煤焦油管式炉结焦原因的分析和对策完整版Word文档下载推荐.docx

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　　【摘要】焦油管式炉由于焦油质量和原料供应不稳定等因素影响，导致炉管结焦，从而影响生产的正常稳定进行。

本文分析了导致管式炉结焦的几个主要原因，并对比分析了蒸汽--空气清焦法、机械清焦法和在线清焦法三种常用的炉管清焦方法的优缺点。

　　【关键词】管式炉；

结焦原因；

分析与对策

　　一、前言

　　管式炉是焦油蒸馏系统的关键设备之一，其功能是将二段焦油泵输送的脱水焦油加热至380-405℃，让煤焦油中的轻油、酚油等在二段蒸发器或馏分塔内很好地分离。

管式炉由于焦油质量及原料供应不稳定等纵多因素的影响，导致管式炉炉管结焦，焦油流过的阻力增加，二段焦油泵出口压力升高，同时炉管导热性能下降，炉管管壁温度上升，严重时可能导致炉管烧穿而引发事故。

管式炉结焦是造成管式炉损坏的主要原因，炉管内结焦，提高了管壁温度，从而加剧其表面的氧化和腐蚀，使管壁厚度变薄，减薄处在内压和热量的双重作用下发生变形鼓出，管子内壁和焦层之间间隙加大，使炉管其它部位的温度也逐渐升高，进而使炉管氧化减薄，最终导致炉管破裂。

本文对管式炉结焦的主要原因进行综合分析，并介绍了蒸汽--空气清焦法、机械清焦法和在线清焦法三种清除结焦的常用方法，并对其优缺点进行对比研究。

　　二、管式炉结焦的主要原因

　　管式炉结焦由多种因素综合作用所致，结焦是炉管内的焦油温度超过一定界限后发生热裂解，变成游离炭，堆积到炉管上的现象。

炉管内壁附着一层焦层以后，热阻增加，造成管壁温度升高，原料继续渗透到焦层孔隙中，继续结焦，逐渐形成越来越厚的坚实焦层，使管壁温度达到到允许值的极限。

结焦量取决于焦层生成速度及焦层脱落速度两大因素，结焦是在管炉管内壁表面上产生，管内流体的温度过高，管内流体的流速慢，这些因素都会加速结焦的形成。

管式炉产生结焦主要有以下原因：

　　1.原料焦油性质不稳定

　　煤焦油是炼焦工业煤热解生成的粗煤气中的产物之一，常温下是一种黑色粘稠液体，主要由多环芳香族化合物组成的有机混合物，含有1万多种化合物，可提取的约200种，有利用价值且提取经济合理的约50种。

煤焦油的化学组成极为复杂，并且不同地区的煤焦油化学成分也有差异，不同的工艺生产出的煤焦油也有差异。

煤焦油作为管式炉的原料在管式炉中发生复杂的化学反应，原料煤焦油的品质对管式炉的运行有较大影响，如果管式炉选用的原料煤焦油品质不高性质不稳定，或是焦油含水高，最终脱水效果不好，从而导致管式炉在高温下结焦。

　　2.加热炉进料存在波动

　　管式炉进料流量均匀，原料的化学反应才会较稳定，温度也会严格控制在较小范围内波动，管式炉的运行流程才会平稳。

如果加热炉进料流量不均匀，导致炉出口温度忽高忽低，炉管的局部温度可能超过界限温度，从而可能造成管式炉结焦。

进料流量不均主要有以下方面：

1、泵出口压力不稳定波动较大，原料进入管式炉流量不均匀。

2、并列的管道的实际内径不一致，比如管子压扁、焊缝处突出的焊瘤、杂物堵塞等，造成并列各管的流动阻力大小不一样，使原料进料流量不均；

　　3.炉膛内热分布不均匀

　　管式炉炉膛内热分布均匀才能确保炉内原料反应平稳，但管式炉普遍存在炉膛温度分布不均匀等缺陷，炉膛内温度控制比较困难，若炉膛某一局部温度过高，容易造成局部炉管结焦甚至烧管。

管式炉出口温度波动受影响因素除了管式炉本身外，焦油预热器、一段蒸发温度的变化也可能引起出口温度的小幅波动。

而炉膛内热分布不均匀是由于受热面热偏差的原因，吸热不均、结构不均、流量不均，受热面结构不一致，对吸热量、流量均有影响，这些都可能导致受热面偏差，产生热偏差的主要原因归结为吸热不均和流量不均两个方面。

