一种双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉的制作方法
一种双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油化工领域，具体而言，涉及一种双斜梯形重质原油(API ( 22)减压深拔(减渣TBP ^ 5650C )卧管双面辐射减压炉。
【背景技术】
[0002]常减压蒸馏工艺是将原油通过加热后经常压/减压蒸馏得到所需直馏汽油、煤油、柴油、蜡油和减压渣油的物理分馏过程。近年来，由于常规原油与重质原油间高差价给炼油带来的高效益，炼油厂加工重质、劣质原油(API <22)的比例不断增加。同时因环保要求逐步提高，炼油厂为了提高运输燃料油的产量和质量，需要增加去加氢裂化或催化裂化的减压蜡油馏分，减少去焦化的减渣馏分，提高优质环保轻馏分油产率，从而增加全厂经济效益，为此采用减压深拔(减渣TBP ^ 565°C )技术已成发展趋势。其中减压炉是实现减压深拔(减渣TBP ^ 565°C )，多得减压蜡油的关键设备。目前国内炼油厂正在运行的减压加热炉，仍采用立管或卧管单面辐射传热炉型，燃烧器为底垂直火焰燃烧，非附墙燃烧型式。当进行重质原油减压深拔操作时，减压炉出口温度必须升高(405°C?450°C)，以致使单面辐射型式炉管表面热强度的周向不均匀系数高达1.89，面向火焰炉管的局部热强度很高，过高的局部表面热强度导致油品油膜温度升高，加速炉管内介质的热聚缩合反应，使结焦倾向加剧，结焦速度加快，从而影响加热炉长周期运行，造成全厂非计划停工，否则需降低减压拔出率和降低处理量，但均影响炼厂经济效益。
[0003]针对重质原油(API ( 22)在减压深拔(减渣TBP彡565°C )时，单面辐射减压加热炉存在的炉管结焦速度过快问题，国内外炼厂采取的抑制结焦技术主要有以下两点:一是通过炉管内注水蒸汽，提高炉管内油品线速，减缓焦炭在管内沉积。二是通过在辐射室炉管出口段管线处进行2?4级扩径，以降低炉管内油品的峰值油膜温度，减缓炉出口管线处的结焦。但上述方式均未从根本上提高辐射室内温度场的均匀性，降低炉管热强度周向分布不均匀系数，而且对抑制重质原油(API ( 22)在减压深拔(减渣TBP彡5650C )时的结焦速率作用有限。同时炉管内注水蒸汽，增加了后续减压塔抽真空系统的负荷，增加全装置能耗和酸性水排放量。
【发明内容】
[0004]基于上述对目前重质原油(API ( 22)在减压深拔(减渣TBP ^ 565°C )时，减压炉运行状况的分析，本发明从减压炉结焦的内因入手，提出一种优化炉型结构的双斜梯形减压深拔双面辐射减压炉，使得炉膛内上下温度场和辐射炉管的表面热强度分布更均匀，同时提高了辐射室内烟气流动的均匀性，再结合在炉管适当位置注适量结焦抑制剂，以及改变辐射室出口处炉管型式，从而达到延缓减压炉炉管内结焦，延长减压炉及常减压装置连续操作周期，提高炼厂经济效益的目的。
[0005]为达到上述目的，本发明提供了一种双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，包括:常压渣油炉体、辐射室、对流室、辐射炉膛、炉管和附墙燃烧器，其中:
[0006]所述对流室位于所述常压渣油炉体的内部中间上方，所述对流室由隔墙分为左右对称的两部分，所述对流室上方的烟气出口设置有联合烟道；所述辐射室共有两个，每个所述辐射室中间的中间上方为所述对流室，每个所述辐射室中间由隔墙对称分为2个所述辐射炉膛，每个所述辐射炉膛的侧墙由下到上呈双斜梯形，顺次包括第一斜墙、第一直墙、第二斜墙及第二直墙，所述第一斜墙和所述第二斜墙分别向所述辐射炉膛内倾斜；
[0007]所述炉管共有8组，每组所述炉管包括对流管和辐射管，所述对流室的每一部分水平布置有4组所述炉管对应的多排对流管，每个所述辐射炉膛中部自上而下设有纵向排列水平设置的、由炉管架支撑的2组所述炉管对应的多排辐射炉管，每组所述炉管对应的对流管与辐射管经炉体外的转油线相连接，所述对流管的入口与工艺介质入口相连接，所述辐射管的出口通过工艺介质出口转油线与减压塔相连接；
[0008]所述附墙燃烧器的数目为多个，在所述辐射管轴向两侧，沿所述第一斜墙底部和所述第二斜墙底部布置，每个所述附墙燃烧器以沿炉墙燃烧的方式形成双斜梯形双面辐射加热炉；
[0009]每组炉管对应的辐射管后部出口管段处设置3级扩径，在最后一级扩径后，辐射管横截面形状为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向；
[0010]在所述辐射管的后部扩径管段前某处，设置催化裂化澄清油注入口，与所述催化裂化澄清油注入口相连的、用以注催化裂化澄清油的管线上设置有流量调节阀组。
[0011]可选的，所述催化裂化澄清油注入口设置在所述辐射炉管的后1/3?1/4管段。
[0012]可选的，所述第一斜墙的高度为2m?4m，与垂直线夹角为0°?15°，所述第一直墙高度为所述第一斜墙高度的0.8?1.5倍，所述第二斜墙高度为3m?4m，与垂直线夹角为5°?15°，所述第二直墙高度为所述第二斜墙高度的0.8?1.5倍。
[0013]可选的，设置于所述第一斜墙和所述第二斜墙底部的附墙燃烧器的喷嘴分别沿所述第一斜墙及所述第二斜墙方向倾斜，与垂直线夹角为4°?8°，所述附墙燃烧器距离所述福射管管排的垂直距离为1.6m?2.4m。
