云南石化渣油加氢装置加热炉优化改造纪实

导 读

中石油云南石化渣油加氢装置共有3台加热炉，分别为I/II系列反应加热炉F-0101-I/II(设计热负荷12.21MW)和分馏加热炉F-0301(设计热负荷22.49MW)，共用烟气余热回收系统。加热炉运行中主要存在以下的问题：

一是加热炉烟道气实际检测CO和氧含量、炉膛负压偏大，DCS显示值偏小，实际调节裕度偏小；

二是加热炉火嘴燃烧情况不好，存在偏烧、火焰发飘、熄灭的现象；

三是烟道排烟温度偏高，配风温度较低，造成加热炉热效率不高；

四是余热回收系统炉管腐蚀严重，影响烟道系统平稳运行。

针对上述问题，利用装置停工检修期间，对余热回收炉炉管进行检修改造，提高余热回收系统稳定性和加热炉热效率。

加热炉优化调整

01仪表维修调校

根据实际检测的CO含量、氧含量、炉膛负压数据，校验相关仪表，对比DCS显示值，进行偏差修正。根据准确的CO含量、氧含量、负压值进行优化调节，将氧体积分数控制在0.5%~2.0%，CO质量分数不大于50μg/g，炉膛负压控制在-20~-40Pa。为增加炉膛氧含量的可控性，对容易漏风的部分(防爆门、看火窗、点火门等)，增加密封措施，降低空气过剩系数。

02火嘴前风道压力修正调节

第一阶段，提高鼓风机负荷(由42%提至47%)，鼓风机出口压力从400kPa升至640kPa。根据炉膛负压相应提高引风机负荷(由36%提至40%)。开大加热炉入口温控副线，增加反应加热炉负荷，提高燃烧器燃烧效率。

第二阶段，开大各加热炉东西炉膛风道挡板，配合现场关小二次风门(开度由70%~80%降低至10%~20%)，风道挡板开大后各风道分支压力由-24Pa增加至120Pa。

第三阶段，根据现场长明灯、主火嘴燃烧情况，熄灭问题火嘴，疏通管线，重新点燃火嘴，并调整火焰燃烧高度。

03调整汽包加药量

装置共有3台蒸汽发生器，所产低低压蒸汽汇集后均进入余热回收系统蒸汽过热部分。蒸汽炉管发生腐蚀泄漏前，各汽包每次换罐补充2.0kg磷酸盐，各汽包连排阀门开度较大，且经常发生炉水磷酸根超标情况，需要定期排放操作。为保证炉水pH值和磷酸根的指标满足要求，现将每台汽包的磷酸盐加注量改为1.5kg。关小各汽包连排阀门和减少定排次数，既保证了炉水质量合格，又减少了所产蒸汽的磷酸盐携带量，避免了对蒸汽过热段炉管腐蚀。

04提高过热段蒸汽流量

加热炉联合烟道排气温度偏高，最高时可达138℃，主要原因是加热炉的余热未得到充分的利用。在不改变现有工艺流程的情况下，主要调节手段是提高低低压蒸汽换热量，尽可能地多回收烟气的余热，降低烟道排气温度。因此将3台蒸汽发生器蒸汽压力由0.52MPa降至0.50~0.48MPa，低低压蒸汽发汽量由40t/h增加至44t/h，增加低低压蒸汽换热量，排烟温度由135℃降至123℃。

加热炉余热回收检修改造

2020年3月，利用I，II系列停工处理新氢线期间，对烟道过热段炉管进行检修，发现蒸汽过热传送或弯头多处焊缝甚至管线母材出现裂纹。该段曾在2019年9月、2018年2月、2018年10月进行过3次漏点修复。

对3个母材有裂纹的弯头进行更换，焊缝进行缺陷修复。该过热段弯头材质为15CrMoG，尺寸为168mm×8mm，更换弯头材质为12Cr1MoVG。

01裂纹修复

蒸汽过热段炉管裂纹情况如下。

对于沿焊道方向的裂纹，采用角磨机进行打磨处理，将裂纹清除，沿裂纹延伸方向延长打磨5~10mm，使用电钻在裂纹末端钻孔将裂纹切断，沿与裂纹垂直方向打磨出1~2cm长的切口将裂纹切断，以防缺陷蔓延。对于裂纹沿管线轴线方向向母材扩展的，先用钻头在裂纹末端钻孔切断裂纹，再对裂纹进行打磨，将裂纹清除。

