焦化装置安全可控弹丸焦生产技术攻关方案(初稿)

1、焦化装置安全可控弹丸焦生产技术攻关方案编 写：翟志清 侯继承 李晓昌编 号：QD-4400-2003-2012审 核：审 批：技术质量处： 生产调度处： 机械动力处： 安全环保处： 批 准:分公司领导：焦化车间2012年3月15日根据分公司今年“七届七次”职代会提出的“三个优化”和“三个提升”指导精神，落实分公司提出的“安全可控弹丸焦”生产优化课题，为深层次挖掘装置潜力和拓展精细化管理内涵，结合焦化原料性质变化频繁、渣油平衡困难和掺炼塔河油后原料趋于劣质化的生产特点，在实施临界卡边操作、高苛刻度运行的基础上，以求进一步提高装置液收、降低装置加工损失和真正的实现渣油吃干榨净，部分指标引领同行业，

2、为创建标杆装置和实现效益最大化奠定良好基础，特开展焦化装置安全可控弹丸焦生产技术攻关。一、国内焦化装置弹丸焦生产情况调研在国际油价高起的年代，炼油厂为获取更好的经济效益，通常选择价格相对便宜的重质原油和劣质原油。与此同时，为能产出更多的高附加值产品，常减压装置采用各种措施提高原油的拔出率，使减压渣油变得越来越重。因此，使不少延迟焦化装置有弹丸焦的生成，同时在生产过程中发生各种异常现象或故障，如焦炭塔在进料时发生晃动，冷焦时焦炭塔变形，放水时弹丸焦堵塞管道，除焦时焦炭塌方卡钻等等。这些问题严重地威胁了装置的安全生产和正常运行。所以绝大多数焦化装置都采取降低炉出口温度、提高循环比、提高焦炭塔压力，

3、掺炼催化裂化油浆和调整原料组成等措施避免或抑止弹丸焦的生成，降低焦化装置的安全生产风险。车间近期对国内产生过弹丸焦的6家焦化单位进行了电话调研和技术资料整理，具体情况汇总如下表1-1：表1-1 国内焦化装置产生弹丸焦厂家参数一览表序号厂家原油品种焦化原料性质关键工艺参数残炭 沥青质反应温度 反应压力MPa循环比1辽河石化稠油焦化装置辽河超稠油纳普油13.92* 27.30*4985010.130.150.400.652茂名石化索鲁士伊朗24.8616.124824920.170.253青岛大炼油伊重沙中沙重26.50 13.80 4954970.170.190.100.154齐鲁石化孤岛卡斯提

4、拉阿尔沙垠17.90 13.00 4904910.150.160.200.215扬子石化卡斯特拉卡诺姆混合原油26.62 17.50 4960.1560.246洛阳石化中原管输进口塔河油27.11 49.7*4960.1450.45*辽河焦化进料为辽河稠油；*该原料中沥青质为胶质沥青质数据。通过上表可以分析得知，延迟焦化生成弹丸焦的主要条件有两个，一是原料劣质化。原料残炭高、特别是其中沥青质的含量高达13以上。原料劣质化会导致碳质沥青质较早形成，在原料从加热炉出口进入到焦炭塔入口前，就已经产生了缩合反应微小颗粒，它就是弹丸焦形成的前期物，进入到焦炭塔后，由于焦炭塔内气速等原因，以这些小颗粒为中

5、心逐渐包裹形成弹丸焦；二是操作条件苛刻，采用较高的焦炭塔油气线速和炉出口温度、较低的循环比和较低的焦炭塔压力等苛刻的操作条件，在焦炭塔内形成了的高温和剧烈的湍流环境，为弹丸焦的形成创造了环境。目前判断焦化原料是否生成弹丸焦的传统做法是先测定原料20密度、残炭及沥青质等物性参数，再根据国外资料和国内生产经验确定原料是否会产生弹丸焦。主要方法如下：方法之一，根据焦化原料API：API小于7时，装置产生弹丸焦比大；API在78之间时，装置是否产生弹丸焦不确定；API大于9时，装置产生弹丸焦可能性较小。方法之二，根据基于弹丸焦生成机理，用焦化原料残炭与沥青质之比预测弹丸焦生成：当残炭与沥青质之比小于1

