焦化加热炉炉管结焦与控制

65加热炉是延迟焦化装置系统当中的重要构成，原材料加油具有高密度、高粘稠度以及临界反应温度较低等特性。

在生产工作中，延迟焦化加热炉的炉管必然会出现不同程度的结焦，影响延迟焦化装置的正常运行。

一、延迟焦化加热炉炉管结焦原因1.结焦机理延迟焦化加工过程中所使用的原材料主要是以重油和渣油为主，这种类型的油产品在粘稠度上相对较大，并且材料的构成比较复杂，其中含有大量的无机盐、金属离子以及沥青大分子等物质。

重油和渣油在高温环境下会产生各种自由基，自由基在延迟焦化反应过程中会出现氯化反应，大分子会直接分化成小分子，同时原材料分子缩合成体积更大的大分子。

在此过程中，在渣油炉当中的焦化原材料会不断加热和升温，由于渣油当中含有大量的胶质物质，同时沥青材料的含量相对较大，在反应过程中会随着加油的气化和内化反应，出现不同程度的缩合反应，反应完成之后的物质会直接在金属的表面出现大面积沉积，同时会在加热炉的炉内表面形成污垢堆积，逐渐脱氢缩合成焦炭。

加热炉炉管内部的结焦是逐步扩大和生长的，并且随着时间的延长，会向炉管的内壁进行扩散。

反应原材料当中含有硫、氮等杂质含量相对较高，在高温条件下杂质当中的原子化合物很容易产生自由基，进而发生不同的裂解反应，逐渐形成高分子聚合物。

除此之外，原材料当中的金属离子和设备金属表面不平整，会加快聚合反应的速率，进而造成了结焦问题更加严重。

2.炉管结焦原因分析加热炉是加油热转化反应过程中的重要能量来源，是运用重质油在热转化深度较低的情况下不容易结焦的特点，让渣油在延迟焦化反应过程中获取了更多所需要的能量，因此会加快加热炉炉管的结焦问题产生，使得生焦反应慢慢扩散到焦炭塔内部。

在反应过程中渣油在加热炉管的内部会被快速升温，温度可以达到490℃～505℃，在这一温度反应条件下渣油当中的各种组分，会在高温和蒸汽的作用下产生气化现象，而渣油当中的部分重组份还会出现热裂缩合反应。

炉管当中的结焦生长与油品自身的性质以及反应温度有着直接的关联，而结焦的沉积速率和油品的流动速率以及含有杂质总量、大小等有着密切的关联，含盐量越高则加热炉越容易产生结焦问题。

延迟焦化装置加热炉炉管结焦问题延迟焦化是渣油轻质化，并生产冶金、国防、化工等工业所需石油焦的一种热加工过程。

近几年来随原油市场的变化和重质油价格的调整及对柴油需求量的大幅增加，各炼油厂均对现有焦化装置进行扩能改造。

随着装置处理能力的提高，如何有效地延长装置开工周期，提高装置运行经济性能就成为炼油厂的工作重点，而加热炉炉管内结焦是影响生产周期、导致装置运行经济性能下降和停工检修的主要因素之一。

