焦化提负荷操作指导意见(焦炭塔部分）.doc

提高现有焦化装置加工负荷的操作指导意见中国石化炼油事业部2007年10月20日4焦炭塔的操作管理、工艺指标控制及操作指导意见焦炭塔是焦化装置的核心设备，焦化的裂解和缩合生焦反应在焦炭塔内进行，焦炭塔是焦化装置的反应器。焦化原料渣油在加热炉中被快速加热到500左右进入焦炭塔，为防止加热炉管结焦，炉出口的反应转化率一般不大，大部分的反应延迟到焦炭塔内进行，裂解的热量除了来自原料渣油本身外还有一部分由缩合反应提供。缩合反应生成的焦炭停留在塔内，并由塔壁向中心扩展，中心形成进料通道，在焦炭层以上为主要反应区，即泡沫层。泡沫层分油相泡沫和气相泡沫，气相泡沫在上部，其密度约为30100kg/m3，油相泡沫在焦层以上，其密度约为100700 kg/m3，焦化反应主要在泡沫层，一般为460470，高度约35米。裂解反应生成的气体、汽油、柴油、蜡油、循环油组分，由焦炭塔顶流出并经过急冷油冷却后进入分馏塔。随着原料的不断进入，产生的焦炭量增加，焦炭层高度增加，泡沫层也随之升高。塔内反应示意图如下： 底部进料 侧面进料焦炭塔的单塔处理量越大，要求的焦炭塔直径和高度越大，焦炭塔直径主要由焦炭塔塔内的允许气速决定。焦炭塔塔内的允许气速可以按如下公式计算： u 允许=0.048×C×(泡沫-油气)/油气0.5 u 允许塔内的允许气速；m/s 泡沫泡沫层的密度；kg/m3 油气油气的密度；kg/m3 C 系数。(0.81.0)由此可以看出，焦炭塔塔内的允许气速和泡沫层的密度及油气的密度有关，泡沫层的密度又和原料性质、反应温度、操作压力及是否注入消泡剂等有关，油气的密度和产品分布、产品性质、操作温度及操作压力等有关。取气相泡沫密度：30100kg/m3，油气的密度：56kg/m3，计算焦炭塔塔内的允许气速在：0.0960.21 m/s，即塔内的油气气速大于0.096 m/s时，就有低密度的泡沫被油气携带，如果塔内的油气气速大于0.21 m/s时，较高密度的泡沫就会被油气携带，并且携带量大大增加。国内外焦炭塔塔内的操作气速大部分在0.090.21 m/s之间,因此携带焦粉是不可避免的,关键是如何减少焦粉携带和对携带到油气管线及分馏塔内的焦粉如何即使清除。焦炭塔的高度根据焦炭产率、生焦时间、泡沫层高度来确定。焦炭塔内的泡沫层高度约为35米，当在焦炭塔内注入消泡剂后，泡沫层的高度一般减少3050。安全空高一般为塔顶切线离泡沫层顶部的距离，国内设计的焦炭塔一般安全空高为35米，国外焦炭塔的安全空高一般为23米。空高越大，焦炭塔的利用率越低，但油气在塔内的停留时间延长，有利于泡沫层气泡的破裂，对减少油气线和分馏塔内结焦有利。空高的计算公式如下：其中：H切焦炭塔筒体切线高度, m； G焦焦炭生焦速率, kg/h； 焦生焦时间, hr； 焦塔内焦炭堆密度, kg/m3(800900 kg/m3)； V锥焦炭塔锥体体积, m3； D塔焦炭塔直径, m； H泡沫泡沫层高度, m。目前国内焦化装置操作测量的空高是指钻焦口法兰离焦炭层的距离，是焦炭冷却后通过尺子测量的，和设计的空高有一定的区别。一是焦炭塔的封头高度和钻焦口高度各装置不同，球型封头比椭圆封头的高度多一倍，大直径焦炭塔的封头比小直径焦炭塔的封头高，二是由于原料性质的不同导致塔内泡沫层高度各装置不同，因此采用目前的空高来判断焦炭塔的利用率不十分合理，建议使用设计采用的空高概念来判断焦炭塔的利用率。