[0014]可选的，在所述对流管与所述辐射炉管之间的炉外转油线处设置有蒸汽注入口，所述蒸汽注入口与外供系统的蒸汽管线相连接。
[0015]可选的，所述椭圆形横截面的椭圆率介于1.1?1.4之间。
[0016]本发明的重质原油(API ( 22)减压深拔(减渣TBP切割点彡565°C )的双斜梯形卧管双面辐射减压炉，该减压炉每个辐射炉膛侧墙由下到上呈“双斜梯”形，每个辐射炉膛中间自上而下设有纵向排列水平布置的由炉管架支撑的辐射炉管，在辐射炉管轴向两侧，沿第一斜墙和第二斜墙底部均设有沿炉墙燃烧的燃烧器，形成双斜梯形双面辐射加热炉，在炉管适当位置采用注结焦抑制剂、3级扩径和采用椭圆形炉管的专有技术。从而实现提高辐射室内传热的均匀性，降低减压加热炉炉管中油品的峰值油膜温度、提高油品热稳定性，减缓炉管结焦趋势的效果，达到延长减压炉连续运行周期(三年以上)，给常减压装置及全厂生产带来显著经济效益的目的，具体体现在:
[0017]1、适用于重质原油(API ( 22)减压深拔(减渣TB ^ 565°C )的卧管双面辐射减压炉，即在辐射炉管的两侧均设有沿炉墙燃烧的附墙燃烧器，两面辐射流均匀的给辐射炉管加热。相比于单面辐射减压炉，辐射炉管表面热强度更加均匀，辐射室内温度场分布也更均匀，从而显著地降低炉管局部热强度，改善油品的峰值油膜温度，降低炉管内的结焦趋势
[0018]2、“双斜梯”形炉膛结构，每个辐射炉膛侧墙由下到上呈“双斜梯”形，顺次包括第一斜墙、第一直墙、第二斜墙及第二直墙。通过合理配置第一斜墙与垂直线夹角、第二斜墙与垂直线夹角，使得辐射室上部横截面逐渐缩小，辐射室内部与辐射管之间的距离变小，提高了烟气流动速度，减少了辐射室上部烟气涡流，达到提高辐射室上部辐射管辐射传热及对流传热的目的，从而改善了炉膛上、下部温度场分布均匀性，进一步提高了上下部分辐射管表面热强度和热强度周向分布均匀性。
[0019]3、附墙 燃烧器分别设置于第一斜墙和第二斜墙底部，附墙燃烧器喷嘴分别沿第一斜墙和第二斜墙方向倾斜，与垂直线夹角为4°?8°。燃烧器距离辐射炉管管排的垂直距离为1.6m?2.4m。使得喷出低NOx燃烧器的二次燃烧火焰更好的附墙燃烧，避免火焰直扑炉管，形成更为均匀的辐射墙辐射传热，其高温烟气流也稳定向上流动，减少烟气偏流、逆流现象。
[0020]4、辐射炉管的后部扩径管段前某管位，约辐射炉管的后1/3?1/4管段，设置结焦抑制剂，即催化裂化澄清油注入口，用以注催化裂化澄清油的管线上设置有流量调节阀。可以增加了炉管内渣油体系中分散介质沥青质的高温溶解度，抑制了炉管内沥青质因高温缩聚而发生的相变分离沉积，提高炉管内介质的热稳定性，减缓了生焦。同时催化裂化澄清油中含有的部分氢化芳烃结构，具有供氢作用，可以有效稳定常压渣油热分解产生的大分子自由基，进一步抑制炉管内介质的缩合生焦反应。
[0021]5、每组所述辐射炉管的辐射段出口管段处，设置3级扩径，在最后一级扩径后，炉管横截面形状为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向。与传统圆形炉管相比，在横截面积相等的情况下，可以扩大炉管比表面积，增大单位容量传热面积，增大炉管表面热强度，从而更有利于强化减压炉在辐射段出口处的辐射传热，有利于炉管内介质在辐射段出口处的相变，提高减压炉的热效率。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本发明一个实施例的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉结构示意图。
[0024]附图标号说明:
[0025]减压炉炉体1，对流室2，辐射室3，辐射炉膛4，对流管5，辐射管6，燃烧器7，工艺介质入口 8，第一斜墙9，第一直墙10，第二斜墙11，第二直墙12，注蒸汽入口 13，催化裂化澄清油注入口 14，工艺介质出口 15，调节阀组16。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]图1为本发明一个实施例的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉结构示意图。如图所示，双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉包括:常压渣油炉体、辐射室1、对流室2、辐射室3、辐射炉膛4、炉管和附墙燃烧器7，每组炉管包括相连的对流管5和辐射管6。
[0028]常压渣油炉体I正面外观为双斜梯形结构。常压渣油以“上进下出”的进料方式分由工艺介质入口 8。依次经过对流室2、辐射室3，在工艺介质出口 15升温至所需温度(约420?430°C )。对流室2位于炉体I的内部中间上方，对流室2由隔墙分为左右对称的两部分，对流室2上方烟气出口设置有联合烟道，燃烧器燃烧产生的高温烟气由辐射室3上流入对流室2，加热对流段炉管5，烟气经联合烟道流进空气预热器进一步回收烟气余热，使炉设计热效率达到92.0%，最后经由烟囱排入大气，图中箭头A表示烟气流往空气预热器的方向。辐射室3共有两个，每个辐射室3的中间上方为对流室2。每个辐射室3由炉墙分为对称分为2个辐射炉膛4，每个辐射炉膛4侧墙由下到上呈“双斜梯”形，顺次包括第一斜墙9、第一直墙10、第二斜墙11及第二直墙12。辐射炉膛4两侧第一斜墙9和第二斜墙11均向内倾斜。
