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1、延迟焦化水力除焦系统几项新技术的开发中国石化洛阳石油化工工程公司200011摘 要本文从研制、开发用于延迟焦化水力除焦系统的几项新技术、新产品的实践，重点阐述了科技开发工作紧密结合国内的生产实践，跟踪国外先进水平所取得的成果，总结了在科技开发中正确处理消化吸收国外技术和开发创新的关系，以正确的技术路线，实行科研、设计、生产三结合在新技术，新产品开发工作中的重要性。 目录页数一、国内外水力除焦系统的技术状况 1 1国外水力除焦系统的技术状况 1 2国内水力除焦系统的技术状况 4 3差距 5二、新技术、新产品开发中，必须有正确的技术路线 51从生产实际出发明确攻关方向和目标 52立足国内，制定先进
2、合理的技术方案 63集中优势，实行科研、制造、生产三结合 8三、水力除焦系统“八五”攻关所取得的主要成果 91缩短了除焦时间2降低了除焦系统能耗3提高了操作水平4联合切焦器达到了国际先进水平四、不断进取，把水力除焦系统的科技开发工作提高到 9新的水平一、 国内外水力除焦系统的技术状况延迟焦化装置是使渣油通过深度热裂化转化为气体、轻、中质馏分油及焦炭的加工过程，是炼油厂提高轻质油收率的一个重要手段。延迟焦化具有技术简单、操作方便和装置灵活性大等优点。据不完全统计1999年底全世界705个炼厂，热加工装置的处理量为355.3Mt/a，延迟焦化装置的处理量为137.43Mt/a，焦炭产量为40Mt/
3、a1我国现有焦化装置22套，加工能力16.85Mt/a。在十五期间，我国还要扩建、改建、新建一批延迟焦化装置，使总加工能力达到20Mt/a。水力除焦系统是延迟焦化装置的重要组成部分，对装置的安、稳、长、满、优的生产具有重大作用。1国外水力除焦系统的技术状况。应用高压力射流所具有的能量对焦炭进行破碎的水力除焦方法1938年由美国Shell公司发明并自1939年应用于工业实践以来2，在除焦高压水参数，除焦工具，控制及保护、除焦时间的缩短等方面不断改进和提高。11 除焦高压水参数除焦高压水经除焦切割器喷嘴形成的高压射流，其轴心动压力在（4580）d0（喷嘴直径mm）的原始段基本不变，随着距离的加大而
4、减小。而射流总打击力则在200d0处达最大值。轴心动压力对钻孔的效率有决定作用，而射流的总打击力对切焦的效率有重大的作用3。除焦高压水参数主要是压力和流量。高压水压力据介绍，根据经验焦炭塔每米直径，需要水压2.72MPa。美国HOUSTON炼厂焦炭塔直径7.42m，高度28.6m，选用的高压水泵压力达22.8MPa4。高压水流量在给定的压力下，冲击力和流量成正比，根据美国Pacific泵公司的统计数字，高压水流量，在焦炭塔直径56.5m时，约为170m3/h，直径更大的焦炭塔，高压水流量增加并不明显，直径77.5m时，为180190m3/h。12 切焦工具国外延迟焦化的切焦工具以美国Pacif
5、ic公司为代表，最初的切焦工具包括钻孔扩孔及切焦三种，逐步发展减少为二种即钻孔和切焦二种。121 Pacific的切焦工具：5钻孔器见图（1），切焦器见图（2），联合切割器见图（3）图（1） 钻孔器图（2） 切焦器图（3） 联合切割器钻孔器采用快速连接方式和钻杆下部连接，5”通径适合流量为227m3/h，压力20MPa，6”通径适合于流量超过227m3/h ，压力20 MPa，钻孔器上有4个倾斜向下的喷嘴。钻孔直径可达9241219mm。钻孔器由钢板和管子焊接制成。切焦器由铸钢制造，采用与钻孔器同样的连接方式。采用二个与水平线向上倾斜5及向下倾斜5的喷嘴。联合切割器则组合了钻孔和切焦喷嘴，采用
6、一个气动活塞和弹簧来定位，以改变水流方向实现钻孔和切焦的操作。但是这种切换操作必须在将钻具提出塔外，并切掉高压水，从接头处通入空气压力才能实现。据介绍还需要5分钟的人工作业。122 射流质量：在确定的高压水压力和流量下，从切割器喷嘴出来的射流质量（轴心动压力和总打击力的大小及分布规律）是影响效率及除焦速度的关键由于高压水在进入喷嘴前受结构尺寸的影响，不可能有足够的直管段，通常在喷嘴前增加各种型式的稳流器是保证射流质量的重要措施。美国PACIFIC公司采用的一种锥形蜂窝状稳流器见示意图（4）。从制造上要求上喷嘴的同心度，椭圆度、光洁度、尺寸误差等也是影响射流质量的重要因素。13 除焦控制阀美国P
