1、06 焦炭塔設計應考慮的幾個問題中國石化工程建設公司 李出和1. 概述 延遲焦化是以渣油或類似渣油的污油、原油為原料，通過加熱爐 快速加熱到一定的溫度后進入焦炭塔，在塔內適宜的溫度、壓力條件下發 生裂解、縮合反應，生成氣體、汽油、柴油、蠟油、循環油組分和焦炭的 工藝過程。在目前國內乙烯裂解原料石腦油短缺、優質柴油短缺、低硫低 烯烴汽油短缺和石油焦短缺的條件下，延遲焦化工藝由于其工藝簡單、投 資低、操作費用低等特點又重新得到各石油化工公司的重視。一樣情形下 新建和擴建延遲焦化裝置的要緊目的是處理煉油廠過剩而無出路的減壓渣 油；減少重油催化裂化的摻煉比例，提升催化汽油、柴油的質量；提升作 為優質乙

2、烯裂解原料 -焦化石腦油的產量；增產高十六烷值柴油，提升煉油 廠的柴汽比；增加中間焦化蠟油，為催化裂化及加氫裂化提供原料；利用 焦化干氣或石油焦作為制氫裝置的原料。目前國內延遲焦化裝置近 40 套， 新設計和正在建設的約 10 套，自第一套延遲焦化裝置在撫順石化公司石油 二廠建設以來，不管是延遲焦化工藝技術水平，依舊設備技術水平均有了 較大的提升，要緊體現在裝置運行更加安全可靠、開工周期延長、一次性 投資降低、能耗降低、操作費用降低、自動化水平提升、操作靈活性提升、 產品質量提升、環境污染減少。延遲焦化裝置的要緊設備有焦化加熱爐、 焦炭塔、焦化分餾塔、吹汽放空塔、加熱爐進料泵、水力除焦機械等，

3、其 中焦化加熱爐被認為是焦化裝置的關鍵設備，而焦炭塔則是焦化裝置的核 心設備。因為焦炭塔是焦化裝置的反應器，加熱爐、分餾塔、放空系統、 冷切焦水處理系統、水力除焦系統等均與之有關。盡管焦炭塔是一個空筒 設備，但它的設計涉及到幾乎全裝置的工藝過程，因此在焦炭塔的設計過 程中不但應充分考慮焦炭塔本體的設計，還應充分考慮與之有關系統的設 計。2. 焦炭塔本體的設計焦炭塔本體的設計要緊包括焦炭塔直徑的確定、塔高的確定、塔體材 料的選擇及焦炭塔的結構形式。2.1 焦炭塔的直徑和高度焦炭塔的直徑和高度要緊取決于裝置的處理量、原料性質、操作溫度、操作壓力和循環比。裝置的處理量是決定焦炭塔大小的要緊參數，目前

4、國 內單塔處理量和焦炭塔規格的對應如下：序號單塔處理量（萬 噸/年）焦炭塔規格（ mm）建設時刻操作循環比120305400×18000（切）50 年代至 70 年代1.3 1.4240 506100×21000（切）80 年代至 90 年代1.3 1.43100 1208400×21000（切）90 年代末1.15 1.354130 1408800×27000（切）21 世紀初1.15 1.255150 1709400×26500（切）21 世紀初1.15 1.25焦炭塔的單塔處理量越大，要求的焦炭塔直徑越大，這要緊是由焦炭 塔塔內的承諾氣速

5、決定的。 焦化原料渣油在加熱爐中被快速加熱到 500左 右進入焦炭塔，為防止加熱爐管結焦， 爐出口的反應轉化率一樣不大于 10 （氣體和汽油的轉化率） ，大部分的反應延遲到焦炭塔內進行，原料進入焦 炭塔，在塔內適宜的壓力、溫度和停留時刻的條件下發生裂解和縮合反應， 裂解為吸熱反應，縮合為放熱反應，裂解的熱量除了來自原料渣油本身外 還有一部分由縮合反應提供，縮合反應生成的焦炭停留在塔內，并由塔壁 向中心擴展，中心形成進料通道，在焦炭層以上為要緊反應區，即泡沫層。 泡沫層分油相泡沫和氣相泡沫，氣相泡沫在上部，其密度約為30 100kg/m3，油相泡沫在焦層以上，其密度約為 100 700 kg/m