1 炉管结焦的判断与操作判断炉管结焦可从肉眼观测和仪表指示记录两方面入手。

炉管结焦类型一般有局部结焦和多数结焦两类：局部结焦可以从炉管表面颜色不一样来判断。

结焦的地方，由于焦炭、盐垢的传热系数小而使炉管表面温度高，颜色呈暗红色，或者有一些灰暗的斑痕，而其它地方炉管则呈黑色。

发现这种局部结焦时，要注意观察，多检查，把局部结焦的炉管周围火嘴的火焰适当调小，防止结焦继续发展。

多数结焦在炉辐射进料量和其它指标不变时，炉膛各点温度逐渐升高，使炉管颜色发暗红，阻力降增加，注水压力升高。

或者炉膛温度升高，炉辐射出口温度难以提高，焦炭塔顶温度下降，焦炭挥发分增加，焦炭质量不合格。

如果温度指示不灵，则证明温度控制热电偶套管结焦严重。

出现这种严重结焦时，应该停工烧焦。

若必须坚持生产，则应降量，增加循环比，认真参考并依据15~25根炉管温度，焦炭塔顶和底的温度，以及焦炭质量来确定加热炉出口温度。

2 结焦机理分析炉管结焦的问题归根结底是焦炭的生成和沉积问题，结焦速度实际上就是焦炭在管壁上被吸附的速度。

影响结焦速度的因素有以下两个方面：（1）介质中焦炭（粉）的浓度介质中焦炭（粉）的浓度大时结焦速度就高，而焦炭（粉）的浓度随其裂解、缩合反应的速度和深度的增加而增加；裂解、缩合反应的速度随介质输送压力的增加而加快，并随介质温度的增加呈突变式加快。

（2）炉管内表面的吸附力炉管内表面愈粗糙，其吸附能力就越高。

当介质中含有盐类杂质时，由于盐的沉降使炉管内表面吸附能力增加。

延迟焦化加热炉炉管结焦原因分析及对策高帅李锦斌发布时间：2023-07-04T07:25:03.334Z 来源：《科技新时代》2023年8期作者：高帅李锦斌[导读] 延迟焦化加热炉是一种常见的热处理设备，用于将原料加热至高温以实现特定的热处理过程。

炉管结焦是该设备运行中常见的问题之一，会导致加热效率下降、能源浪费以及设备寿命缩短。

因此，本文旨在对延迟焦化加热炉炉管结焦的原因进行深入分析，并提出相应的对策以减轻或解决该问题。

陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司陕西省神木县 719319摘要：延迟焦化加热炉是一种常见的热处理设备，用于将原料加热至高温以实现特定的热处理过程。

炉管结焦是该设备运行中常见的问题之一，会导致加热效率下降、能源浪费以及设备寿命缩短。

因此，本文旨在对延迟焦化加热炉炉管结焦的原因进行深入分析，并提出相应的对策以减轻或解决该问题。

关键词：延迟焦化；加热炉；原因；对策引言：在现代工业生产中，延迟焦化加热炉作为一种重要的热处理设备，广泛应用于石化、化工、冶金等行业。

延迟焦化加热炉在长期运行过程中常常面临炉管结焦的问题，给生产效率和设备稳定性带来了一系列挑战。

因此，深入研究延迟焦化加热炉炉管结焦问题的原因和对策，对于提高生产效率、降低能源消耗以及保障设备稳定运行具有重要意义。

一、延迟焦化加热炉工作原理（一）延迟焦化加热炉概述延迟焦化加热炉是一种广泛应用于工业生产领域的热处理设备，其主要功能是将原料加热至高温，以实现特定的热处理过程。

该炉型通常由加热炉本体、炉管和控制系统组成。

其工作原理基于延迟焦化现象，即将高温热源与原料进行间接接触，通过传导、辐射和对流等方式将热能传递给原料，从而实现加热的目的。

（二）炉管结构和材料炉管是延迟焦化加热炉的重要组成部分，其结构和材料选择对于炉管的热传导、耐高温性能以及防止结焦具有重要影响。

炉管通常采用高温合金材料制成，如镍基合金、铬镍钼合金等，以保证在高温环境下的稳定性和耐腐蚀性能。

焦化厂焦炉炉温管理及调节控制方法(1)、总则。

结焦时间延长，在22—25h间每延长1h，标准温度降低10--15ºC，结焦时间延长到25h以上，炉温基本不变，这时差标准温度控制在1200左右，一般不低于1150。

标准温度降低以后，由于炭化室硅砖积蓄的热量减少和供热强度降低，以及结焦时间的后期焖炉的影响而使直行温度的波动幅度增大，给炉温的管理带来困难，应结合炭化周期内温度变化温度变化规律分析出殃的温度差，不应盲目调节煤气量的供给。