[0029]具体实施时，第一斜墙9的高度为2m?4m(例如可以是2.4m)，与垂直线夹角为0°?15° (例如可以是5° )，第一直墙10高度为第一斜墙9高度的0.8?1.5倍(例如可以是1.2倍)，第二斜墙11向辐射炉膛4内倾斜，第二斜墙11高度为3m?4m(例如可以是3m)，与垂直线夹角为5°?15° (例如可以是5° )，第二直墙12高度为第二斜墙11高度的0.8?1.5倍(例如可以是1.0倍)。
[0030]炉管共有8组，每组所述炉管均包括对流管5与辐射管6，对流室2的每一部分水平布置有4组多排对流管5，每个辐射炉膛4中部自上而下设有纵向排列水平摆设的由炉管架支撑的2组辐射炉管6。对流管5与辐射管6经炉体I外转油线相连接，对流管5的入口与工艺介质入口 8相连接，辐射管6的出口通过工艺介质出口转油线15与减压塔相连接，图中箭头B表示经加热后的油品流往减压塔的方向。
[0031]在辐射炉管6的轴向两侧，位于炉膛两侧沿第一斜墙9和第二斜墙11底部分别设有沿炉墙燃烧的附墙燃烧器7，形成双斜梯双面辐射加热炉。附墙燃烧器7的喷嘴分别沿第一斜墙9和第二斜墙11方向倾斜。
[0032]在具体实施时，位于第一斜墙和第二斜墙底部的附墙燃烧器的喷嘴分别沿第一斜墙及第二斜墙方向倾斜，与垂直线夹角为4°?8°。燃烧器距离辐射炉管管排的垂直距离为 1.6m ?2.4mο
[0033]在辐射管6的后部扩径管段前某处(例如约辐射炉管的后1/3?1/4段)，设置催化裂化澄清油注入口 14，用以注催化裂化澄清油的管线上设置有流量调节阀组16。
[0034]其中，催化裂化澄清油来自于炼厂催化裂化装置外甩油浆，经脱灰、沉降、过滤后制得。当注蒸汽入口 13的蒸汽流量为< 0.5被％时，催化裂化澄清油的注入量为0.1wt%-0.3wt%，例如，在一个具体的实施例中，注蒸汽入口 13的蒸汽流量为0.40m%时，催化裂化澄清油的注入量为0.15m%。
[0035]每组辐射炉管6的辐射段出口管段处，设置3级扩径。例如管径可由DN100扩径至DN250。在最后一级扩径后，炉管横截面形状为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向。
[0036]在具体实施时，炉管横截面的椭圆率可以设置在1.1?1.4之间。
[0037]此外，在对流管与辐射炉管之间的炉外转油线处，还可设置蒸汽注入口，所用蒸汽来自外供系统的蒸汽管线。
[0038]上述重质原油(API ( 22)的减压深拔(减渣TBP彡565°C )减压炉实施例，通过采用双斜梯形卧管双面辐射炉型，相比与传统单面辐射炉型，可显著降低炉管局部热强度，使炉管热强度周向不均匀系数从单面1.89降到1.45?1.65，辐射炉管表面热强度更加均匀，降低了炉管内的结焦趋势，同时也改善了炉膛上、下部温度场分布均匀性。在辐射炉管的后部扩径管段前某处，通过注入催化裂化澄清油，降低炉管内介质粘度，提高炉管内介质的热稳定性，减缓了生焦。在保持正常注汽量情况下，通过注入适量催化裂化澄清油馏分，可以使管内膜温升降到〈0.56°C /天左右，从而达到抑制炉管内介质的高温缩合生焦目的。上述抑制炉管内生焦的减压炉技术方案，使得减压炉连续运行周期比国内以往应用的单面辐射减压炉连续运行周期长1.2?1.25倍。在每组所述辐射炉管的辐射段出口管段的最后一级扩径后，炉管横截面形状采用椭圆形，椭圆形 的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向，可以使炉管表面热强度提高1.05?1.10倍，强化减压炉在辐射段出口处的辐射传热，提高了减压炉的热效率。
[0039]综上所述，与现有技术相比，本发明上述实施例的有益效果体现在:
[0040](I)上述实施例中，I个炉体辐射室有两个辐射炉膛，每个辐射炉膛侧墙由下到上呈“双斜梯”形，每个辐射炉膛中间自上而下设有纵向排列水平布置的由炉管架支撑的辐射炉管，在辐射炉管轴向两侧，沿第一斜墙和第二斜墙底部均设有沿炉墙燃烧的燃烧器，形成双斜梯形双面辐射加热炉。这种结构不仅增加了辐射炉管的表面热强度分布的均匀性，降低了炉管内介质的峰值油膜温度；同时由于辐射室炉膛侧墙的“双斜梯形”结构，通过合理配置第一斜墙与垂直线夹角、第二斜墙与垂直线夹角，使得辐射室上部横截面逐渐缩小，辐射室内部与辐射管之间的距离变小，提高了烟气流动速度，减少了辐射室上部烟气涡流，达到提高辐射室上部辐射管辐射传热及对流传热的目的，从而改善了炉膛上、下部温度场分布均匀性，进一步提高了上下部分辐射管表面热强度和热强度周向分布均匀性。另外，燃烧器设置于第一斜墙和第二斜墙根部，使得喷出低NO5Jl烧器的二次燃烧火焰更好的附墙燃烧，避免火焰反扑炉管造成的点式局部结焦现象，形成更为均匀的辐射墙辐射传热，其高温烟气流也稳定向上流动，减少烟气偏流、逆流现象。
[0041](2)在辐射管的适当位置(约辐射管的后1/3?1/4管段)注入适量结焦抑制剂一如催化裂化澄清油，催化裂化澄清油中芳香分含量较高，可以降低炉管内介质粘度，增加了炉管内介质胶体体系中分散介质沥青质的高温溶解度，提高了胶体体系的热稳定性，抑制了炉管内沥青质发生的高温缩聚反应生成炭青质，并产生分离沉积的结果，即减缓生焦。同时催化裂化澄清油中含有的部分氢化芳烃结构，具有供氢作用，可以有效稳定常压渣油热分解产生的大分子自由基，进一步抑制炉管内介质的缩合生焦反应。