塔体材质比较材料15CrMo14CrMo许用应力475 MPa107116高温屈服强度475 MPa176.5185.5裙座连接处的应力值和疲劳寿命比较型式堆焊型整体型加热时的应力值（psi）5438447262冷却时的应力值（psi）2183413824计算疲劳寿命 (周期)550310704焦炭塔是焦化装置的核心，它的操作直接影响到加热炉、分馏塔、吹汽放空塔、冷切焦水系统和焦炭装运系统等。焦炭塔是间歇操作的设备，当一个塔在进料时，另一个塔在进行除焦操作。主要操作步骤如下：序号操作步 骤操作目的来源及去向 操作时间1生焦裂化和缩合反应进料来自加热炉，产品油气去分馏塔，焦炭在塔内18242切换塔进料切换到另一个塔进料来自加热炉，产品油气去分馏塔，焦炭在塔内0.20.23小吹汽汽提焦炭塔和焦炭中的油气,降低焦炭塔和焦炭温度蒸汽来自管网，G=16t/h汽提蒸汽及油气去分馏塔，1.01.54大吹汽汽提焦炭中的油气,降低焦炭塔和焦炭温度，建立焦炭孔隙率蒸汽来自管网，G=820t/h，汽提蒸汽及油气去放空塔，冷凝冷却回收污油和水。1.52.0序号操作步骤操作目的来源及去向 操作时间5小给水慢慢冷却焦炭塔和焦炭以降低温度冷焦水来自冷焦水罐，G=2030t/h，水汽化产生的蒸汽及少量油气去放空塔，冷凝冷却回收污油和水。1.01.56大给水快速冷却焦炭塔和焦炭以降低温度冷焦水来自冷焦水罐，G=200400t/h，塔顶溢流排水至冷焦热水罐。3.54.57排水排放焦炭塔中存水塔底排水至冷焦热水罐。1.51.58顶底头盖拆 卸为除焦做准备采用自动顶盖机和自动底盖机0.30.39除焦用高压水清除塔内的焦炭高压水来自高压水泵Q=150300m3/h,P=16 35Mpa,水和焦炭自塔底经溜槽去焦池。3.53.510顶底头盖安装为下次进料做准备采用自动顶盖机和自动底盖机0.50.511试压检查顶/底盖的密封，驱赶塔内空气蒸汽来自管网，G=510t/塔，蒸汽去分馏塔，水去甩油罐。0.51.012塔预热升温加热焦炭塔体到320400，减少切换进料时焦炭塔的热应力油气来自另一个生焦的塔，凝缩油至甩油罐并由甩油泵送走，不凝油气至分馏塔。4.55.513闲置备用不可预测操作失误耽误的时间0.01.5操作条件及注意事项：序号操 作操作条件注意事项1生 焦通过急冷油量控制塔出口油气管线温度420；通过料位计检测泡沫层高度，控制泡沫层距顶封头切线3米；切换前5小时或泡沫层达到第二点料位计检测点时注入消泡剂；通过压缩机的调速系统，控制焦炭塔顶的压力比安全阀定压低0.05Mpa；通过安全阀入口压力和油气管线压力之差（0.01 Mpa）判断油气出口结焦程度，定期清理油气出口结焦防止超压。 定期检查焦炭塔的膨胀高度定期检查焦炭塔的垂直度、径向轴向变形、裂纹情况和厚度。检查焦炭塔所有法兰的泄露情况。检查焦炭塔区域高温阀门的法兰的泄露情况、开关位置、执行机构。检查和焦炭塔相连管道的变形情况2切换塔加热炉进料量和炉出口温度控制平稳；待进料塔油气预热达到下部出口温度320400。待进料塔底部进料线隔断阀打开并预热完成。切换完成后关闭另一个塔的油气隔断阀及急冷油；及时投用生焦塔急冷油，控制塔顶温度认真确认四通阀的旋转方向、确认四通阀后隔断阀的开关状态，严禁切换时炉管憋压。切换后老塔尽快吹扫，防止高温渣油在管道结焦。3小吹汽通过流量控制调节阀控制小吹汽量。直径5.46.8米的焦炭塔吹汽量13吨/时，直径8.09.8米的焦炭塔吹汽量36吨/时，吹汽时间1.02.0小时或塔顶油气出口温度达到410以下。此时为分馏塔气相负荷最大，吹汽量尽可能的减少，适当增加时间，避免分馏塔超负荷。小吹汽时消泡剂继续注入，减少焦粉携带。4大吹汽通过流量控制调节阀控制大吹汽量。