刘伟
中国石油乌鲁木齐石化公司 新疆 乌鲁木齐 830019
摘要：焦化装置经常出现结焦的现象是很难避免的，因为在管内存有高粘度、高残炭的流动介质油渣，焦化装置也是因为焦化加热炉辐射室炉管结焦而不能安稳生产。现在有一种方法可以满足生产需求，就是安置一些热电偶温度监控在焦化加热炉的炉膛、炉管出入口及部分炉管外表面等地方，但这仍不能准确了解炉管内的结焦状况。现在我们不能满足于对新设计的焦化加热炉在线烧焦技术的小成就，而应把注意力转移到怎样延缓加热炉炉管结焦，怎样延长装置的运行周期等问题上。
关键词：延迟焦化加热炉炉管结焦原因分析及对策
前言：新型混配陶瓷纤维烧嘴砖的使用性能与传统的重质高铝烧嘴砖相比较，具有体积密度小、安装方便、热稳定性好、使用寿命长等显著特点，是一种具有实际推广价值的新型轻质耐火材料。它解决了一段转化炉因顶部烧嘴砖脱落而引起炉子损坏、被迫停车抢修的设备隐患，为甲醇装置生产达标和实现安、稳、长、满、优运行提供了保障。
一、 炉管结焦机理
渣油是胶体分散体系，其中沥青质构成分散相胶束的核心，胶质、芳烃以及饱和分构成分散介质。胶质、沥青质分子的基本结构是以多个芳香环组成的稠合芳香环系为核心，周围连接若干个环烷环，芳香环和环烷环上都有若干个长度不一的烷基侧链，分子中还杂有各种含硫、氮、氧基团及络合的镍、钒、铁等金属，而胶质、沥青质是由若干个单元薄片重叠组成。薄片间依靠分子间作用力形成一个半有序的类石墨晶胞结构，这一胶体体系具有的稳定性是依靠构成胶体体系的各个组分的相互作用力而达到的。这种作用力有构成这个体系各个组分的偶极矩力、电荷转移和氢键的作用，一旦这些作用力由于外界条件改变而发生变化，肢体体系的稳定性就会被打破，相态发生分离，出现“第二液相”。在渣油合生焦反应中，沥青质是主要的生焦前身物。渣油具有良好的安定性，体系温度低、芳烃和胶质浓度越高，则体系越稳定；而体系温度高、沥青质和饱和烃含量越高，体系就越不稳定。当体系的温度达到某一值后，胶质的溶解能力降低，使渣油的胶体体系受到破坏。在加热过程中缩合反应使原有胶质结构改变，并生成新的沥青质，增加了沥青质的含量，同时胶质也发生裂解反应，使胶质的芳香性减弱，裂解反应所产生的轻质烃类降低了分散介质的分散性能，使得胶溶组分胶溶能力下降，破坏胶粒与周围油相之间物理平衡，导致沥青质析出。在这些因素的共同作用下，沥青质浓度迅速增高到分散体系的最低浓度以上，超过了分散介质与其相溶的程度，从而使沥青质发生聚沉，形成有明显界限的第二相；另一方面相对分子质量高的短侧链缩聚芳烃的沥青质受热易发生侧链断裂反应，致使沥青质在进行裂化反应的同时进行缩合、聚合、脱氢和脱烷基反应，形成焦炭状沥青质。这些焦炭状沥青质在延迟焦化加热炉管中沉积在炉管内壁上，受热后进一步缩合脱氢，最终导致加热炉管结焦。
二、加热炉炉管结焦原因
l、油品。油品在炉管中发生的两次反应会导致炉管结焦现象。油品在加热炉炉管中，先是裂解然后缩合，进而形成高分子焦炭。炉管结焦整个过程可以概括为焦粒的产生、扩张、沉积过程。其中，油品的性质和温度，直接影响了焦粒的产生和扩张，油品的流速、含盐量对焦粒在炉管内壁沉积有巨大影响。也就是说，焦粒的沉积速度直接反映了炉管的结焦程度。油品的性质对焦化加热炉炉管结焦有密切影响。石蜡基组分在特性因数高，在温度较低的情况下，很快裂解并结焦；石蜡基组分并不是油品原料胶质、沥青质的优良溶剂，会随着温度不断升高，会促使沥青质、胶质与液相分离，然后形成结焦。一般来说，特性因数较低的油品，富含大量的芳香烃，并在高温下进入临界分解阶段的。