[0042](3)在每组炉管的辐射段出口管段处，设置3级扩径，并在最后一级扩径后，炉管横截面形状由圆形改为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向。与圆形管相比，在相同周长的条件下，椭圆管的流通截面积比圆管小，可以增大炉管内介质流速，减缓生焦；在横截面积相等的情况下，可以扩大炉管比表面积，增大单位容量传热面积，从而更有利于强化减压炉在辐射段出口处的辐射传热，提高减压炉的热效率。总之，采用本专利所提出的三项技术措施，使得减压加热炉的性能得到了较大的提升。
[0043]本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0044]本领域普通技术人员可以理解:实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
[0045]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，包括:常压渣油炉体、辐射室、对流室、辐射炉膛、炉管和附墙燃烧器，其中: 所述对流室位于所述常压渣油炉体的内部中间上方，所述对流室由隔墙分为左右对称的两部分，所述对流室上方的烟气出口设置有联合烟道；所述辐射室共有两个，每个所述辐射室中间的中间上方为所述对流室，每个所述辐射室中间由隔墙对称分为2个所述辐射炉膛，每个所述辐射炉膛的侧墙由下到上呈双斜梯形，顺次包括第一斜墙、第一直墙、第二斜墙及第二直墙，所述第一斜墙和所述第二斜墙分别向所述辐射炉膛内倾斜； 所述炉管共有8组，每组所述炉管包括对流管和辐射管，所述对流室的每一部分水平布置有4组所述炉管对应的多排对流管，每个所述辐射炉膛中部自上而下设有纵向排列水平设置的、由炉管架支撑的2组所述炉管对应的多排辐射炉管，每组所述炉管对应的对流管与辐射管经炉体外的转油线相连接，所述对流管的入口与工艺介质入口相连接，所述辐射管的出口通过工艺介质出口转油线与减压塔相连接； 所述附墙燃烧器的数目为多个，在所述辐射管轴向两侧，沿所述第一斜墙底部和所述第二斜墙底部布置，每个所述附墙燃烧器以沿炉墙燃烧的方式形成双斜梯形双面辐射加热炉； 每组炉管对应的辐射管后部出口管段处设置3级扩径，在最后一级扩径后，辐射管横截面形状为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向； 在所述辐射管的后部扩径管段前某处，设置催化裂化澄清油注入口，与所述催化裂化澄清油注入口相连的、用以注催化裂化澄清油的管线上设置有流量调节阀组。2.根据权利要求1所述的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，所述催化裂化澄清油注入口设置在所述辐射炉管的后1/3?1/4管段。3.根据权利要求1所述的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，所述第一斜墙的高度为2m?4m，与垂直线夹角为0°?15°，所述第一直墙高度为所述第一斜墙高度的0.8?1.5倍，所述第二斜墙高度为3m?4m，与垂直线夹角为5°?15°，所述第二直墙高度为所述第二斜墙高度的0.8?1.5倍。4.根据权利要求1所述的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，设置于所述第一斜墙和所述第二斜墙底部的附墙燃烧器的喷嘴分别沿所述第一斜墙及所述第二斜墙方向倾斜，与垂直线夹角为4°?8°，所述附墙燃烧器距离所述辐射管管排的垂直距离为1.6m?2.4m。5.根据权利要求1所述的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，在所述对流管与所述辐射炉管之间的炉外转油线处设置有蒸汽注入口，所述蒸汽注入口与外供系统的蒸汽管线相连接。6.根据权利要求1所述的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，所述椭圆形横截面的椭圆率介于1.1?1.4之间。
【专利摘要】本发明公开一种双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，包括：常压渣油炉体、辐射室、对流室、辐射炉膛、炉管和附墙燃烧器，其中，辐射炉膛的侧墙由下到上呈双斜梯形，顺次包括第一斜墙、第一直墙、第二斜墙及第二直墙，第一斜墙和第二斜墙分别向辐射炉膛内倾斜；附墙燃烧器在辐射管轴向两侧，沿第一斜墙底部和第二斜墙底部布置，每个附墙燃烧器以沿炉墙燃烧的方式形成双斜梯形双面辐射加热炉；每组炉管对应的辐射管后部出口管段处设置3级扩径，在最后一级扩径后，辐射管横截面形状为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向。
【IPC分类】F27B17/00, C10G7/06
【公开号】CN104893752
【申请号】CN201510268520
【发明人】晁可绳, 宗士猛, 徐文浩, 崔莉
【申请人】中国寰球工程公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月22日