结焦时间延长后，给横排温度的分布带来很大的影响。

结焦时间在22—24h，横排温度曲线的走向逐渐出现变形，结焦时间在30h左右，边火道温度急剧下降，横排曲线变成“馒头”形状。

这种情况的产生是由于下述原因造成的。

炉体表面散热的多少，取炉内平均温度值。

由于焦饼的最终成熟温度与结焦时间的长短没有依赖关系，所以在延长结焦时间的情况下，其炉内平均温度值与正常结焦时间下虽然稍有差别，但不是成正比变化的。

这种因素造成了炉表散热比例的增大。

炉表散热主要靠边火道煤气量和空气量的供应，由于边火道煤气量和空气量的供应（一般多30%--40%的气量）是按正常结焦时间设计的，另外，由于上下部炉头裂缝的啬和蓄热室部位的散热等都给边火道的加热带来不利因素。

因此，随着结焦时间的延长，造成边火道温度不断降低，从而破坏了横排温度的正常分布，横排温度的变形程度取决于边火道温度的下隆幅度。

在高速横排温度时，主要应增加边火道的气量供应以补充啬的散热损失。

一般情况下，应保持边火道温度不低于1050ºC。

所以要采取相应的措施，保证边火道温度值，达到焦饼基本均匀成熟。

(2) 增加边火道煤气量和空气量的方法。

用焦炉煤气加热时，下喷式焦炉结焦时间短于24h,可采用增加边火道貌岸然喷嘴直径的方法增加煤气量，但结焦时间再延长时就不显著了，应采取减小中部喷嘴直拚的办法增加边火道貌岸然煤气量。

如果是处在结焦时间频繁变动和很快可以恢复正常结焦时间时，一般采用在中部火道喷嘴中加铁丝的办法以提高边火道温度。

延迟焦化装置炉管结焦原因分析及延缓措施讨论作者：王雪娇来源：《中国科技博览》2013年第30期摘要：影响延长焦化装置长周期生产运行的关键是延缓炉管结焦，从结焦的机理和影响因素出发，对炉管结焦原因进行分析，提出抑制或延缓结焦的有效措施。

关键词：延迟焦化加热炉结焦延缓措施中图分类号：TE966 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）30-0007-011、前言近几年来，随着我国乙烯工业的快速发展，作为能将渣油部分转化为乙烯原料的延迟焦化装置处理能力呈现明显的上升趋势，成为渣油深加工的主要选择。

由于其主要原料减压渣油在高温下容易结焦，致使延迟焦化装置操作周期短，停工检修频繁。

尤其是加热炉的炉管结焦问题已成为制约延迟焦化装置长周期运行的最重要因素。

因此，分析延迟焦化加热炉成焦原因并找出最佳的减缓或抑制结焦的对策，对于装置的长周期运行是十分必要的。

2、加热炉结焦的机理炉管结焦是由于油品在炉管中裂解后又缩合而形成高分子焦炭的反应。

介质在炉管内流动时与炉管内表面之间存在一个过渡区，即边界层。

（如图1所示）边界层的平均温度比介质主体温度要高，而平均速度比介质主体速度慢，流动状态呈层流。

因此，边界层总是比介质主体先进入临界温度区，焦炭的浓度也比介质主体中焦炭的浓度高。

当边界层的温度进入介质裂解的临界温度范围时，焦炭量增加且随温度的上升而增多，此时认为炉管开始结焦。

因此，结焦的速度与边界层的温度、压力、平均流速、边界层焦炭的浓度等都有关系，而边界层的厚度愈厚，结焦速度也越大。

由于焦化自身的工艺特点，加工原料主要为胶质、沥青质含量较高的减压渣油，且需要被迅速加热至500℃左右，使其延迟到焦炭塔里进行生焦反应。

高温介质在加热炉中、后部炉管内会产生一定的裂解缩合反应，这些都加剧了炉管的结焦速度。

虽采用多点注汽、控制介质在炉管内停留时间等技术，但与其他设有加热炉的炼油装置不同，焦化炉管结焦问题仍然是制约其长周期运转的最主要因素。

煤焦油管式炉结焦原因的分析和对策集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-煤焦油管式炉结焦原因的分析和对策【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。