6、3，焦化反應溫度即 為泡沫層溫度，一樣為 460 480，同時生焦率越高，該反應溫度越高。 焦炭層也存在焦化反應 ,裂化生成的氣體自焦炭層益處 ,焦炭層的間隙率約 為:30%50%。使熱態的焦炭層高度高于冷態的焦炭高度。隨著原料的持續進入，產生的焦炭量增加，焦炭層高度增加，泡沫層也 隨之連續升高。塔內反應示意圖如下：由于泡沫層為反應區，一樣不期望正在反應的泡沫被油氣夾帶到焦炭 塔頂出口的大油氣管線和分餾塔，導致管線結焦和分餾塔內結焦阻礙產品質量。焦炭塔內油氣的承諾氣速可用下式運算：m/s ; L 為輕相泡沫層密度， kg/m3 LV 為氣相泡沫層密度， kg/m3 K 為物性校正系數據資料報導

7、， 國外在焦炭塔內不注入消泡劑時， 承諾氣速一樣為 0.11 0.17m/s。在使用消泡劑時，正常的設計油氣速度應低于 0.12 0.21m/s。按 照承諾的油氣速度和焦炭塔內的油氣流量即可確定焦炭塔的直徑，為減少 泡沫夾帶，新設計焦炭塔建議采納低的油氣速度，國內設計焦炭塔內的油 氣速度一樣低于 0.10 0.15m/s。焦炭塔內的油氣體積流量除和渣油進料量有關外，與原料性質、操作 條件也有緊密的關系。在確定焦炭塔的直徑往常應第一確定焦炭塔的操作 條件和產品分布。渣油是以碳、氫、硫、氮、氧等為要緊元素的大分子烴 類，通常分為飽和烴、芳烴、膠質和瀝青質，瀝青質含量高的渣油生焦率 較高，輕油收率較

8、低。產品分布一樣最終由試驗確定，在沒有實驗數據時 可參考下式估算：（1） 硫化氫收率 ,（2） 干氣收率 ,（3） LPG 收率 ,W%: H2S=0.25*SfW%: RG =3.5+0.1*CCRW%: LPG =3.3+0.044*CCR焦炭收率 , W%: COK=1.6*CCR石腦油收率 ,W%: Nao=11.38+0.335*CCR瓦斯油收率 ,W%: TGO=100-(H2S+RG+LPG+COK+ Nao)柴油收率 /瓦斯油收率 ,R=0.38+0.011*CCR-0.00031*CCR柴油收率 ,W%: LCGO=R*TGO蠟油收率 , W%: HCGO=TGO-LCGO

9、其中:CCR為渣油的康氏殘炭（ W%），Sf 為渣油的硫含量（ W%）。 當原料性質確定后，對生焦率和產品分布阻礙較大的要緊是循環比、 反應溫度和壓力。循環比減少 10，生焦率一樣減少 1，同時焦化蠟油 收率增加，氣體、汽油、柴油收率下降。當需要提升裝置的液體收率時一 樣采納降低循環比（ 0.150.25）或零循環比操作；當需要多產焦化石腦油 和柴油時一樣采納較大循環比（ 0.25 0.45）操作；當焦化蠟油無出路或需 要最大可能地生產乙烯原料時一樣采納大循環比（ 0.41.0）操作。循環比 越大，焦炭塔內的油氣體積流量越大。提升焦化溫度可增產液體產品收率， 但基于焦化反應的特點，反應溫度（爐

10、出口溫度操縱）調整的幅度是專門 窄的，溫度過高會導致提早結焦，堵塞爐管、轉油線，阻礙開工周期，同 時易生成硬質石油焦，使除焦困難；溫度過低導致熱量不足反應深度不夠， 輕油收率降低，焦炭揮發分增大或產生焦油。一樣情形下是按照原料性質 確定最佳的操作溫度，通常焦化爐出口溫度為 495 505，芳烴含量和瀝 青質含量的比值較大時宜采納較高的爐出口溫度。采納低壓操作可改善焦 化產品分布， 在國內外已普遍認可， 國內焦炭塔頂操作壓力一樣為 0.15 0. 20Mpa，國外最低的達到 0.1 0.15Mpa。壓力降低一樣是提升蠟油的收率， 然而增大了焦炭塔的氣體體積流量，勢必使焦炭塔的塔徑加大，裝置的投