油品会随着温度的上升，不断发生气化反应，骤然增快油品在加热炉炉管内的流速，对加热炉炉管管壁有冲击、携带的作用，因此焦粒会很难附着沉积在炉管管壁，有效规避了炉管结焦的问题。由此可见，特性因数较高的油品原料，必须以高流速状态进入并通过临界分解阶段，才能有效避免炉管结焦。
2、油品含盐量的影响。在高温下，盐类很容易发生结晶反应，并且会在油品随温度升高，剧烈的气化和裂解中，结晶明显加快。盐类的特性之一便是高温作用下，附着于金属表面的力量增强，会在延迟焦化炉加热炉炉管内形成结垢：此外，盐垢在炉管内的形成，对油品流速产生阻力，并局部温度上升，为焦粒的着床进而生长创造了有利条件，对油品原料中的烃类成分的结焦有加剧作用。
3、边界层。介质流动于炉管内部时，与炉管表面存在的过渡区被称之为边界层。介质温度一般是低于边界层的平均温度，且平均流速大于边界层。因此，最先进入临界温度区是边界层主体．并且所产生的焦炭浓度较高。不结焦的情况是在介质裂解临界温度高于边界层。当边界层较低温度进入介质裂解层较高温度时，所产生的焦炭就会增加，并且是随温度变化的，这时焦化加热炉炉管开始结焦。综上所述，可以以得出的结论是炉管结焦的速率，与边界层压力、温度、流速以及焦炭浓度有直接关系，并且当边界层的焦炭月厚，那么炉管结焦越快。焦化加热炉的炉管内结焦，会减小油品的流通面积，时介质流动受阻，并且降低了传热效率，致使整个延迟焦化装置的能耗上升。
三、处理炉管结焦的建议
(一)改进燃烧器。具有安全操作性能、能够有效提高热强度的均匀稳定性，这两大考虑因素是燃烧器设计和选用的关键因素。燃烧器必须具备稳定的火焰、不舔管、不发飘的优良性能。像类似于低NO x扁平焰气体燃烧器，就是优选的高效燃烧器。除了选用高效燃烧器外，还可以改造原有燃烧器，将原有燃烧器的供风通道扩大，起到增大风力的作用，能够有效保证燃烧气体的完全燃烧最佳。
(二)管架和炉管的隔热性能。管架与炉管的接触点很容易结焦．为了避免这一现象，在管架和炉管之间应该设置良好的隔热层，有效减少管架对炉管的热传导现象，减少接触点结焦的几率。
(三)根据原料性质，去除杂质。焦化装置原料质量逐渐下降，所含沥青质升高是其明显表现。在对沥青质含量较高的油品原料进行加工时，必须采取大循环比，并且增大加热炉的注气量，将加热炉出口温度降低等措施，都能够减缓加热炉炉管结焦现象。另外，油品原料尽可能拖延处理。将进入焦化装置的原料含盐量降低到标准范围以下。并将掺炼催化油浆的掺炼率严格控制在5％-10％以内。此外，还要考虑到油浆的催化裂化，属于重质稠环芳烃，所含的催化剂粉末在炉管内很容易发生反应，形成焦核。因此，要及时去除杂质，才能保证减缓炉管结焦。
(四)注汽量的控制。注汽能够在原料进行裂化反应时，降低裂化产物的分压，并加快裂化反应；在缩合反应式，能够起到加快炉管流速的作用，并加快焦垢的脱落速度，有效的防止结焦。当油膜升高，并且局部产生巨大热量，产生高辐射，此时进行注汽，能够有效提升介质的流动速度，并对油膜的厚度有减缓作用．能够平衡控制结焦的生成和脱落。
结束语：延迟焦化加热炉是延迟焦化装置的核心设备，延迟焦化炉辐射管结焦速率的大小决定延迟焦化加热炉的开工周期，同时也决定着延迟焦化装置的开工周期。造成装置停工烧焦，炉管结焦问题成为影响装置长周期运行的最重要因素，因此对加热炉炉管结焦的原因进行分析并找出对策，有利于装置的长周期运行。
参考文献：
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[2]焦继霞.解决焦化装置结焦的有效技术措施[J].中外能源，2019(5).