沥青管式加热炉由于炉管介质中沥青质含量较高，若无针对性措施，在生产过程中要比其他管式加热炉更易产生结焦，严重时甚至堵塞炉管造成停工。

因此，本文结合实际情况对抑制炉管结焦（设计、操作方面）及清焦技术做了深入研究，提出了针对性的措施，为装置长周期稳定运行提供了保障。

1 管式加热炉简介管式加热炉是石油炼制、化工等行业中使用最多的炉形，也是装置的核心设备之一，炉管内介质一般为混相流介质，下进上出。

管式炉的组成部分主要包括：加热炉炉体、燃烧器、炉管、余热回收系统、烟囱等。

2 结焦机理及危害加热炉炉管结焦是化工行业中普遍存在的重大安全隐患。

结焦机理为炉管内介质温度超过了结焦的临界温度，沥青质在高温作用下发生碳化甚至是热裂解，形成焦炭状沥青质，沉积在炉管内壁上，继续受热后进一步缩合脱氢，导致加热炉炉管结焦[1]。

沥青加热炉炉管内介质成分复杂，但都含有不同浓度的沥青质。

沥青结焦的临界温度在400℃左右[2]，而炉管出口温度控制在350~380℃，炉管边界层温度接近甚至超过结焦的临界温度，再加上运行过程中设备故障、生产波动等因素的影响，加热炉炉管易发生裂解、缩合反应生成焦炭。

焦层会使炉管热阻增大、传热效率降低、燃料消耗增加。

管外壁的热辐射无法正常传导至管内介质，从而造成管壁温度超温，当温度达到一定程度炉管还有出现爆管的可能。

同时因炉管内径变小，介质流动阻力增大，介质在管内的压降会激增，会严重影响加热炉及上下游设备的正常操作。

炉管结焦主要集中在炉管上半部分，焦块坚硬，根据其他炼化装置的经验，焦层可达50mm，从焦层分布看，上部炉管（即出口部分炉管）结焦程度较下半部分（即入口部分炉管）严重。

因此加热炉日常操作维护的核心，是在满足工艺生产的前提下，如何有效的控制管内介质边界层温度，以减少管内结焦，从而保证装置长周期稳定运行。

3 影响结焦因素的分析3.1 焦层的结焦速度和脱落速度结焦以后，最直观的表现就是炉管外壁温度急剧升高，出现局部红管。

延迟焦化装置加热炉炉管结焦弯管情况分析及对策摘要分析了某延迟焦化装置加热炉炉管出现严重结焦，炉管管壁热偶温度超过650℃，机械清焦时，炉管焦硬，清焦球打不动，炉管堵塞，不得不切割炉管进行高压水清焦，并对部分炉管进行更换，发现炉管弯管明显，表明炉管超温超负荷严重，对此情况进行分析，并制定应对策略。

关键词延迟焦化；炉管结焦；机械清焦；弯管；切割炉管1 前言某炼油企业延迟焦化装置设计有两台45MW管式加热炉F101AB，装置于2009年开工，加热炉清焦周期一般维持10-12个月，加热炉一直操作正常，没有出现大的异常。

2021年5月份，本清焦周期加热炉已经连续运行10个月，两台加热炉陆续出现部分炉管贴片热偶到达650℃的清焦临界条件。

F101B于2021年6月1日9:00分炉，6月2日12:00开始清焦，期间发现西室两根炉管焦硬，清焦球打不动，东室两根炉管发生破碎焦堵塞下部炉管的问题，6月3日上午用加热炉注汽的3.5MPa蒸汽尝试贯通，炉管用红外成像辅助确定堵塞位置，用锤子反复敲击炉管堵塞部位，至晚上21:00仍无顶通迹象，不得不采取切割炉管进行高压水清洗的操作。