11、資增加，因此應綜合設備投資、操作費用和產品分布等因素確定適宜的操 作壓力。另外焦化加熱爐的注汽注水量、在線清焦時的加熱爐吹汽量、四通閥 及切斷閥的汽封蒸汽量對焦炭塔的直徑確定也有一定的阻礙，一樣加熱爐 的注汽注水量按爐新奇進料的 1.0 1.5考慮，在線清焦時應考慮減少渣油 進料，增加蒸汽量，蒸汽量可按 28t/h 考慮。焦炭塔底閥門的汽封量在采 納連續注入時應考慮 0.51.0t/h 的蒸汽量。在差不多確定焦炭塔的直徑后，按照原料性質、焦炭產率、生焦時刻、 泡沫層高度來確定焦炭塔的高度。焦炭產率和原料性質、操作條件有關， 泡沫層高度和原料性質、反應溫度及壓力有關。當在焦炭塔內注入消泡劑 后，

12、泡沫層的高度一樣減少 50 70。當單塔處理能力、原料性質和操作 條件確定后，塔內的焦層高度要緊確定于生焦時刻。目前國內焦化裝置設 計的生焦時刻均為 24小時，國外焦化生焦時刻一樣為 1024小時，采納 1 6 小時的占大多數， 采納短的生焦時刻，能夠提升焦炭塔的利用率，或者同 等規模的焦炭塔的高度減少。在確定焦炭塔高度時應留有一定的安全空高， 安全空高一樣為塔頂切線離泡沫層頂部的距離，國內設計的焦炭塔一樣安 全空高大于等于 3 米，國外焦炭塔的安全空高一樣為 23米。空高越大，焦炭塔的利用率越低，但油氣在塔內的停留時刻延長，對減少油氣線和分餾塔內結焦有利。空高的運算公式如下：H空高H切V錐

13、/0.785D塔 H泡沫焦其中：H 切焦炭塔切線高度 , m；G 焦焦炭生焦速率 , kg/h ； 焦生焦時刻 , hr ； 焦塔內焦炭堆密度 , kg/m3(800 900 kg/m3) ； V 錐焦炭塔錐體體積 , m3；D 塔焦炭塔直徑 , m ；H 泡沫泡沫層高度 , m。 通常所講的縮短生焦時刻能夠提升處理量，是提升了焦炭塔的利用率。 焦炭塔直徑和切線高度的關系 焦炭塔直徑和高度相互補充，當裝置處理量、操作條件確定后，直徑 增大能夠降低高度，高度增加也能夠適當減少塔徑。國內在過去建設的焦 炭塔的直徑一樣為 5.4 6.4 米，其高徑比一樣為 3 4。最近建設的大直徑 焦炭塔的高徑比一

14、樣為 23。美國焦炭塔的高徑比一樣為 23。焦炭塔的直徑和高度受到水力除焦機械，設備設計、制造、運輸、吊 裝等的限制，不宜太大和太高，美國目前運行的最大焦炭塔的直徑為 9.14 米。建議在裝置處理量較大，采納一爐二塔使焦炭塔的直徑和高度專門龐 大時，采納縮短生焦時刻或二爐四塔或三爐六塔更為適宜 ,不能盲目的追求 設備大型化。2.2 塔體材料的選擇 焦炭塔的材質選擇應考慮焦化原料性質、塔內操作條件、焦炭塔的結 構尺寸、裝置的建設投資。90 年代往常，國內設計的焦炭塔的材質大部分為 20g，因原料中硫含 量不高，設計的溫度及壓力較低，焦炭塔的直徑較小。通過近三十年的使 用體會表明，該材質差不多滿足

15、生產要求，但也顯現了許多的咨詢題，要 緊表現在由于其耐熱性能差，使用一段時刻顯現塔體裂紋、鼓包和變形， 給生產帶來不安全因素。按照最新材料選擇標準，焦炭塔的材質應選用 20 R。目前針對小直徑焦炭塔，同時原料油中含硫量低，建設投資不高的情形 下，仍可采納 20R 作為焦炭塔的材料。采納碳鋼材料，設計溫度不能高于 375，實際上焦化原料進焦炭塔的溫度為 485495，由于生成的焦炭積 聚于塔壁，起到了隔熱作用， 實際測量焦炭塔塔體的最高溫度不高于 475； 設計壓力一樣低于 0.3Mpa，設計腐蝕裕度不小于 3mm，否則焦炭塔的壁厚 太大，給焦炭塔的制造、熱處理、施工安裝帶來一定的困難。當焦炭塔