　　4.温度仪检测指示失灵

　　管式炉是一种火力加热设备，利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰作为热源，从而加热在炉管内高速流动的介质，达到工艺规定的温度，以供分馏、裂解等加工过程所需的热量。

因此管式炉对炉出口温度的控制要求很高，要求温度波动控制在很小范围内，确保原料发生可控的化学反应，如果炉温超过一定界限，则极易导致炉内结焦。

在实际生产中，管式炉对温度非常敏感，要求温度仪实时检测出温度的变化，如果温度仪指示失灵，炉温升高达到了上限而温度仪却未能准确指标出来，也会造成管内油在高温下裂化结焦。

　　5.火焰扑烧管式炉炉管

　　管式炉的炉管处于高温燃烧环境下运行，工艺要求对温度控制极为严格。

由于炉内火焰分布不均匀，炉内各温度区域分布不稳定，热力在炉内的分布程度差，或火焰中心偏斜，出现火焰扑烧管式炉炉管的现象，将造成受热面局部结渣或积灰，会使管子之间的吸热严重不均。

在燃烧过程中火焰分布不均而出现有局部火焰扑管或舔管现象，必然造成炉管受热不均匀而出现局部管壁超温，从而导致炉管局部温度过高，炉管结焦。

　　三、清除结焦的对策

　　当管式炉炉管结焦时,清焦的方法主要有空气--蒸汽烧焦法、机械清焦法和在线清焦法三种方法，其中空气--蒸汽烧焦法和机械清焦法必须在停炉后进行清焦,两种方法清焦效果大致相当，其典型清焦时间分别为24～48小时、18～24小时。

而在线清焦法的典型清焦时间为16～24h小时，这种技术可延长管式炉连续运行时间，还可缩短停炉烧焦次数及停工检修次数。

　　1.蒸汽--空气清焦法

　　蒸汽--空气清焦法炉管清焦的原理是向结焦的炉管内同时通入按照一定配比的蒸汽和空气，利用加热炉火加热，使炉管内堆积的焦炭燃烧，在一定的温度下让附着在炉管内的焦层在高温蒸汽和空气的冲击下崩裂、粉碎和燃烧，焦层燃烧后的产物及尚未燃烧的焦粉被蒸汽气流冲出炉管，如此反复作业，直至炉管内的结焦全部清除干净为止，从而达到清除炉管内结焦的目的。

采用蒸汽--空气清焦法在清焦过程中有如下重要的要点：

在燃烧过程中必须密切观察炉管颜色，避免出现亮红或紫红色，一旦发现炉管发亮，必须立刻减少空气量，增加蒸汽量，严格避免炉管出现局部过热现象；

烧焦三通罐喷出的焦粉粒度不大于2mm，否则易造成炉管堵塞从而烧坏炉管；

根据放空处是否有蒸汽冒出来判断炉管是否堵塞，炉管一旦堵塞，应立即关闭空气，同时通入大量蒸汽将炉管吹通后再继续烧焦；

烧焦的炉管由红变黑，说明焦已烧完；

完成全部烧焦流程后，可用石灰水检查炉管中排出的废气，若无白色沉淀物生成，即表明管内焦层已烧完。

蒸汽--空气清焦法利用蒸汽和空气在烧焦过程中，由于需要让炉管内的焦层发生自燃，因此加热炉管控制温度较高，频繁的烧焦会导致炉管外壁出现氧化，炉管出现球墨化，使炉管的强度和壁厚都有一定程度的降低和变薄。

应该是蒸汽--空气清焦法要求炉管升温要严格控制速率。

，而温度控制难度很大，如温度控制不当导致温度过高将烧坏炉管，因此蒸汽--空气清焦法烧焦过程中如温度控制不严格，将出现烧过现象，严重时会烧穿炉管，影响装置的安全运行，因此要求相当熟练的工程技术人员来操作，对技术人员要求很高。