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油化工领域，具体而言，涉及一种双斜梯形重质原油(API ( 22)减压深拔(减渣TBP ^ 5650C )卧管双面辐射减压炉。
【背景技术】
[0002]常减压蒸馏工艺是将原油通过加热后经常压/减压蒸馏得到所需直馏汽油、煤油、柴油、蜡油和减压渣油的物理分馏过程。近年来，由于常规原油与重质原油间高差价给炼油带来的高效益，炼油厂加工重质、劣质原油(API <22)的比例不断增加。同时因环保要求逐步提高，炼油厂为了提高运输燃料油的产量和质量，需要增加去加氢裂化或催化裂化的减压蜡油馏分，减少去焦化的减渣馏分，提高优质环保轻馏分油产率，从而增加全厂经济效益，为此采用减压深拔(减渣TBP ^ 565°C )技术已成发展趋势。其中减压炉是实现减压深拔(减渣TBP ^ 565°C )，多得减压蜡油的关键设备。目前国内炼油厂正在运行的减压加热炉，仍采用立管或卧管单面辐射传热炉型，燃烧器为底垂直火焰燃烧，非附墙燃烧型式。当进行重质原油减压深拔操作时，减压炉出口温度必须升高(405°C?450°C)，以致使单面辐射型式炉管表面热强度的周向不均匀系数高达1.89，面向火焰炉管的局部热强度很高，过高的局部表面热强度导致油品油膜温度升高，加速炉管内介质的热聚缩合反应，使结焦倾向加剧，结焦速度加快，从而影响加热炉长周期运行，造成全厂非计划停工，否则需降低减压拔出率和降低处理量，但均影响炼厂经济效益。
[0003]针对重质原油(API ( 22)在减压深拔(减渣TBP彡565°C )时，单面辐射减压加热炉存在的炉管结焦速度过快问题，国内外炼厂采取的抑制结焦技术主要有以下两点:一是通过炉管内注水蒸汽，提高炉管内油品线速，减缓焦炭在管内沉积。二是通过在辐射室炉管出口段管线处进行2?4级扩径，以降低炉管内油品的峰值油膜温度，减缓炉出口管线处的结焦。但上述方式均未从根本上提高辐射室内温度场的均匀性，降低炉管热强度周向分布不均匀系数，而且对抑制重质原油(API ( 22)在减压深拔(减渣TBP彡5650C )时的结焦速率作用有限。同时炉管内注水蒸汽，增加了后续减压塔抽真空系统的负荷，增加全装置能耗和酸性水排放量。
【发明内容】
[0004]基于上述对目前重质原油(API ( 22)在减压深拔(减渣TBP ^ 565°C )时，减压炉运行状况的分析，本发明从减压炉结焦的内因入手，提出一种优化炉型结构的双斜梯形减压深拔双面辐射减压炉，使得炉膛内上下温度场和辐射炉管的表面热强度分布更均匀，同时提高了辐射室内烟气流动的均匀性，再结合在炉管适当位置注适量结焦抑制剂，以及改变辐射室出口处炉管型式，从而达到延缓减压炉炉管内结焦，延长减压炉及常减压装置连续操作周期，提高炼厂经济效益的目的。
[0005]为达到上述目的，本发明提供了一种双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，包括:常压渣油炉体、辐射室、对流室、辐射炉膛、炉管和附墙燃烧器，其中:
[0006]所述对流室位于所述常压渣油炉体的内部中间上方，所述对流室由隔墙分为左右对称的两部分，所述对流室上方的烟气出口设置有联合烟道；所述辐射室共有两个，每个所述辐射室中间的中间上方为所述对流室，每个所述辐射室中间由隔墙对称分为2个所述辐射炉膛，每个所述辐射炉膛的侧墙由下到上呈双斜梯形，顺次包括第一斜墙、第一直墙、第二斜墙及第二直墙，所述第一斜墙和所述第二斜墙分别向所述辐射炉膛内倾斜；
[0007]所述炉管共有8组，每组所述炉管包括对流管和辐射管，所述对流室的每一部分水平布置有4组所述炉管对应的多排对流管，每个所述辐射炉膛中部自上而下设有纵向排列水平设置的、由炉管架支撑的2组所述炉管对应的多排辐射炉管，每组所述炉管对应的对流管与辐射管经炉体外的转油线相连接，所述对流管的入口与工艺介质入口相连接，所述辐射管的出口通过工艺介质出口转油线与减压塔相连接；
[0008]所述附墙燃烧器的数目为多个，在所述辐射管轴向两侧，沿所述第一斜墙底部和所述第二斜墙底部布置，每个所述附墙燃烧器以沿炉墙燃烧的方式形成双斜梯形双面辐射加热炉；
[0009]每组炉管对应的辐射管后部出口管段处设置3级扩径，在最后一级扩径后，辐射管横截面形状为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向；
[0010]在所述辐射管的后部扩径管段前某处，设置催化裂化澄清油注入口，与所述催化裂化澄清油注入口相连的、用以注催化裂化澄清油的管线上设置有流量调节阀组。
[0011]可选的，所述催化裂化澄清油注入口设置在所述辐射炉管的后1/3?1/4管段。
[0012]可选的，所述第一斜墙的高度为2m?4m，与垂直线夹角为0°?15°，所述第一直墙高度为所述第一斜墙高度的0.8?1.5倍，所述第二斜墙高度为3m?4m，与垂直线夹角为5°?15°，所述第二直墙高度为所述第二斜墙高度的0.8?1.5倍。
[0013]可选的，设置于所述第一斜墙和所述第二斜墙底部的附墙燃烧器的喷嘴分别沿所述第一斜墙及所述第二斜墙方向倾斜，与垂直线夹角为4°?8°，所述附墙燃烧器距离所述福射管管排的垂直距离为1.6m?2.4m。