16、的 直徑較大和原料中硫含量較高時，焦炭塔若采納碳鋼材質，其塔體的厚度 就會專門厚，不管從使用性能、設備制造、施工安裝、設備費用等方面均 不利。因此目前設計的大型化焦炭塔的材質均采納 Cr-Mo 鋼。國內近幾年 設計的焦炭塔的材質大都為 15CrMoR。美國自 19801997 年大量使用 Cr- Mo 鋼， CrMo 鋼中經常用的是 1Cr-1/2Mo，1 1/4Cr-1/2Mo 和 2 1/4Cr-1.0M o，1 1/4Cr-1/2Mo 鋼和 1Cr-1/2Mo 鋼相比，許用應力高、對缺口敏銳性小、 耐熱性更好，但國內應用的還比較少。美國 Foster-wheeler公司為印度設計 的直徑

17、 29英尺的焦炭塔下部錐體采納 2 1/2Cr-1.0Mo 鋼，上部采納 1 1/4C r-1/2Mo 鋼。為提升焦炭塔的耐熱腐蝕性，焦炭塔上部經常采納不銹鋼復合板，復 合層的厚度一樣為 3mm，復合層的材質為 0Cr13Al 或 0Cr13，國內焦炭塔 大部分采納 0Cr13Al ，據資料報導， 0Cr13Al 應限制在 343以下使用，長 期處于 371538會使其變脆， 焦炭塔上部的溫度為 460左右， 應采納 0 Cr13為好。美國 19801997年安裝的焦炭塔大部分采納 0Cr13作為復合層。 國內新設計的茂名石化公司和齊魯石化公司的焦炭塔材質采納的是 1 1/4Cr -1/2Mo

18、 鋼和 0Cr13 復合層。復合層的高度為從頂部至泡沫層下 200mm處， 實際上焦炭塔內的泡沫層在持續變化，由底部逐步向上升高，按理應全塔 采納復合板。但實際操作證明，生焦完成時的泡沫層及泡沫層以上塔體腐 蝕較嚴峻，估量是最高泡沫層以下焦炭塔受焦炭的愛護，同時越向下，受 愛護的時刻越長，未被愛護的上部塔體受高溫氣體腐蝕和沖蝕，在吹汽、 給水冷焦時，受酸性水的腐蝕，從而導致上部腐蝕較為嚴峻。當焦炭塔采 納 CrMo 鋼及不銹鋼復合板后， 其耐熱性提升， 許用應力增大、 耐腐蝕性增 強，在設計時應考慮采納較高的溫度和壓力，使焦炭塔更習慣焦化裝置各 種工況操作的變化。2.3 焦炭塔的結構形式 確定

19、焦炭塔的結構形式應充分考慮焦炭塔的操作特點、使用壽命、安 全保證等方面的因素。焦炭塔盡管是一個空筒設備，但其結構型式、開口 嘴子的設計也有多種型式。在上世紀六、七十年代和八十年代初，國內設 計的焦炭塔均設有堵焦閥，裝置開工預熱和正常操作時焦炭塔的預熱介質 自堵焦閥進入，油品自塔底由甩油泵抽出，油氣自塔頂進入分餾塔，由于 堵焦閥處塔體受熱不均產生裂紋和變形以及經常由于甩油不凈導致換塔時 塔內突沸沖塔， 80 年代以后國內設計的焦炭塔均取消了堵焦閥，并增設了 甩油罐。油氣預熱利用塔頂的大瓦斯線，開工循環利用安全閥線或單獨設 置的開工循環線。塔頂油氣出口線過去自鉆焦口法蘭下接出，現在一樣單 獨設油氣