02更换弯头

对所有弯头采用角磨机沿两端焊缝切下，按焊接工艺要求制备坡口重新焊接安装新弯头，坡口制备为对接V形坡口。焊接前要对焊接位置进行预热，预热温度控制在150~250℃。焊前热处理采用电加热或氧炔焰火烤加热的方式。若不能立即进行焊后热处理，要在焊接完成后立即进行后热，后热温度宜为200~350℃，保温时间不少于0.5h。焊后热处理工艺按如下所示热处理曲线执行。

升温速度不大于220℃/h，300℃以下升温速度不做要求；保温温度740℃，保温时间0.5h；降温速度不大于260℃/h，300℃以下降温速度不做要求。

03质量检测

焊后对补焊位置先进行外观检查，检查合格后，待焊接位置自然冷却，进行渗透检测。焊接施工结束后，通入低低压蒸汽对蒸汽过热段进行试压检查，合格后恢复箱板、保温层施工。

04检修改造效果评估

余热回收系统检修改造期间，发现管线焊口周围沉积较多的白色碱性物质，经化验为碱性盐类，原因可能是低低压蒸汽中携带磷酸盐成分较多，造成了管线腐蚀泄漏。发现炉管腐蚀严重后，装置重新调整汽包加药量，并优化汽包液位、压力等参数，保证炉水质量合格的同时，也减少所产蒸汽的磷酸盐携带量，降低蒸汽管线碱性腐蚀。通过提高炉管材质等级、优化换热流程，提高烟气换热效率和配风温度，提高余热回收部分运行稳定性和加热炉效率。

加热炉达标分析

以各季度加热炉实测运行热效率、排烟温度、CO含量、氧含量平均值为基础，装置按照加热炉设备状况、热负荷、设计效率等实际情况，对加热炉进行季度评定。加热炉各项参数分析结果如下。

由上图可以看出，加热炉优化调整后，2020年二季度各项工艺参数成功达到“红旗炉”标准：炉膛过剩氧体积分数0.5%~2.0%，烟气CO质量分数不大于50μg/g，烟道排烟温度123℃以下，平均热效率92.8%以上。

加热炉经济衡算

01燃料气经济衡算

2019年四季度日均燃料气耗量是74000m3，2020年一季度日均燃料气耗量是69000m3，2020年二季度日均燃料气耗量是67000m3。加热炉优化调整后，每天约减少7000m3燃料气，燃料气工业价格1.50~1.60元/m3，每天可以减少约1.0万元。装置以80%负荷计算，2019年四季度、2020年一季度、2020年二季度燃料气能耗分别为240.32，224.83，216.88MJ/t。优化调整后，装置综合能耗下降约23.46MJ/t。

02低压蒸汽经济衡算

低低压蒸汽产量增加后，装置综合能耗有所下降。装置以80%负荷计算，低低压蒸汽发汽量由40t/h增加至44t/h，低低压蒸汽工业价格200~220元/t，收益每天可以增加约12万元。低低压蒸汽能耗由-256.65MJ/t降低至-290.56MJ/t。优化调整后，装置综合能耗下降约33.91MJ/t。

03工艺防腐经济衡算

2020年3月，装置对烟道过热段炉管进行检修改造，改造后，预计烟道炉管使用寿命能够提高1.5~2.0倍。本次检修改造费用是420万元，改造后至今未发生异常泄漏事件。改造后，余热回收换热效率及配风温度明显提升，检修改造后至今未发生异常泄漏。检修改造总共能够减少约520万费用。

结论

1)通过对余热回收系统检修改造，烟气换热效率和配风温度均有明显上升，加热炉热效率有所上升，余热回收系统运行平稳。

2)加强加热炉日常运行管理：

①加热炉氧体积分数控制在0.5%~2.0%，辐射室顶部负压控制在-20~-30Pa，同时保证烟气中CO质量分数小于50μg/g；

②全关空气预热器副线阀，尽可能降低排烟温度至123℃左右；

③每周对所属加热炉运行情况检查一次，优化“三门一板”操作调整，确保加热炉在最佳工况状态运行；

④严格监测燃料气硫含量，根据硫含量测算烟气露点腐蚀温度，避免由于排烟温度过低造成余热回收设备腐蚀。

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