[0014]可选的，在所述对流管与所述辐射炉管之间的炉外转油线处设置有蒸汽注入口，所述蒸汽注入口与外供系统的蒸汽管线相连接。
[0015]可选的，所述椭圆形横截面的椭圆率介于1.1?1.4之间。
[0016]本发明的重质原油(API ( 22)减压深拔(减渣TBP切割点彡565°C )的双斜梯形卧管双面辐射减压炉，该减压炉每个辐射炉膛侧墙由下到上呈“双斜梯”形，每个辐射炉膛中间自上而下设有纵向排列水平布置的由炉管架支撑的辐射炉管，在辐射炉管轴向两侧，沿第一斜墙和第二斜墙底部均设有沿炉墙燃烧的燃烧器，形成双斜梯形双面辐射加热炉，在炉管适当位置采用注结焦抑制剂、3级扩径和采用椭圆形炉管的专有技术。从而实现提高辐射室内传热的均匀性，降低减压加热炉炉管中油品的峰值油膜温度、提高油品热稳定性，减缓炉管结焦趋势的效果，达到延长减压炉连续运行周期(三年以上)，给常减压装置及全厂生产带来显著经济效益的目的，具体体现在:
[0017]1、适用于重质原油(API ( 22)减压深拔(减渣TB ^ 565°C )的卧管双面辐射减压炉，即在辐射炉管的两侧均设有沿炉墙燃烧的附墙燃烧器，两面辐射流均匀的给辐射炉管加热。相比于单面辐射减压炉，辐射炉管表面热强度更加均匀，辐射室内温度场分布也更均匀，从而显著地降低炉管局部热强度，改善油品的峰值油膜温度，降低炉管内的结焦趋势
[0018]2、“双斜梯”形炉膛结构，每个辐射炉膛侧墙由下到上呈“双斜梯”形，顺次包括第一斜墙、第一直墙、第二斜墙及第二直墙。通过合理配置第一斜墙与垂直线夹角、第二斜墙与垂直线夹角，使得辐射室上部横截面逐渐缩小，辐射室内部与辐射管之间的距离变小，提高了烟气流动速度，减少了辐射室上部烟气涡流，达到提高辐射室上部辐射管辐射传热及对流传热的目的，从而改善了炉膛上、下部温度场分布均匀性，进一步提高了上下部分辐射管表面热强度和热强度周向分布均匀性。
[0019]3、附墙 燃烧器分别设置于第一斜墙和第二斜墙底部，附墙燃烧器喷嘴分别沿第一斜墙和第二斜墙方向倾斜，与垂直线夹角为4°?8°。燃烧器距离辐射炉管管排的垂直距离为1.6m?2.4m。使得喷出低NOx燃烧器的二次燃烧火焰更好的附墙燃烧，避免火焰直扑炉管，形成更为均匀的辐射墙辐射传热，其高温烟气流也稳定向上流动，减少烟气偏流、逆流现象。
[0020]4、辐射炉管的后部扩径管段前某管位，约辐射炉管的后1/3?1/4管段，设置结焦抑制剂，即催化裂化澄清油注入口，用以注催化裂化澄清油的管线上设置有流量调节阀。可以增加了炉管内渣油体系中分散介质沥青质的高温溶解度，抑制了炉管内沥青质因高温缩聚而发生的相变分离沉积，提高炉管内介质的热稳定性，减缓了生焦。同时催化裂化澄清油中含有的部分氢化芳烃结构，具有供氢作用，可以有效稳定常压渣油热分解产生的大分子自由基，进一步抑制炉管内介质的缩合生焦反应。
[0021]5、每组所述辐射炉管的辐射段出口管段处，设置3级扩径，在最后一级扩径后，炉管横截面形状为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向。与传统圆形炉管相比，在横截面积相等的情况下，可以扩大炉管比表面积，增大单位容量传热面积，增大炉管表面热强度，从而更有利于强化减压炉在辐射段出口处的辐射传热，有利于炉管内介质在辐射段出口处的相变，提高减压炉的热效率。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本发明一个实施例的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉结构示意图。
[0024]附图标号说明:
[0025]减压炉炉体1，对流室2，辐射室3，辐射炉膛4，对流管5，辐射管6，燃烧器7，工艺介质入口 8，第一斜墙9，第一直墙10，第二斜墙11，第二直墙12，注蒸汽入口 13，催化裂化澄清油注入口 14，工艺介质出口 15，调节阀组16。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]图1为本发明一个实施例的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉结构示意图。如图所示，双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉包括:常压渣油炉体、辐射室1、对流室2、辐射室3、辐射炉膛4、炉管和附墙燃烧器7，每组炉管包括相连的对流管5和辐射管6。
[0028]常压渣油炉体I正面外观为双斜梯形结构。常压渣油以“上进下出”的进料方式分由工艺介质入口 8。依次经过对流室2、辐射室3，在工艺介质出口 15升温至所需温度(约420?430°C )。对流室2位于炉体I的内部中间上方，对流室2由隔墙分为左右对称的两部分，对流室2上方烟气出口设置有联合烟道，燃烧器燃烧产生的高温烟气由辐射室3上流入对流室2，加热对流段炉管5，烟气经联合烟道流进空气预热器进一步回收烟气余热，使炉设计热效率达到92.0%，最后经由烟囱排入大气，图中箭头A表示烟气流往空气预热器的方向。辐射室3共有两个，每个辐射室3的中间上方为对流室2。每个辐射室3由炉墙分为对称分为2个辐射炉膛4，每个辐射炉膛4侧墙由下到上呈“双斜梯”形，顺次包括第一斜墙9、第一直墙10、第二斜墙11及第二直墙12。辐射炉膛4两侧第一斜墙9和第二斜墙11均向内倾斜。