20、出口，同時急冷油入口斜向下安裝在油氣出口法蘭以下或上部的 管線上。另外目前在設置開口時均考慮自焦炭塔頂打入消泡劑和注入煉油 廠的污泥或含水污油。實踐證明現在的改進措施，均有利于焦炭塔的靈活 操作，對減少塔出口結焦也十分有效。焦炭塔的裙座結構也正在持續改進，由過去的對接型式和搭接型式逐 步進展為堆焊型式和整體鍛焊型式， 四種結構型式的運算疲勞壽命分別是 5 98、478、5503、10704周期。在有條件的情形下，為了盡量延長焦炭塔的 疲勞壽命，應優先考慮采納整體鍛焊結構。另外，焦炭塔裙座采納蒸汽加 熱措施對延長焦炭塔的壽命也有一定的好處。過去焦炭塔頂封頭均采納球 形封頭，為了在焦炭塔高度不變的

21、情形下提升其利用率，增加焦炭塔的容 積，國內目前大都采納橢圓封頭，針對 8400×21000mm 的球型封頭焦炭 塔，若改為橢圓封頭，在總高度不變的條件下，其切線長度約能夠增加到 2 3100mm，焦炭塔的筒體容積增加 33.8m3，對增加焦炭塔的處理能力十分有 利。按照焦炭塔的使用體會，焦炭塔的頂部鉆焦口和底部出焦口的法蘭容 易發生火災， 這要緊是由于該法蘭的設計壓力較低 （一樣為 1.6Mpa）、經常 人工拆裝、金屬墊片只是關、內部操作介質溫度高所致。為了幸免該類事 件的發生，應考慮采納合理的法蘭結構型式、質量可靠的金屬墊片，除焦 口在拆卸法蘭和裝配法蘭時應科學、精心操作，另外在

22、法蘭易泄漏部分設 消防蒸汽環管，一旦油氣外泄漏著火，操作人員也能夠及時對其熄火。焦炭塔的料位計和塔壁測溫點的設置也是焦炭塔設計應考慮的因素。 設置料位計的要緊目的是觀看焦炭塔內泡沫層和焦層的所處位置，有助于 及時確定注入消泡劑和停止工藝進料，對提升焦炭塔的利用率，指導焦化 工藝操作、節約能耗和消泡劑耗量專門有利。目前國內采納的大部分是國 產的中子料位計，其使用的中子源活度為 50 毫居，相應輻射劑量為距源點 1 米處，中子及 射線總輻射劑量小于 1.6×10-6 希沃特時。其工作原理 是中子源發出快中子，穿過塔壁和塔內介質，由于塔內介質中的氣體、泡 沫層、焦炭的碳氫比不同，對中子的吸

23、取慢化不同，塔外壁接收到的中子通量也不同。測量在此中子通量及其隨時刻的變化，則能夠確定塔內物料 的相對密度的大小及其變化，由此判定物料狀態是油氣、泡沫依舊焦炭。 通常每個焦炭塔設置料位計 14 點不等，設 3點的較多。三個點的設置位 置應按照生焦率、進料量、生焦時刻、泡沫層高度確定。每檢測點由中子 源、檢測器、電子線路、主控室接口及二控 PC 數據處理、顯示系統等構成。 塔上部件均有效地密封在防火、防水、防電磁干擾的外殼內，并安裝在塔 壁外的支架上，在塔體設計時應考慮料位計的安裝位置及結構形式。上述 料位計每一檢測點只能檢測塔內某一點的料位，另外一種料位計點發射源 和接收器在焦炭塔相對的兩側，

24、發射源發射的射線是水平向下約 30o 的扇 面，其對面的是長約 23 米的棒形接收器，該料位計能夠在一定范疇內連 續檢測塔內的料位，若采納該類型料位計，在焦炭塔設計時應考慮在塔的 兩側設計安裝料位計支架。焦炭塔塔壁溫度的變化差不多也能夠判定焦層、泡沫層的位置，該措 施在國內外也得到普遍應用。按照焦炭塔內的反應模式，泡沫層區的塔壁 溫度最高，焦層區由于焦炭的隔熱作用，塔壁溫度比進料溫度低，氣相區 由于氣體的溫度低且傳熱較差，導致塔壁溫度比反應區溫度也低。按照不 同點塔壁溫度的變化，由低到高再到低來確定泡沫層是否差不多過此點。 另外塔壁溫度的設置對焦炭塔的吹汽、給水、油氣預熱過程也有一定的指 導作

