1、雙面輻射焦化爐輻射管據國外公司介紹，美國雙面輻射焦化爐的設計始于1994年，從那時開始，美國新建的延遲焦化裝置有90%以上均采用雙面輻射焦化爐。國內第一臺具有國際先進水平的雙面輻射焦化爐于1999年底在上海石化股份有限公司建成并順利投產，并且在2001年2月成功地實施了在線清焦操作。與常規單面輻射焦化爐相比，雙面輻射焦化爐在熱效率、操作周期及操作費用等方面有著顯著的技術和經濟優勢。1. 爐型雙面輻射焦化爐爐型基本分為兩種，一種為多室箱式爐，一種為多室階梯爐，兩種爐型均在爐頂設置一個公用的對流室（參見圖1、2）。與常規單面輻射加熱爐相比，雙面輻射焦化爐爐膛長度較大、爐膛高度較小，這與其燃燒器數量

2、較多、燃燒器發熱量較小有著直接的關系。雙面輻射焦化爐輻射管水平布置在爐膛中間，接受布置在其兩側燃燒器產生的火焰及爐墻的高溫輻射。管內介質一般采用自上向下流動方式，但也有關于采用自下向上流動方式的報道。與常規單面輻射焦化爐不同，雙面輻射焦化爐輻射管之間一般采用急彎彎管連接，并且布置在爐膛內部而不設置彎頭箱，輻射管架可采用懸吊式結構或下支撐式結構。多室箱式爐采用垂直向上底燒式燃燒器，為保證爐膛溫度分布的均勻性，燃燒器火焰高度一般應達到爐膛高度的1/3至1/2。處于同一輻射室的兩組盤管用中間火墻隔開，以避免操作中相互干擾。而多室階梯爐采用附墻式底燒燃燒器，燃燒器產生的高溫火焰緊貼爐墻向上燃燒，將爐墻

3、加熱成為高溫輻射體，再由爐墻將熱量輻射給爐管。該種爐型每組盤管均位于一個輻射室內，可保證操作中不會出現相互干擾。2. 設計參數選擇傳統的設計方法是選取合適的輻射管平均熱強度、管內質量流速及管程數，從而確定輻射管規格及排管面積。根據輻射傳熱理論可知，在管心距為爐管外徑兩倍情況下，單面輻射一面反射的爐管周向熱強度的不均勻系數（即周向最高熱強度與平均熱強度比值）約為1.78，而雙面輻射爐管約為1.2，這樣在周向最高熱強度相等的前提下，雙面輻射爐管的平均熱強度設計值可以取單面輻射爐管平均熱強度的1.5倍，因此雙面輻射焦化爐輻射管面積可以比單面輻射焦化爐減少1/3，即單程爐管總長度減少1/3。在相同的管

4、內流速條件下，雙面輻射排管不僅減小了管內壓降，并且縮短了油品在管內的停留時間，從而可達到延緩管內結焦，延長加熱爐操作周期的目的。實驗研究結果表明，對于某一種固定的油品來說，影響焦化爐管內結焦速率的關鍵參數為管內最高油膜溫度和油品在管內的停留時間，管內最高油膜溫度越低且油品在管內的停留時間越短則意味著管內結焦的可能性越小。從這樣一個基本原理出發，焦化爐似乎應采用小管徑、多管程、低熱強度的設計方案。然而，從現場實際操作考慮，小管徑易造成結焦堵塞，而多管程增加了產生偏流可能性，因此管徑及管程數應嚴格在工程經驗范圍內選擇，不能盲目追求理論上的先進性。目前的工程經驗數據是控制大于426°C的油

5、品在爐內的停留時間不大于45秒，而爐管規格多在76127之間選擇。當爐管規格、管程數及注汽量確定后，降低管內最高油膜溫度和縮短油品在管內的停留時間是相互矛盾的。降低管內最高油膜溫度意味著需要減小輻射管平均熱強度，由于熱負荷為定值，因此需要增加輻射排管面積，也就是增加爐管長度，其結果就是增大了停留時間。盡管增大注汽量對縮短停留時間會起到明顯的作用，然而其副作用是增大了加熱爐熱負荷、燃料消耗、蒸汽消耗及管內壓降，并且會對下游設備造成不利的影響。另外隨著注汽量的增加，爐出口至焦碳塔管線壓降增加，提高了爐出口及整個盤管內壓力，不利于管內油膜因汽化而發生破裂，反而會加劇管內結焦現象。油品組成中膠質、瀝青

6、質及殘碳的含量對其結焦反應速率的影響是至關重要的。膠質、瀝青質及殘碳的含量越高，臨界結焦反應溫度越低，因此必須采用較低的熱強度以控制管內最高油膜溫度。一般來講，雙面輻射焦化爐輻射管平均熱強度范圍為4200055000W/m2，管內質量流速范圍為12001800kg/m2.s。然而，對不同的油品來說，合適的輻射管平均熱強度、管內質量流速及注汽量等設計參數變化范圍較大，無法定量給出數值。隨著實驗研究的不斷深入及計算機軟件的開發，采用專用計算軟件對焦化爐進行模擬計算以確定最優設計參數的方法已成功地得以實現，該方法將為焦化爐的設計帶來一場全新的變革。3. 雙面輻射焦化爐工藝計算雙面輻射焦化爐工藝計算可

