石油化工行业管式加热炉炉管干冰清洗

POST TIME:2017-09-28 14:31 READ:

1、加热炉采用干冰清洗方式概述
加热炉是炼油化工生产装置的重要工艺设备,也是炼油厂消耗燃料的主要设备。据有关资料和能耗统计分析,2001年中国石化股份有限公司24家炼油企业有各类工艺加热炉834台,年耗用燃料油490kt、燃料气2138kt,占炼油厂总能耗的33.29%,即加热炉能耗占炼油厂总能耗的三分之一,因此提高加热炉的热效率已成为炼油企业节能降耗、降低炼油成本、提高经济效益的重要环节。随着节能工作的不断深入和发展,燃烧器、炉衬、空气预热器等部件经过不断的改进已取得了良好的效果,而加热炉的一个重要传热部件—对流段炉管的管外表面积灰和结垢对传热所产生的影响还没有引起人们足够的关注。当灰垢积满翅片或钉头表面时,随着对流管传热效率的下降、排烟温度的升高,加热炉最少损失2%以上的热效率。2003年10月福建炼油化工有限公司延迟焦化装置运行了560多天,装置到了生产后期,加热炉对流管积垢严重,要达到额定生产负荷就得提高炉膛温度致使炉膛温度超标,为此不得不降量运行,加工量由75t/h降为53t/h。在最近一次焦化装置短期停工检修时,我们采用了代表国际先进水平的新一代干冰清洗除污方法,仅用了50h的时间,对焦化加热炉164根对流管全部进行了清洗,实践证明达到了节约能源降低成本和延长装置运行周期的日的,取得了良好的经济效益和社会效益。

2、炉管表面的灰垢对加热炉运行的影响
加热炉在运行过程中,烟气中的油焦、碳粉、硫化物、矿物质等固体颗粒在与对流段的炉管表面相瓦碰撞时,部分颗粒在惯性力的作用下将沉积在炉管外壁的翅片或钉头表面。同时烟气中的SO2等腐蚀介质对炉管有一定的腐蚀作用,腐蚀产物也容易粘附在炉管表面。随着加热炉运行时间的延长,炉管表面聚积的垢物越来越多,特别是以重油或减压渣油为燃料的加热炉,严重时污垢将炉管全部包裹,积灰填满了炉管间隙,基本看不剑炉管的翅片或钉头,大大降低了对流段炉管的传热性能。具体地说对加热炉产生了以下不良的后果:
(1)增加了热阻。通常在加热炉设计时,选取烧气时的结垢热阻为0.0043m2·℃/w,选取烧油时的结垢热阻为0.086m2·℃/w。考虑的平均结垢厚度为1~2mm,灰垢的热导率为0.22W/(m2·℃)。一般情况下翅片高度在10~15mm,钉头高度为l 5~25mm,而福建炼油化工有限公司焦化加热炉钉头管的钉头高度全部为25mm。从图1中可以看出,焦化加热炉积灰很严重,实际结垢厚度都在7mm以上。这样在灰垢导热率不变的情况下,在做传热计算时,翅片或钉头管外结垢热阻则应选取0.03 m2·℃/w,热阻增加了5倍多。
从对流传热的基本公式可知.当结垢热阻增加1倍时,包括结垢热阻在内的总的烟气对流传热系数将下降23%;当结垢热阻增加5倍时,烟气对流传热系数将下降65%。当翅片管或钉头管表面结垢达到一定的程度后,在加热炉有效热负荷不变的情况下,就必然要多烧燃料,造成加热炉热效率的下降。
(2)减少了烟气的流通面积,迫使烟气流速升高,烟气流动阻力加大。特别是对烟囱抽力设计余量不足的加热炉而言,烟气流动的阻力加大后,炉膛易处于微正压操作,造成燃烧器燃烧不完全,火焰飘浮,灰尘增加,进一步增加对流管表面结垢的恶性循环。
(3)加剧了炉管的腐蚀。在对流段上部的低温受热面上,积灰后的管壁更容易吸附烟气中所含的硫酸蒸气,加剧了炉管表面的腐蚀。随着腐蚀产物的增加,炉管管壁逐渐减薄,最后导致炉管穿孔造成安全事故。

3、干冰清洗的原理及特点
干冰清洗的原理:干冰制造机干冰造粒机、干冰制粒机)制备干冰清洗时专用的干冰颗粒。然后利用干冰清洗机干冰喷射清洗机、干冰喷射器、洗模机)将极低温(-78℃)的干冰颗粒喷射向管壁(包括翅片或钉头).使管壁外表面的污垢冷冻至脆化及爆裂,当干冰颗粒钻进污垢的裂缝后,随即气化,其体积瞬问膨胀近800倍,从而把污垢带离管壁表面。干冰清洗除污过程是一个全物理过程,它用压缩空气(0.8MPa左右)作为动力,把干冰颗粒喷射向炉管外表面,但实际清洗并非依赖风力,而是利用干冰的低温性,故在清洗时可调低风压以便不损坏处理物的结构和表面。在清洗顽固污垢时,可以增加压缩空气的压力,配合干冰的冷冻特性,达到双管齐下的目的,则有更好的除污效果。
干冰清洗的特点:
一是应用范围广。只要是用硬币能刮掉的各种污垢,均可快速清洗干净。对不同形状的表面更换不同结构的喷嘴,就可完成清洗任务;
二是使用经济高效。干冰清洗除污法可以直接在生产线上进行,不需拆卸。不影响生产。干冰颗粒喷射到处理物表面后,瞬间气化,毫不残留,不会产生二次废料,清洗过程无二次污染。电器设备无需段电清洗.耐电压34kV。同传统的喷砂、水洗、化学方法等清洗技术相比,成本低廉。
三是使用安全和环保。其标准符合美国环保署EPA、美国药品食_Ⅱ管理局FDA及usDA之认证规定。操作简便安幸,对人体对设备无损害,清洗过程无二次污染。

4、干冰清洗的方法及步骤
例最近某炼油化工有限公司焦化装置停工检修时间只有5天,时间短、任务重,故加热炉的清洗首次采用干冰清洗技术。该工程采用两台突驰干冰清洗机和两台空压机及两套施工用具,分两班倒,进行24小时不间断作业。在做好各项自身准备后,再进入加热炉进行对流管外表面的清洗工作。
洗清步骤:
(1)施工人员在每一段层之间铺上防火帆布.用于积垢的收集。
(2)施工人人员从炉顶进入第一管排,使用特制的干冰喷枪对炉管顶面及两侧进行清洗。
(3)施工人员从人孔进入炉内将清洗第一段炉管掉下来的灰渣清除.同时将第一段炉管的底部灰垢清洗干净,再对第二段的炉管进行清洗。
(4)以此类推直到清洗完最后一排炉管为止。

5、干冰清洗的效果
该加热炉经清洗后,清除下来的灰垢量约为23袋重约3.4t。清洗后炉管及钉头表面见金属底色,除污率达到85%以上。
清洗前后加热炉的主要运行参数见表l。

从表l可以看出,清洗后的加热炉热效率提高了2.3%,加工量由50.761t/h提高到
67.990t/h,加工吨原料的燃料气单耗由3l.19kg/t下降到29.78kg/t,年加T量按700 ktt计算,焦化加热炉清洗后可产生的经济效益如下(按每吨燃料气1250元计):
70(31.1 9-29.78)1.250=123.38万元
由此可见,管式加热炉对流管的干冰清洗时间短,经济效果良好,环保安全,值得推广。
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