[0029]具体实施时，第一斜墙9的高度为2m?4m(例如可以是2.4m)，与垂直线夹角为0°?15° (例如可以是5° )，第一直墙10高度为第一斜墙9高度的0.8?1.5倍(例如可以是1.2倍)，第二斜墙11向辐射炉膛4内倾斜，第二斜墙11高度为3m?4m(例如可以是3m)，与垂直线夹角为5°?15° (例如可以是5° )，第二直墙12高度为第二斜墙11高度的0.8?1.5倍(例如可以是1.0倍)。
[0030]炉管共有8组，每组所述炉管均包括对流管5与辐射管6，对流室2的每一部分水平布置有4组多排对流管5，每个辐射炉膛4中部自上而下设有纵向排列水平摆设的由炉管架支撑的2组辐射炉管6。对流管5与辐射管6经炉体I外转油线相连接，对流管5的入口与工艺介质入口 8相连接，辐射管6的出口通过工艺介质出口转油线15与减压塔相连接，图中箭头B表示经加热后的油品流往减压塔的方向。
[0031]在辐射炉管6的轴向两侧，位于炉膛两侧沿第一斜墙9和第二斜墙11底部分别设有沿炉墙燃烧的附墙燃烧器7，形成双斜梯双面辐射加热炉。附墙燃烧器7的喷嘴分别沿第一斜墙9和第二斜墙11方向倾斜。
[0032]在具体实施时，位于第一斜墙和第二斜墙底部的附墙燃烧器的喷嘴分别沿第一斜墙及第二斜墙方向倾斜，与垂直线夹角为4°?8°。燃烧器距离辐射炉管管排的垂直距离为 1.6m ?2.4mο
[0033]在辐射管6的后部扩径管段前某处(例如约辐射炉管的后1/3?1/4段)，设置催化裂化澄清油注入口 14，用以注催化裂化澄清油的管线上设置有流量调节阀组16。
[0034]其中，催化裂化澄清油来自于炼厂催化裂化装置外甩油浆，经脱灰、沉降、过滤后制得。当注蒸汽入口 13的蒸汽流量为< 0.5被％时，催化裂化澄清油的注入量为0.1wt%-0.3wt%，例如，在一个具体的实施例中，注蒸汽入口 13的蒸汽流量为0.40m%时，催化裂化澄清油的注入量为0.15m%。
[0035]每组辐射炉管6的辐射段出口管段处，设置3级扩径。例如管径可由DN100扩径至DN250。在最后一级扩径后，炉管横截面形状为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向。
[0036]在具体实施时，炉管横截面的椭圆率可以设置在1.1?1.4之间。
[0037]此外，在对流管与辐射炉管之间的炉外转油线处，还可设置蒸汽注入口，所用蒸汽来自外供系统的蒸汽管线。
[0038]上述重质原油(API ( 22)的减压深拔(减渣TBP彡565°C )减压炉实施例，通过采用双斜梯形卧管双面辐射炉型，相比与传统单面辐射炉型，可显著降低炉管局部热强度，使炉管热强度周向不均匀系数从单面1.89降到1.45?1.65，辐射炉管表面热强度更加均匀，降低了炉管内的结焦趋势，同时也改善了炉膛上、下部温度场分布均匀性。在辐射炉管的后部扩径管段前某处，通过注入催化裂化澄清油，降低炉管内介质粘度，提高炉管内介质的热稳定性，减缓了生焦。在保持正常注汽量情况下，通过注入适量催化裂化澄清油馏分，可以使管内膜温升降到〈0.56°C /天左右，从而达到抑制炉管内介质的高温缩合生焦目的。上述抑制炉管内生焦的减压炉技术方案，使得减压炉连续运行周期比国内以往应用的单面辐射减压炉连续运行周期长1.2?1.25倍。在每组所述辐射炉管的辐射段出口管段的最后一级扩径后，炉管横截面形状采用椭圆形，椭圆形 的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向，可以使炉管表面热强度提高1.05?1.10倍，强化减压炉在辐射段出口处的辐射传热，提高了减压炉的热效率。
[0039]综上所述，与现有技术相比，本发明上述实施例的有益效果体现在:
[0040](I)上述实施例中，I个炉体辐射室有两个辐射炉膛，每个辐射炉膛侧墙由下到上呈“双斜梯”形，每个辐射炉膛中间自上而下设有纵向排列水平布置的由炉管架支撑的辐射炉管，在辐射炉管轴向两侧，沿第一斜墙和第二斜墙底部均设有沿炉墙燃烧的燃烧器，形成双斜梯形双面辐射加热炉。这种结构不仅增加了辐射炉管的表面热强度分布的均匀性，降低了炉管内介质的峰值油膜温度；同时由于辐射室炉膛侧墙的“双斜梯形”结构，通过合理配置第一斜墙与垂直线夹角、第二斜墙与垂直线夹角，使得辐射室上部横截面逐渐缩小，辐射室内部与辐射管之间的距离变小，提高了烟气流动速度，减少了辐射室上部烟气涡流，达到提高辐射室上部辐射管辐射传热及对流传热的目的，从而改善了炉膛上、下部温度场分布均匀性，进一步提高了上下部分辐射管表面热强度和热强度周向分布均匀性。另外，燃烧器设置于第一斜墙和第二斜墙根部，使得喷出低NO5Jl烧器的二次燃烧火焰更好的附墙燃烧，避免火焰反扑炉管造成的点式局部结焦现象，形成更为均匀的辐射墙辐射传热，其高温烟气流也稳定向上流动，减少烟气偏流、逆流现象。
[0041](2)在辐射管的适当位置(约辐射管的后1/3?1/4管段)注入适量结焦抑制剂一如催化裂化澄清油，催化裂化澄清油中芳香分含量较高，可以降低炉管内介质粘度，增加了炉管内介质胶体体系中分散介质沥青质的高温溶解度，提高了胶体体系的热稳定性，抑制了炉管内沥青质发生的高温缩聚反应生成炭青质，并产生分离沉积的结果，即减缓生焦。同时催化裂化澄清油中含有的部分氢化芳烃结构，具有供氢作用，可以有效稳定常压渣油热分解产生的大分子自由基，进一步抑制炉管内介质的缩合生焦反应。
