中国石化武汉分公司
定向反射技术在武汉分公司2#焦化加
热炉应用
中石化武汉分公司 肖翔
摘要 本文介绍了定向反射技术的原理及在武汉分公司2#延迟焦化装置的改
造过程及应用效果。通过定向反射技术的应用，改造后在装置处理能力增加近30%的基础上，生产能耗降低，液体产品收率增加明显，装置运行平稳，经济效益显著。
关键词 定向反射 焦化 加热炉 应用
延迟焦化是一种利用重油在热转化深度较低时不易出现结焦前体物（结焦母体）的特性，在焦化加热炉管内获得重油轻质化所需要的能量，然后在焦炭塔内完成生焦反应的工艺过程。控制焦化炉炉管结焦速率是确保延迟焦化装置长周期运行的基础；尽量提高焦化炉生焦反应给热量及生焦反应给热品质，确保生焦反应（吸热）所需要的热量，减少装置的焦炭产率及干气产率提高汽柴油收率，是该工艺过程获得经济效益的技术关键。
焦化炉是延迟焦化装置的核心单元设备，焦炭塔的反应过程与反应结果由焦化炉控制，其地位与催化裂化提升管，乙烯装置裂解炉相当，决定了装置规模、操作周期及经济效益。目前国内焦化加热炉应用较多的是单面辐射炉和双面辐射炉技术，渣油在炉管内的流向基本都是从对流管进入辐射管后，由上至下梯次升温，在炉管外壁温度最高点处出加热炉，将焦化反应延迟到焦炭塔内进行。
焦化加热炉的操作决定了装置处理能力和收率水平，中国石油化工股份有限公司武汉分公司有两套延迟焦化装置。1#延迟焦化装置处
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理能力为100万吨/年，采用二炉四塔工艺。2#延迟焦化装置设计处理能力为120万吨/年，采用一炉两塔工艺，武汉分公司渣油的处理能力与延迟焦化装置的加工能力不配套，焦化渣油处理量长期在120～150万吨/年，实际生产中必须开满2#延迟焦化装置，同时间断地开停半套1#延迟焦化装置，即1#焦化只开其中的1炉2塔。这样带来以下问题：（1）装置能耗高；（2）1#焦化只开一个系列，低负荷状态下操作难度大。（3）在武汉分公司炼油二期改造完成后，现有的二套焦化装置的处理能力仍不能满足全厂加工量需要，同样需要2#焦化处理能力的进一步提高。为了解决这些问题，2#延迟焦化装置于2010年10月进行了扩能改造，核心即是采用定向反射技术改造加热炉 。
1 炉管结焦机理及定向反射技术简介 1.1 结焦机理
图1 结焦机理
按自由基反应机理，在渣油热转化过程种，裂化和缩合两种反应是同时发生的，裂化反应的活化能较低，在温度较低时，裂
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化反应的反应速度大于缩合反应的反应速度，随温度的上升和裂化反应深度的增加，缩合反应的反应速度逐渐加大，当温度升高到渣油临界温度的下限时，沥青质种的稠环化合物的分子在热力作用下，靠分子极性产生的吸引力相互平移接近，形成更大的分子。中间相体的形成和出现是相变过程的初级阶段，碳质沥青质的形成是相变过程的中级阶段，石油焦的形成是相变过程的高级阶段。 1.2定向反射炉技术
定向反射技术的核心之一是通过附墙燃烧器加热炉墙，使之成为一个定向均匀的反射面，炉管受热更加均匀，减少不正常燃烧时火焰舔管的概率。通过增加对流和辐射炉管，采用“下进上出”的流程，改变油品在炉管内的流向，在避免油品在炉管内结焦的同时，延长了油品在高温段的停留时间。
图2 传统燃烧方式与炉管走向
图3 新的燃烧方式与炉管走向
2 2#延迟焦化扩能改造内容
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2.1加热炉改造内容
（1）增加辐射室、对流室排管
为扩大辐射室空间，将原4路辐射管（单排双面辐射形式）每路由26根增加至32根，每路增加的6根炉管按双排布置在辐射室最上端，即只增加3层。增加的6根炉管为“双排双面辐射”形式，相应更换炉支吊架。
原对流室上部预留了2排16根炉管的位置，本次改造增加16根翅片管。涉及改造部分：
增加炉管Φ127×10×17386共6×4=24根。增加翅片管Φ127×10×17000共16根。加长更新辐射管架20套。炉底钢结构及衬里更新，侧墙、端墙加长。 （2）将辐射室流程改为下进上出
延迟焦化炉的设计要求油品温度大于426℃后在管内的停留时间不超过45秒。原流程，渣油在对流室加热后进入辐射室上部，后由下部出加热炉。增加排管后势必延长高温段停留时间。因此，对管系走向进行了优化，通过设置炉外转油线，渣油出对流室后进入辐射室底部，由辐射室上部出，避开过热区域，缩短油品停留时间，延缓结焦，延长炉子连续运行时间。改造后油品在427℃以上管炉停留时间 33秒。注汽点位置相应变更。涉及改造部分：
增加Φ127×10辐射至对流转油线4根。加热炉至焦炭塔前四通阀转油线改造，渣油辐射室出口抬高约5米。辐射出口至四通阀的转油
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线应尽量短，根据现场管线布置情况，尽量采用满爬坡的方式走线，这样有利于减少震动，并防止弹丸焦的产生。 (3)燃烧器更新
“双面定向反射炉”技术的核心之一为通过附墙燃烧器加热炉墙，使之成为一个定向均匀的反射面，炉管受热更加均匀。本次改造，将96台燃烧器更换为新型贴墙火嘴，其位置移至紧靠炉墙。贴墙燃烧能使热强度下移，并减少不正常燃烧时火焰舔管的概率，增大底部热强度。涉及改造部分：
更换燃烧器96台，炉底风道改造。 (4)辐射室衬里改造
炉底下移后，中间火墙及侧墙均加高600mm以上。炉底衬里重做，并采用高铝耐火砖。
采用贴墙燃烧，火墙中部采用凹凸设计，以强化底部传热，HFz大约控制在 2.5～3m，凸墙不小于三层。
为减小过剩空气系数，利于贴墙燃烧，将侧墙看火孔密封。涉及改造部分：
中间火墙及炉底衬里更新，辐射室侧墙及端墙改造，密封侧墙看火孔。
(5) 空气预热器改造
由于加热炉负荷的增加，排烟温度也会随着上升。为进一步提高加热炉热效率，改造现有热管空气预热器。在现有空气预热器构架上