6、.4时，装置易产生弹丸焦；当残炭与沥青质之比介于在1.41.6时，装置有可能产生弹丸焦；当残炭与沥青质之比大于1.6时，装置产成弹丸焦的可能性较小。由于渣油组成极为复杂，通过原料物性参数对渣油生焦反应结果进行判断其准确程度尚未可知，另外由于现场原料变化频繁，测定原料性质耗时过长，装置难以根据上述准确判据该原料是否能够生成弹丸焦。建议选用石油大学焦化原料成焦特性快速评价方法研究成果，利用弹丸焦快速测定仪，找到快速、准确判断原料是否产生弹丸焦的方法。二、国内焦化装置产生弹丸焦带来的危害表1-2 国内焦化装置产生弹丸焦厂家危害及措施表序号厂家产生弹丸焦现象及危害目前采取措施1辽河石化稠油焦化焦炭塔生

7、产弹丸焦后产生“腾涌”现象，造成生产和给水期间焦炭塔振动严重，放水时弹丸焦、黏焦有时共同产生堵塞放水管线造成放水不畅，严重时堵塞放水管线造成装置生产异常；拆底盖时容易造成塌方伤人。改善原料和操作条件，绘制出避免产生弹丸焦的加热炉出口温度、循环比和焦炭塔反应压力曲线 。2茂名石化有弹丸焦生成时将常见如下现象:焦炭塔振动严重，管线、电梯随之一起振动；除焦时发现焦炭中有大量25mm大小的弹丸焦,这些弹丸焦比较松散的粘结在一起形成直径约25cm的大球。危害主要表现为:由于弹丸焦结构比较松散,除焦时焦炭容易塌方而损坏钻头及钻杆,另外由于焦层塌陷堵塞放水管道,造成冷焦水放水困难；拆卸塔底盖时由于焦层容易塌

8、方,威胁操作人员的安全和影响除焦过程中的安全生产；焦炭产品外卖,由于弹丸焦燃烧爆裂造成冶炼炉损坏。和广东石油化工学院开展实验室小型管式焦化反应试验装置开展焦化原料性质分析、焦化反应条件、以及优化焦化操作条件避免弹丸焦产生的系列研究,试图分析找出弹丸焦产生机理,从而实现有效防止弹丸焦产生。3青岛大炼油青岛炼化公司延迟焦化装置出现的弹丸焦多数直径为58mm的松散的小球体，严重时出现直径为300mm的大弹丸焦，弹丸焦具有独特的形态和特殊的物性，对装置的安全生产及下游用户均存在较大的安全隐患，生产上应尽量避免生成弹丸焦。生成弹丸焦后造成焦炭塔振动严重、无法正常给水和放水，装置平稳运行困难。生产上通过降

9、低炉出口温度、提高操作压力、提高循环比和掺炼油浆改善原料性质等措施抑制弹丸焦的生成。4齐鲁石化产生弹丸焦现象：炉出口压力由0.38 MPa提高到了0.41 MPa,生焦末期达到0.48 MPa；生焦塔及塔顶大油气管线振动加剧；给水冷焦速度慢,且塔底压力比正常时有明显的提高；排水时放水管线有明显的携带焦块声音。造成危害：由于生成弹丸焦的原料大多属于高粘度、高沥青质、高残炭的特重重油和超稠原油的渣油,容易引起粘油回降而造成焦炭塔底部进料管道中结焦；在给水冷焦阶段,冷焦水从弹丸焦的空隙中穿过,容易在焦炭塔内形成“热斑”,造成除焦时焦层焦炭的过热蒸汽喷发；焦炭塔除焦过程中容易发生塌方砸坏钻杆；焦炭塔携