直径5.46.8米的焦炭塔吹汽量510吨/时，直径8.09.8米的焦炭塔吹汽量1020吨/时，吹汽时间1.02.0小时或塔顶油气出口温度达到380以下。大吹汽和小吹汽不能间断，防止油焦倒流；吹汽量尽可能的减少，适当增加时间，避免放空系统超负荷出现放空塔晃动或放火炬气体温度超高；放空塔晃动可以适当提高放空塔的压力。5小给水通过流量控制调节阀控制小给水量。直径5.46.8米的焦炭塔给水量1015吨/时，直径8.09.8米的焦炭塔给水量2050吨/时，给水时间1.02.0小时或塔顶油气出口温度达到250以下。冷焦水给水要逐渐增加，防止焦炭塔超压和避免放空系统超负荷出现放空塔晃动或放火炬气体温度超高；放空塔晃动可以适当提高放空塔的压力。6大给水通过流量控制调节阀控制大给水量。直径5.46.8米的焦炭塔给水量150250吨/时，直径8.09.8米的焦炭塔给水量300400吨/时，给水时间3.05.0小时或塔顶溢流水出口温度达到100以下。为防止焦块到热水罐或冷焦水池建议溢流水到焦池。冷焦水给水要逐渐增加，防止焦炭塔超压。适当提高冷焦操作压力也可以提高冷焦速度。塔顶溢流时间0.51.0小时。采用泡焦时，时间可控制0.51.0小时，泡焦时塔顶蒸发放汽口打开，以提高冷却速度。7排水打开塔顶出口管道上的呼吸阀，保证顶部和大气相通，慢慢打开塔底放水阀，放水到冷焦水热水罐或冷焦水池。在保证管道不被焦炭堵塞和管道不震动的条件下，尽可能加快放水。放水开始可能夹带焦块，建议开始放慢点。或者开始放到焦池。建议增加冷焦放水特殊过滤器，过滤大块焦炭。8顶底头盖拆 卸采用人工或自动打开顶底除焦法兰盖人工开顶底除焦法兰盖应对称松动法兰螺栓，禁止集中一侧拆卸，受力均匀。卸盖时先泄放塔内压力和存水，然后在全部打开。认真确认哪个焦炭塔可以除焦，严禁误开生焦塔的法兰盖。自动顶底头盖的开关必须和焦碳塔的温度和压力联锁，同时主控室给定开关信号。9除焦切焦器送入塔口，启动高压泵；切焦水控制阀打旁路循环；切焦器送入塔口下58米，通过切焦水控制阀使切焦水系统预充升压；通过切焦水控制阀和塔顶高压阀高压水切焦；先钻孔后切焦。直径5.46.8米的焦炭塔高压水流量150200吨/时，压力15 25Mpa,直径8.09.8米的焦炭塔高压水流量150200吨/时，压力28 35Mpa,切焦时间应控制在24小时之内。高压水泵出口及切焦水系统压力较高，一定注意安全。钻孔尽可能的大；钻杆转速控制不能太快。钻距不宜太大；防止卡钻、焦炭塌方。10顶底头盖安装采用人工或自动安装顶底除焦法兰盖人工安装顶底除焦法兰盖应对称法兰螺栓，禁止集中一侧上紧再上另一侧，使法兰受力均匀。装盖时检查垫片，清理法兰槽的焦粉和杂物。 注意上法兰盖前，清理焦炭塔入口管道内的焦炭。11试压通过大吹汽流量控制调节阀控制蒸汽量向塔内充蒸汽，焦炭塔吹汽量510吨/塔，时间0.51.0小时，通过呼吸口向大气赶空气，待赶净空气后关闭呼吸阀，升压到0.10.2 Mpa，检查除焦口法兰。注意通过塔底排放口及时排除塔内冷凝水，减少甩油（焦炭塔预热凝缩油）中的含水量。试压时控制蒸汽流量，严禁超压。12塔预热升温打开塔顶油气隔断阀引高温油气进焦炭塔，高温油气通过焦炭塔、甩油罐进入分馏塔，提高预热速度可以关油气出口背压阀，降低预热速度可以关甩油罐油气出口阀。加热焦炭塔体到320400。 不建议利用油气出口球阀来调节油气预热速度；油气预热时要观察塔体温度和出口温度。油气预热不易太快，控制在46小时，一是减少塔体变形，二是油气预热时会影响生焦塔的压力和分馏塔的物料和热量平衡，应进行适当的调整。13闲置备用不可预测操作失误耽误的时间