[0042](3)在每组炉管的辐射段出口管段处，设置3级扩径，并在最后一级扩径后，炉管横截面形状由圆形改为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向。与圆形管相比，在相同周长的条件下，椭圆管的流通截面积比圆管小，可以增大炉管内介质流速，减缓生焦；在横截面积相等的情况下，可以扩大炉管比表面积，增大单位容量传热面积，从而更有利于强化减压炉在辐射段出口处的辐射传热，提高减压炉的热效率。总之，采用本专利所提出的三项技术措施，使得减压加热炉的性能得到了较大的提升。
[0043]本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0044]本领域普通技术人员可以理解:实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
[0045]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，包括:常压渣油炉体、辐射室、对流室、辐射炉膛、炉管和附墙燃烧器，其中: 所述对流室位于所述常压渣油炉体的内部中间上方，所述对流室由隔墙分为左右对称的两部分，所述对流室上方的烟气出口设置有联合烟道；所述辐射室共有两个，每个所述辐射室中间的中间上方为所述对流室，每个所述辐射室中间由隔墙对称分为2个所述辐射炉膛，每个所述辐射炉膛的侧墙由下到上呈双斜梯形，顺次包括第一斜墙、第一直墙、第二斜墙及第二直墙，所述第一斜墙和所述第二斜墙分别向所述辐射炉膛内倾斜； 所述炉管共有8组，每组所述炉管包括对流管和辐射管，所述对流室的每一部分水平布置有4组所述炉管对应的多排对流管，每个所述辐射炉膛中部自上而下设有纵向排列水平设置的、由炉管架支撑的2组所述炉管对应的多排辐射炉管，每组所述炉管对应的对流管与辐射管经炉体外的转油线相连接，所述对流管的入口与工艺介质入口相连接，所述辐射管的出口通过工艺介质出口转油线与减压塔相连接； 所述附墙燃烧器的数目为多个，在所述辐射管轴向两侧，沿所述第一斜墙底部和所述第二斜墙底部布置，每个所述附墙燃烧器以沿炉墙燃烧的方式形成双斜梯形双面辐射加热炉； 每组炉管对应的辐射管后部出口管段处设置3级扩径，在最后一级扩径后，辐射管横截面形状为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向； 在所述辐射管的后部扩径管段前某处，设置催化裂化澄清油注入口，与所述催化裂化澄清油注入口相连的、用以注催化裂化澄清油的管线上设置有流量调节阀组。2.根据权利要求1所述的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，所述催化裂化澄清油注入口设置在所述辐射炉管的后1/3?1/4管段。3.根据权利要求1所述的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，所述第一斜墙的高度为2m?4m，与垂直线夹角为0°?15°，所述第一直墙高度为所述第一斜墙高度的0.8?1.5倍，所述第二斜墙高度为3m?4m，与垂直线夹角为5°?15°，所述第二直墙高度为所述第二斜墙高度的0.8?1.5倍。4.根据权利要求1所述的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，设置于所述第一斜墙和所述第二斜墙底部的附墙燃烧器的喷嘴分别沿所述第一斜墙及所述第二斜墙方向倾斜，与垂直线夹角为4°?8°，所述附墙燃烧器距离所述辐射管管排的垂直距离为1.6m?2.4m。5.根据权利要求1所述的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，在所述对流管与所述辐射炉管之间的炉外转油线处设置有蒸汽注入口，所述蒸汽注入口与外供系统的蒸汽管线相连接。6.根据权利要求1所述的双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，其特征在于，所述椭圆形横截面的椭圆率介于1.1?1.4之间。
【专利摘要】本发明公开一种双斜梯形重质原油减压深拔卧管双面辐射减压炉，包括：常压渣油炉体、辐射室、对流室、辐射炉膛、炉管和附墙燃烧器，其中，辐射炉膛的侧墙由下到上呈双斜梯形，顺次包括第一斜墙、第一直墙、第二斜墙及第二直墙，第一斜墙和第二斜墙分别向辐射炉膛内倾斜；附墙燃烧器在辐射管轴向两侧，沿第一斜墙底部和第二斜墙底部布置，每个附墙燃烧器以沿炉墙燃烧的方式形成双斜梯形双面辐射加热炉；每组炉管对应的辐射管后部出口管段处设置3级扩径，在最后一级扩径后，辐射管横截面形状为椭圆形，椭圆形的长轴方向面向燃烧器火焰辐射方向，短轴方向垂直于火焰辐射方向。
【IPC分类】F27B17/00, C10G7/06
【公开号】CN104893752
【申请号】CN201510268520
【发明人】晁可绳, 宗士猛, 徐文浩, 崔莉
【申请人】中国寰球工程公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月22日
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