10、带焦粉严重，造成冷焦水过滤器清理频次增加，冷焦水罐积聚焦粉严重。控制好原油掺炼油种和监控原料性质，尽量掺炼低沥青质、低金属、高芳烃、高胶质渣油；控制循环比、反应温度和反应压力在合适区域。5扬子石化减压渣油的沥青质含量高，导致减压渣油在加热炉管内就发生剧烈的裂化和缩合反应此时炉管内的物流为气一液一固三相状态，反应生成的固态焦粒在炉管内以较高的气流线速发生翻滚与碰撞，从而形成弹丸焦，弹丸焦在生焦孔内还来不及排出就产生了翻滚，从而引起焦炭塔发生晃动此外，弹丸焦在换塔后吹汽时极易被带入分馏塔，造成分馏塔底堵塞；在拆卸焦炭塔底盖过程中，易造成塌方而严重影响操作员的人身安全；弹丸焦结构比较松散，在钻孔阶段

11、焦炭容易塌陷而损坏钻头及钻杆，同时冷焦水带粘油还会堵塞放水通道，造成放水困难；弹丸焦灰分高，发热值低，产品质量差。采取轻、重油种掺炼以减少减压a渣油的沥青质含量，降低反应温度，加大注汽量、提高循环比以提高原料油线速等措施抑制弹丸焦的生成。6洛阳石化焦炭塔给水冷焦时，生焦孔容易堵塞，给水困难。放水时弹丸焦堵塞平衡管，水放不下来，自动底盖机由于上部压力大，不能打开。从而打乱生焦周期，迫使装置降负荷生产。强制拆卸底盖、过滤器过程中焦炭塌方、热水喷出会严重影响人员的人身安全，水未放完时极易烫伤人员。弹丸焦单独隔离堆放的无法很好实现，不可避免造成部分弹丸焦掺入到其他石油焦中，弹丸焦输送到外卖焦场后单独处

12、理。反应速度加快，提高了加热炉炉管的结焦速率，影响加热炉的长周期运行。增加原料在线监测，控制凝混油掺炼比例，原料变重后严格控制加热炉出口温度；在除焦过程中速度要慢，防止卡钻；输焦岗位把弹丸焦放在指定位置，杜绝与正常焦混，保证石油焦出厂合格。通过上表可以分析得知，延迟焦化生成弹丸焦后带来的危害主要有如下七个方面：1、焦炭塔生产弹丸焦后产生“腾涌”现象，造成生产和给水期间焦炭塔及其附属高温油气管线、设备振动严重，对高温部分的法兰造成冲击容易引发高温部位法兰泄漏着火；2、在给水冷焦阶段,冷焦水从弹丸焦的空隙中穿过造成焦炭冷热不均,容易在焦炭塔内形成“热斑”,造成开顶盖时压力超高和除焦时焦层焦炭的过热

13、蒸汽喷发；3、焦化生成弹丸焦后，放水时弹丸焦、黏焦和体积较大的弹丸焦有时共同产生堵塞放水管线造成放水不畅，严重时堵塞放水管线造成装置生产异常；装置需紧急降量操作易装置非计划停工，影响焦化装置和分公司在集团公司竞赛排名。在强制拆卸底盖、过滤器和法兰过程中焦炭塌方、热水喷出会严重影响人员的人身安全，极易烫伤操作人员；4、由于弹丸焦结构比较松散,除焦时焦炭容易塌方而砸坏钻头及钻杆,塌方严重时会砸掉钻头或造成埋钻；5、焦炭塔携带焦粉严重，造成冷焦水过滤器清理频次增加，冷焦水罐积聚焦粉严重；弹丸焦在换塔后吹汽时极易被带入分馏塔，造成分馏塔底堵塞；6、弹丸焦灰分高，发热值低，产品质量差。弹丸焦单独隔离堆放

14、的无法很好实现，不可避免造成部分弹丸焦掺入到其他石油焦中，容易造成客户投诉；7、原料劣质化后提高了加热炉炉管的结焦速率，影响加热炉的长周期运行。三、洛阳焦化装置安全可控生产弹丸焦指导原则以安全第一、平稳至上为原则，力争不发生非计划停工或生产波动对全厂渣油平衡造成影响；有序开展，稳步推进，逐项解决识别出的难题及隐患，条件完全成熟时生产弹丸焦；目标明确，思想统一，保安全前提下经济效益最大化，技术经济指标优化不牺牲装置安全平稳。四、洛阳焦化装置安全可控生产弹丸焦技术准备和改造建议1、技术准备和前期试验1.1成立安全可控弹丸焦生产技术攻关领导小组，为安全可控生产弹丸焦提供组织保障和技术指导；1.2对国