对部分堵塞严重的炉管进行了更换，抽出炉管发现部分炉管出现弯管情况。

图1 炉管清出的厚块焦图2 部分炉管弯管根据两台加热炉的管壁温度和出入口压降情况分析，结合F101B清焦堵塞情况看，加热炉结焦情况均较上一大修周期严重，主要反映在清焦周期缩短、结焦厚，结焦不均匀、焦质硬，针对以上问题，对大修前后原料和操作条件的变化情况做如下分析：2 原料情况分析2.1 渣油原料变化情况通过统计渣油残炭和密度数据，本周期渣油残碳及密度的最大值和最小值数据较以往差距大，5月份出现过历史最高的29.77%的渣油残炭，5月份渣油残炭平均值达到了27.03%，超过装置工艺卡片的≯26%。

在渣油残炭高，沥青质含量高的情况下，且遇到加工负荷高的情况，加热炉会出现管壁温升较正常月份加快，特别是运行末期更为明显，焦化装置从3月下旬到5月全月，装置接近满负荷，与渣油性质变差，残炭数据居高等条件叠加后，炉管结焦情况进一步加重，是本次清焦困难的重要因素之一。

焦化加热炉炉管结焦与控制焦化加热炉的工作条件苛刻，在炉管内发生结焦的现象也是难以避免的。

干扰整个装置正常运行的因素是结焦量给装置处理量和管内流动状况带来的影响。

文章通过分析结焦炉的问题，结合炉管结焦指数，分析焦化加热炉结焦的各种运行状况，这为怎样延长结焦炉的运转周期与使用寿命上做出了一定贡献。

标签：焦化加热炉；炉管结焦；控制引言焦化装置经常出现结焦的现象是很难避免的，因为在管内存有高粘度、高残炭的流动介质油渣，焦化装置也是因为焦化加热炉辐射室炉管结焦而不能安稳生产。

现在有一種方法可以满足生产需求，就是安置一些热电偶温度监控在焦化加热炉的炉膛、炉管出入口及部分炉管外表面等地方，但这仍不能准确了解炉管内的结焦状况。

现在我们不能满足于对新设计的焦化加热炉在线烧焦技术的小成就，而应把注意力转移到怎样延缓加热炉炉管结焦，怎样延长装置的运行周期等问题上。

1 炉管结焦及原因分析在炉管内发生结焦现象是因为管内油品的温度超过规定界限，发生热裂解，转化为游离碳，进而堆积到管内的管壁上。

运用化学知识对管内焦层进行分析，我们得知其主要组成物质是碳，几乎占据物质的全部，其中还包含部分的S和极少量的Na、V、Ca、Mg等元素。

结焦会加快管壁温度上升的速度，加快腐蚀与高温氧化炉管的速度，导致炉管涨裂，把管内压力增强，恶化炉子的使用性能，更有甚者时装之停止运行。

在管壁内部发生结焦后，或产生一层焦垢阻止散热，然后，液相与气相油品会渗透进焦层的空隙中，慢慢形成敦厚坚实的焦层，使管外壁的温度最终超出限制范围，以致炉管避免严重发红。

所以，焦化加热炉在实际操作中的重点问题就是怎样预防炉管结焦。

决定结焦量的因素是焦炭生成速度和胶层脱落速度，三者关系：结焦速度=（焦炭生成速度）-（焦层脱落速度）影响焦炭生成速度的主要原因是介质在边界层的温度与热强度，但影响焦层脱落速度的根本原因是管内质量流速。

2 控制焦化加热炉炉管2.1 建立炉管结焦指数辐射室各部分之间传热模型的建立要以焦化炉辐射室的受热情况为依据，具体过程是，首先确定辐射室的表面热强度，再依据管的材质、介质、内膜传热系数及管内流体的流动状态确定炉管内的结焦厚度，关于结焦指数的具体数值可以由以下方法确定，烧焦后的结焦指数为0，严重恶化时为100，以此为参照来确定具体情境下的结焦指数，并定期发布。