25、用。測溫點的熱電偶和塔壁應有效接觸，采納埋置式較合理，在焦炭 塔的制造過程中就要預放焊接板。2.4 焦炭塔的制造、熱處理、安裝和試壓 焦炭塔的制造從煉鋼開始，當焦炭塔的規格及材質確定后，向煉鋼廠 提出要求，冶煉符合設計要求的鋼板，國內大型煉鋼廠均能夠生產滿足要 求的焦炭塔鋼板，復合板由專門的復合板制造廠生產。焦炭塔裙座采納整 體鍛件結構時，應在制造廠事先鍛造完成，整體運到現場，針對大直徑的 焦炭塔應充分考慮其運輸的難度。采納堆焊結構可現場焊接。焦炭塔體一 樣采納分克制造現場組裝的安裝方法，能夠在地面組裝完畢，整體吊裝就 住，也能夠分塊吊裝現場焊接。當焦炭塔采納鉻鉬鋼或較大壁厚碳鋼時， 均應熱處

26、理，能夠分段在制造廠進行熱處理，現場組裝焊接后對焊縫進行 局部熱處理；也能夠分段運到現場，在現場熱處理爐進行熱處理，在組焊 后局部熱處理。 焦炭塔使用前的試壓應采納水， 試壓水可由冷焦水泵送入 在正常操作時試壓一樣采納蒸汽試壓 ,試驗壓力應考慮溫度的阻礙。3. 焦炭塔有關系統的設計 在設計焦炭塔時應充分考慮其有關系統，要緊是吹汽放空、給水冷焦 及冷焦水處理、水力除焦及切焦水處理、油氣預熱等和焦炭塔操作緊密有 關的系統。焦炭塔的進料來自焦化加熱爐，加熱爐為連續操作，焦化油通過四通 閥連續送至焦炭塔 A 或 B，四通閥和四通閥兩側的球型隔斷閥實行聯鎖操 縱操作，焦炭塔為間斷進料，其進料時刻即為生焦

27、時刻，在一個塔的生焦 時刻內，另一個必須通過處理后達到生焦條件。一個焦炭塔兩次開始進料 的時刻間隔為焦炭塔的操作周期。焦炭塔的操作周期一樣為 2472 小時 下表為焦炭塔不同操作周的操作情形。操作過程h 操作周期 ,h生 焦 h切 換 塔 h小 吹 汽 h大 吹 汽 h小 給 水 h大 給 水 h排 水 h頂底 頭蓋 拆卸 h除 焦 h頂底 頭蓋 安裝h試 壓 h塔預 熱升 溫h閑置 h36180.50.51.51.03.52.00.53.50.50.53.50.548240.50.52.02.54.03.50.54.00.50.54.51.024120.20.31.00.82.52.00.2

28、2.50.20.32.0072360.50.52.03.05.54.50.54.00.50.56.58.0由上表能夠看出，操作周期不同，焦炭塔處理的每一個步驟需要的時刻不同，若達到同樣的處理成效，操作自動化程度、吹入蒸汽的流量、冷 焦水的流量、切焦水壓力和流量、油氣預熱流量不同，其相應系統的配置 也有較大的差別。因此在確定生焦周期時應慎重考慮。采納較短的生焦時 刻可體現裝置的設計水平，美國經常采納的是 1618 小時，而國內差不多 上采納 24 小時。這不僅和操作治理及工作制度有關，而且和焦炭塔的設計 及配套系統有關，在設計焦炭塔時應分別給于考慮。3.1 吹汽放空系統 焦炭塔停止生焦以后，未反

29、應的渣油和反應生成的部分油氣停留在焦 炭塔內，若不去除將阻礙焦炭的質量和增加冷焦水中的油含量。通常先少 量吹入蒸汽，從滿焦的焦炭塔汽提輕質油品至焦化分餾塔，小吹汽的蒸汽 量和焦炭塔的直徑、生焦時刻有關，在生焦時刻短，焦炭塔直徑大的情形 下，要使焦炭塔中的輕油充分吹出 ,應加大蒸汽量 ,但蒸汽量的增加將受到分 餾塔設計的限制， 一樣為 1.5 3.0t/h。小吹汽后， 焦炭塔內仍舊存在許多重 質污油，應該用大量蒸汽進行汽提，蒸汽量一樣為 1020t/h，視塔徑不同 而定，現在再進分餾塔，將阻礙分餾塔的操作。因此在焦化裝置設置吹汽 放空系統，專門處理焦炭塔大吹汽時吹出的油汽和給水冷焦時產生的含油