15、内曾经产生过弹丸焦的茂名、青岛大炼油、齐鲁和扬子、金陵等焦化装置开展实地调研活动，进一步摸清生成弹丸焦的原料性质和生成弹丸焦后带来的问题； 1.3国外许多厂家已将弹丸焦生产常态化，有条件可开展国外调研活动或聘请专家进行技术指导；1.4和水力除焦设备制造厂家开展技术交流，提供水力除焦设备改造方案和建议；1.5编制焦炭塔直接放水试验技术方案和焦炭塔上给水试验技术方案，考察焦炭塔是否具备直接放水和上给水期间焦炭塔工况，为生产弹丸焦期间给、放水不畅提供处理方法。1.6组织开展一次专项弹丸焦生产风险评价和危害分析，找出弹丸焦生产薄弱环节。2、原料准备和生产工艺管理为保障安全平稳生成弹丸焦，需加强对原料的

16、分析和测评，优化和调整关键工艺参数，找出适合生成58mm的松散的弹丸焦小球体工艺条件，避免出现直径为300mm及以上的大弹丸焦造成管线堵塞和装置异常。2.1委托石油大学利用其焦化原料成焦特性快速评价方法研究成果，逐步探索分公司凝混油合适的掺炼比例，采用弹丸焦快速测定仪，找到快速、准确判断产生弹丸焦的焦化合适进料；2.2 分公司增上焦化原料四组份分析仪，每天监控焦化原料变化情况，能够及时分析出原料中沥青质含量；2.3原料选定后，开展焦化反应温度、反应压力和循环比调整试验，选出合适的生成58mm的松散的弹丸焦小球体工艺条件；2.4加强加热炉结焦速率监控，根据炉管表面温度做好一年两次或三次机械清焦准

17、备；2.5通过对国内6家曾经产生弹丸焦的数据分析，洛阳焦化装置安全可控生产弹丸焦原料和操作条件预想为：表1-3 洛阳焦化装置生产弹丸焦原料性质和操作参数预想一览表项 目原料指标/工艺参数数 值原料指标1粘度,mm2/s30002残炭,%(m/m)26.03密度(20),kg/m310004沥青质,13.55金属含量（NiV）g/g200工艺参数1反应温度4954982反应压力MPa 0.140.163循环比0.100.142.6分公司组织弹丸焦质量管理、销售管理规定，避免弹丸焦污染其它石油焦造成产品质量投诉事件。3、设备改造和安全防护由于弹丸焦结构比较松散,给水时容易造成压力超高无法开启顶盖，

18、除焦时焦炭容易塌方而砸坏钻头及钻杆,塌方严重时会砸掉钻头或造成埋钻。为保障安全可控生产弹丸焦，需对水力除焦系统进行技术改造，主要内容如下：3.1顶盖机由液压旋转式改为闸板阀式顶盖机，消除放水前焦炭塔压力高于0.02MPa无法开启顶盖；设置顶盖蒸汽抽除设备，防止大量蒸汽弥漫影响正常除焦作业；3.2高压水泵除焦控制阀改造，确保在弹丸焦生产期间稳定工作，缩短除焦时间；3.3水力除焦系统的切焦器、风动马达、钻机绞车和换轮组升级改造，消除焦炭容易塌方而砸坏钻头及钻杆风险，确保生成弹丸焦期间能够正常除焦；3.4增加冷焦水罐、放水过滤器和分馏塔塔底过滤器清理频次，消除焦粉积聚；3.5焦池3道格栅升级改造，具备抗击焦炭塔直接放水期间大量水冲击条件。3.6设置焦化装置弹丸焦生产专项维护队伍并进行技术培训，加强防烫服、液压扳手等器具准备，做到异常情况得到迅速、正确处理；3.7焦炭塔高温部位法兰设置消防蒸汽灭火装置和增加安全监控设备，法兰泄漏着火时能够迅速扑灭。五、攻关