7、分為管內和管外兩部分，管外部分一般包括三維分區輻射傳熱、煙氣流動、燃燒及火焰模型等方面的計算，管內部分包括傳熱、流體流動、汽化、化學反應等方面的計算。由于計算工作量極其龐大，采用手算法是無法完成的。目前我公司和石油大學已成功地合作開發出了焦化爐專用計算軟件，可對單面輻射或雙面輻射焦化爐進行詳細的數值模擬計算，并且在現場操作分析及工程設計等方面得到了廣泛的應用。4. 爐管、管架及爐襯材料選擇國內目前絕大多數焦化爐爐管材料為Cr5Mo(A335 P5)，但由于爐出口介質溫度高達500°C，在管內達到一定結焦厚度情況下，爐內最高管壁溫度可達600°C以上。由于Cr5Mo材質爐管的

8、最高使用溫度為600°C，因此采用Cr5Mo材質爐管的焦化爐多存在高溫區爐管嚴重氧化爆皮的現象，均須定期更換，從而影響了焦化爐的長周期操作。根據目前收集到的資料，國外延遲焦化爐均采用Cr9Mo爐管，國內部分煉廠（如福建、上海金山、安慶等）也相繼采用Cr9Mo爐管。由于Cr5Mo材質爐管的最高使用溫度可達650°C，因此幾乎沒有發生氧化爆皮現象的報導。目前新設計的雙面輻射焦化爐一般均采用Cr9Mo爐管。輻射管架可采用懸吊式或下支撐式結構，通常懸吊式結構管架從穩定性、熱膨脹補償及經濟性等方面具有較大的優勢。由于焦化爐爐膛溫度可最高可達1000°C左右，因此，無論采用何

9、種結構形式的管架，管架材料均須采用Cr25Ni20。為減少散熱損失及減小爐襯的蓄熱量，采用在線清焦技術的焦化爐應采用纖維結構爐襯為好，如耐火纖維模塊、噴涂纖維、纖維可塑料等。5. 燃燒器選型及布置燃燒器類型及性能對焦化爐操作的好壞有著極其重要的作用。對于雙面輻射焦化爐來說，要求爐膛內沿爐管長度及高度方向上管壁熱強度及煙氣溫度有著更高的均勻性，因此采用能產生一定高度穩定扁平火焰的氣體燃燒器是較為合適的。燃燒器的布置應與爐管及爐墻保持一定的距離，以避免火焰直接沖擊爐管和爐墻。隨著國內環保意識及有關法律法規的加強，對煙氣中氧化氮含量的限制也將更為嚴格，低氧化氮燃燒器將逐步占踞主導地位。6. 余熱回收

10、設備選擇余熱回收設備的類型較多，目前較為廣泛采用的有熱管式和列管式空氣預熱器。從傳熱效率上來說，板式空氣預熱器具有更大的優勢，但由于其煙氣側容易積灰造成堵塞，因而應用較少。由于熱管式空氣預熱器可以在煙氣側和空氣側均采用擴大表面，從而大大提高了換熱效率，其應用也比列管式空氣預熱器更為普遍。7. 多點注汽及在線清焦技術采用多點注汽技術可明顯減少注汽量及管線壓降。焦化爐出口及爐管內壓力的減小增加了管內油品的汽化及油膜的破裂，從而對延緩管內結焦有著積極的作用。注汽點位置選擇及注汽量的大小對焦化爐的操作是十分重要的，必須采用專業軟件經多次優化核算后確定。在線清焦技術是在焦化爐不停爐情況下對爐管內結焦進行

11、清除的過程。采用在線清焦技術的焦化爐一般應采用4管程，以避免對后續設備操作造成太大的影響。操作時對其中一管程通入蒸汽，其余三管程正常操作，在線清焦用蒸汽及清除的焦碳與其他三管程油品一同進入焦碳塔。在線清焦的原理是利用爐管金屬與管內焦垢層熱膨脹系數的不同，通過快速增加及降低爐管溫度，使得焦碳層與爐管剝離。根據國外資料報道，采用該技術后焦化爐操作周期可延長至兩年以上。8. 雙向燒焦及機械清焦雙向燒焦是在加熱爐進出口管線分別設置燒焦蒸汽及空氣接管，實際操作中可由入口至出口進行正常燒焦。當爐靠近爐入口部位管內結焦嚴重時，采用正常方向燒焦不能有效清除時，還可由出口至入口進行反向燒焦。雙向燒焦對具有在線清焦技術的雙面輻射焦化爐是十分必要的，這是因為在線清焦操作不當時，有可能使大塊焦碳剝離而造成爐管堵塞，此時應停爐，用蒸汽正向及反向交替吹掃加熱爐盤管，以清除管內堵塞的焦碳。目前國際上廣泛應用的機械清焦方法是一種與爐管規格匹配的專用清焦器，該清焦器放入爐管內，以蒸汽為動力使清焦器沿爐管向出口方向進行螺旋運動，可以最大程度清除管內結焦。9. 燃燒系統自動控制采用空氣燃料比例調節技術可最大