30、蒸汽。國內的吹汽放空系統一樣設計為密閉的油吸取式放空系統，該系統 是用焦化蠟油吸取油汽中的污油，用空冷器或水冷器冷凝未被吸取的蒸汽 及輕質油氣，該系統不僅減少了環境污染，而且回收了大量的污油和污水。 放空塔的設計和大吹汽的蒸汽量有關，最大空塔氣速以吸取油品不被蒸汽 夾帶為原則，放空塔塔徑按照蒸汽及油氣流量和承諾空塔氣速確定，吸取 及換熱擋板按照入口蒸汽中含油量和換熱量確定。國內外一樣采納擋板作 為吸取換熱板，擋板數量為 816 層。在確定焦炭塔直徑的同時應考慮放 空塔直徑和放空系統的冷凝冷卻器的設計。大直徑的焦炭塔和短的生焦時 刻，需要的汽提蒸汽量大，配套的放空塔及冷凝冷卻器也應該加大。3.2

31、 給水冷焦及冷焦水處理系統 在焦炭塔拆卸塔頂底蓋往常，必須把焦炭塔冷卻到焦炭的自燃點以下 或更低，幸免打開塔頂底蓋后發生焦炭自燃和大量油汽外出阻礙環境。通 常是向塔內通入少量的水 （約 1020t/h），水在塔內汽化吸熱冷卻焦炭， 產 生的蒸汽排至放空系統進行處理，再向塔內大量給水（ 200 400t/h），使焦 炭塔充滿并溢流， 冷卻焦炭至 100以下， 然后自底部排水至冷焦水處理系 統。焦炭塔的設計應考慮給水冷焦，給水冷焦的操作條件又決定著冷焦水 處理系統的設計。焦炭塔直徑越大，徑向焦層厚度增加，塔壁處焦炭不易 被冷卻，另外焦炭塔體積增大，充滿焦炭塔需要的冷卻水量增加，因此冷 焦水的給水量

32、和冷卻時刻應適當延長。冷焦水處理系統應該考慮加大冷焦 水熱水和冷水的貯罐或貯水池，滿足一次冷焦使用，冷焦水冷水泵和熱水 泵也應考慮選用大流量泵，保證能在規定的時刻內充滿焦炭塔。冷焦水處 理系統的旋流除油器、冷卻器能夠考慮延長操作時刻，不一定按焦炭塔塔 徑的增加而選用的太大。焦炭塔的給水線專門是放水線應加大直徑，幸免 放水時刻太長。在冷焦操作時，經常顯現大吹汽后小給水時，焦炭未硬結 塌落，導致給水不暢通，有的煉油廠采納先大給水使通道的焦炭固化，再 由小給水過渡到大給水，成效比較明顯。焦炭塔的最大操作荷重應考慮冷焦操作，因為冷焦操作時焦炭塔內充 滿水，水中有焦炭，焦炭的真比重大于水，最大操作荷重為

33、水的重量加焦 炭的重量。3.3 水力除焦及切焦水處理 水力除焦及切焦水處理系統要緊包括高壓水泵、操縱閥、高壓膠管、 鉆桿、切焦器、鉆機絞車、塔底蓋裝卸機、焦炭抓斗、切焦水沉淀池、切 焦水貯水罐（或貯水池）等。上述設備的設計及選型應和焦炭塔的設計相 配套。高壓水泵的壓力和流量和焦炭塔內的生焦量、焦炭塔直徑、焦炭硬 度和切焦時刻有關，一樣情形下生焦量大、切焦時刻要求的短、焦炭硬、 焦炭塔直徑大要求的切焦水的壓力和流量就大。國內高壓水泵出口壓力、 流量和塔徑的關系見下表：焦炭塔直徑高壓水泵出口壓力 Mpa高壓水泵流量 m3/h540015.0150 160600018.0180 190610018.