蒸汽--空气清焦法需要处理水和焦混合物，容易造成污染，还存在一定的安全隐患，炉管存在潜在断裂危险，清焦不彻底，不能清除无机物。

　　2.机械清焦法

　　机械清焦法是一种在常温下利用水力作为动力的清焦方法，既可让炉管不处于高温状态，还能将炉管内结焦清除干净。

机械清焦法的工作原理是利用高压水泵产生高水压的水流推动特殊材料及工艺制造的清焦球在管道内往复运动，通过清焦球表面附带的螺钉状金属物对管道内壁做机械摩擦，将附着在管道内壁上的污垢刮除掉。

机械清焦法是一种纯物理方法，利用通球作为除焦工具，用水力推动其在炉管内运动，用通球周身安装的附件如带花纹螺钉将附着在炉管内壁上的焦及锈刮掉，通球在炉管内来回运动，尽可能将管壁内附着的焦层刮除干净。

通球随着刮下焦块数量的减少直至没有焦块清除出来，再更换直径稍微大点的通球推入炉管反复重复以上程序。

机械清焦有如下特点：

在不停工的情况下进行管道清焦工作，清焦时间短，减少了因停车而带来的经济损失；

减少燃气的消耗和操作危险性；

刮掉的焦块再用水将其带冲出炉管并收集，不会对环境造成排放污染，减少了废气和烟尘的排放；

减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率，减清焦化车间的劳动强度，防止因人为原因温度控制不好，造成烧焦时对炉管的损伤；

安全性较高，由于机械清焦清焦是通过水压作为动力，安全事故几率大大降低。

机械清焦法比较简单，靠由小到大塑料炮弹依次在压缩空气推动下高速旋转将附在管壁上的结焦刮下来。

但机械清焦也存在一些不足：

通球周身安装的螺钉硬度比炉管材质的表面硬度要大，长时间的运动清焦会对炉管表面产生较强的机械损伤，如多次进行机械清焦，炉管厚度将会变薄，应对通球周身安装的螺钉材质或结构进行改进，使其在清焦过程中既能可将炉管内结焦清除干净，又可有效地降低通球对炉管的损伤；

清焦的时间较烧焦长，经济性较低；

不能将炉管清除干净，特别是在炉管的弯头部分更难清除，而且清焦球在高速旋转时易损炉管或被炉管卡住

　　3.在线清焦法

　　在线清焦法是在管式炉的不停炉的情况下对炉管内结焦进行清除的技术，在线清焦有两种方法,一种是恒温法,另一种是变温法。

恒温法是利用高速流动的水蒸汽对焦垢层的冲刷作用及水蒸汽在高温下与焦炭发生化学反应生成一氧化碳和氢气。

恒温法仅用于结焦时间较短的管式炉,可有效的去除管内生成的软焦层。

但当管内焦层已经变硬,采用恒温法进行在线清焦的效果就不太理想,此时应采用变温法清焦。

变温法是利用炉管金属与管内焦垢层热膨胀系数的差异,通过快速升高焦垢层温度及降低炉管温度,使得焦层与炉管剥离。

在线清焦法能避免因炉管结焦需整体停车清焦所带来的损失,可产生较大的经济效益,其缺点是无法清除硬如铁锈等这样的无机物。

在线清焦法在清焦过程中过大的蒸汽流速会加剧炉管和弯头腐蚀,清焦过快时还会导致炉管堵塞。

因此在线清焦所需蒸汽量、管壁温度的变化范围及蒸汽速度应按实际炉管规格、根数与材质进行精确计算确定,其操作必须严格按照规定的步骤进行实施。

在线清焦法对设备影响较大，炉子造价高，国内装置设计不易实现，而且不能全部清除特殊炉管部分的炉焦，并且由于炉管膨胀和收缩可能造成炉管损坏。

在线清焦技术对延长加热炉的连续运行周期将发挥重要作用，在国内的部分焦化装置设计中被采用，但国内焦化加热炉的反应苛刻度较低，该技术未被广泛使用，在线清焦设计技术已比较成熟，但使用的经验不足，制约在线清焦技术进一步发展。

　　四、结语

　　焦油管式炉是焦油蒸馏装置的主要设备，由于辐射段出口温度提高，以及焦油质量及原料供应不稳定等因素影响，导致炉管内的油品温度超过一定界限后发生热裂解，变成游离炭，堆积到炉管上形成炉管结焦，从而使其导热性能下降,从而影响生产的正常稳定运行。

本文分析了导致管式炉结焦的几个主要原因：

原料焦油