34、0180 190640020.0190 200680021.0200 210840028.5250 270 880030.0260 280940033.0300 310按照國外資料介紹， 焦炭塔每米直徑， 需要的水壓約為 2.72Mpa，美國 休斯頓某煉油廠焦炭塔直徑為 7.42 米，選用的高壓水泵壓力為 22.8Mpa。 在給定的壓力下，沖擊力和流量成正比，焦炭塔直徑增加，切焦水流量也 應加大。國內設計焦炭塔每米直徑需要的水壓約為 2.73.5Mpa，同時直徑 越大，平均每米需要的水流量變化不大。高壓膠管、操縱閥、鉆桿、切焦 器的設計壓力應按高壓水泵最高出口壓力考慮，目前國產的該類設備的耐

35、壓均超過 42Mpa，完全能夠滿足使用要求。鉆機絞車、操縱閥、高壓水泵、高壓水切斷閥等的聯鎖操縱操作也是 焦炭塔輔助系統設計的內容之一，該系統采納 PLC 測定鉆桿位置、鉆桿轉 速、除焦水壓力、鋼絲繩拉力等并顯示其數值，通過程序操縱實現除焦過 程的安全操作。塔底蓋裝卸機和焦炭塔下出焦口的高度及大小有關，目前 國內 5400 6800的焦炭塔下出焦口為 1600，84008800 的焦炭 塔下出焦口為 1800。更大直徑的焦炭塔應采納更大的出焦口，保證焦炭 的順利流出，底蓋裝卸機的設計也應重新考慮。為縮短塔頂底蓋的拆裝時 刻、降低勞動強度，應逐步考慮采納自動卸蓋機，國外已有成熟的技術， 國內正在

36、研究開發當中。焦炭抓斗的大小和除焦速度有關，大直徑焦炭生焦量多，同樣的除焦 時刻，單位時刻內除焦量大，抓斗應及時把除下的焦炭抓走，因此應考慮 選用抓吊量大的抓斗吊車。切焦水沉淀池的設計和切焦水的流速及停留時刻有關，通常要求處理 后切焦水中焦粉含量應小于 500ppm，切焦水流量增加，達到同樣的處理成 效應延長停留時刻，因此應考慮適當加大切焦水沉淀池或設切焦水過濾器。切焦水貯罐是高壓水泵的進料緩沖罐，其大小應滿足一次切焦用水的 要求，高壓水泵需要的汽蝕余量（ NPSHR），對該罐的設計也有阻礙，焦炭 塔直徑越大，一次切焦水耗量越多，高壓水泵流量越大，泵的汽蝕余量越 大，因此設計切焦水貯罐時應考慮

37、適當加大直徑和增加高度。3.4 焦炭塔的油氣預熱系統 焦炭塔在切換新的進料往常，必須進行蒸汽試壓和油氣預熱，通常預 熱到 300以上。其要緊目的是使塔體逐步預熱升溫， 防止塔體由于溫差太 大、疲勞壽命減少使塔體變形和防止由于龐大的塔體吸熱、降低初始反應 溫度而產生出較軟的焦炭。焦炭塔的預熱時刻和焦炭塔的大小及預熱油氣 量有關，焦炭塔越大，在一定的時刻內完成塔體預熱需要的油氣量越多。 焦炭塔的油氣預熱是把生產塔的油氣通過焦炭塔頂出口油氣線引至預熱 塔，被冷凝冷卻的油氣混合物自塔底轉油線進入甩油罐（氣液分離罐） ，未 凝油氣返回分餾塔，凝縮油的溫度、流量和組成隨著預熱的時刻進程而變 化，前期溫度低、含水較多，后期溫度較高、油品較重。煉油廠通常把含 水的凝縮油（200）經冷卻后送至污油罐， 而把高溫的凝縮油 （200） 直截了當送到分餾塔下部回煉。在焦炭塔設計時應考慮油氣預熱系統設備 及閥門的大小。一樣而言，焦炭塔直徑越大，油氣線上的閥門越大，甩油 罐及甩油泵越大，焦炭塔的油氣預熱對分餾塔熱平穩及物料平穩的阻礙也 越大。油氣管線上的電動球閥或氣動球閥應考慮可調劑，平穩兩路氣體的 壓力，操縱適宜的預熱速度。3.5 利用焦炭塔處理煉油廠的污油、污泥和浮渣 為減