7、ACIFIC在除焦高压水泵出口安装的除焦控制阀，主要有下列功能：在开泵时使泵有最小的循环流量，高压水不进入切割器。在对管线，除焦工具等系统充压时，以予定的较小流量进行。防止水锤和冲击。在全流量进行除焦操作时压降最小。图（5） 除焦控制阀该阀由气缸驱动，包括由15级孔组成的旁通回路及8级孔板组成的予充回路。该控制阀于1976年6月取得美国专利。除焦控制阀的示意见图（5）14 除焦操作程序控制系统为提高除焦操作的自动化水平及保护设备和人身安全。除焦操作的自动控制系统是1979年由美国CONOCO公司提出，1982年在HUMBER炼厂试验成功6该系统采用PLC测定钻杆位置，钻杆转速，除焦水压力，钢丝
8、绳拉力等并显示上述参数。美国PACIFIC公司对水力除焦自动控制系统的设计包括了泵出口除焦控制阀；钻杆上、下极限位置；高压水进入切割器的控制保护以及除焦操作中钻孔和切焦程序的控制等。15 除焦胶管国外有井架除焦的胶管主要用于风动水龙头的高压进水。美国Good all和Good Year公司提供的胶管采用双层或4层钢丝编织层的合成橡胶胶管。承受的工作压力为27.5MPa和34.5MPa，断裂压力为55.1MPa和68.9MPa，采用1500Lb或2500LB RTJ法兰和螺纹接头连接。法国COFLEXIP公司用于水力除焦的胶管，采用不锈钢制外覆层及单层热塑料和一层Z字型压力钢架和一层交叉绕制的抗
9、张铠装层。工作压力34.5MPa，最小弯曲半径0.9m，破坏拉力108吨。耐磨损，重量轻，受压时无扭转及不会爆裂等特点。除上述几点外，水力除焦系统中的钻机绞车，风动水龙头及其它附属设备属一般设备，不再详述。2、国内水力除焦系统的技术状况国内自1965年由石油部抚顺设计院自行开发和设计的第一套水力除焦系统在石油二厂顺利投产以来，至1990年本项目技术攻关前，在水力除焦系统的设备设计及开发方面不断改进和提高，主要有：2.1无架水力除焦1965年5月我国自行开发设计的无井架水力除焦首先在石油二厂工业试验装置投用，接着于1967年在南京、胜利和独山子炼厂建成并投产，采用了水龙带绞车，水涡轮减速器等新型
10、设备，具有节省钢材，降低标高，施工方便，节省设备（除焦设备可几塔共用）等优点。已在美国、日本、欧洲、加拿大、印度及中国以“延迟焦化柔管除焦方法及设备”取得了专利。2.2有井架水力除焦2.2.1对除焦切割器进行过多次改进，采用了管形，井字型及星形稳流器提高射流质量，取得了一定效果。 对钻孔和切焦的联合水力割器自1965年开始也不断进行设计的探索，并在工业装置上初试成功。2.2.2除焦系统高压水泵出口仍沿用电动闸阀，回水管仍要上塔，操作复杂。控制系统不完善。2.3在钻机绞车，塔底盖装卸机等主要设备上针对生产中问题进行过一些改进。3、差距从总体上说，在90年代初期国内水力除焦系统与80年代末期从国外
11、引进的几套设备和控制相比尚存在较大差距。在水力除焦的控制系统上主要靠人工操作，电话联系，存在除焦能耗大，除焦时间长，有安全隐患。高压水泵出口电动闸阀操作，管线配置复杂，有水锤和振动现象。无井架水力除焦中的高压胶管寿命短，影响长周期运转。二、新技术、新产品开发中，必须有正确的技术路线。1.0从生产实际出发明确攻关方向和目标在“八五”攻关工作一开始，我们针对国外先进技术，结合国内生产实际，以提高技术水平、降低除焦能耗，减少除焦时间，确保安全、长周期运转为目标，确立了以下四个方面的攻关方向和目标。1.1开发水力除焦程序控制系统：图（6） 系统分布示意图目标是瞄准国外先进水平，使主要除焦操作按程序动作
12、，缩短开泵时间，降低除焦能耗并实现连锁，保证设备和人身安全，达到国外90年代初期的水平。1.2研制除焦控制阀在高压泵出口利用新型除焦控制阀对高压水流向进行控制，实现回水管不上焦炭塔，用该阀实现回流，予充、全开三个位置的控制，降低除焦能耗，消除高压水管的水锤现象。达到国外90年代初期的水平。1.3研制钻孔和切焦联合切割器用自动切换的除焦钻具进行钻孔和切焦操作，减少开泵时间，降低除焦能耗，减轻劳动强度和保证安全。国外并无同类设备用于实际生产，可以达国际先进水平。1.4研制新型无井架除焦胶管，使用寿命要达到20，000小时（或除焦1000塔以上），并完全适应除焦的恶劣而苛刻的操作条件。2.0立足国内
13、，制定先进合理的技术方案根据确定的攻关方向和目标，充分消化和分析了国外的先进技术，根据我国20多年在水力除焦生产实践中积累的经验，经过调研、论证和反复讨论，制定了立足国内，先进可行的技术方案。2.1水力除焦程序控制系统本控制系统应适用于有井架和无井架水力除焦，适用于新建装置也适用于改建装置。应对全部除焦设备的各种操作进行显示和控制并实现安全联锁。图（7） 水力除焦程序控制系统控制流程框图其系统分布示意图见图（6），流程框图见图（7）。整个程序控制系统包括了以下主要部分：高压水泵：包括高压水泵的润滑油系统、冷却水系统，水泵入口高位水罐，高压水泵入口压力，泵出口隔断球阀，高压水泵启动条件确定及高压
14、水泵的安全联锁。除焦控制阀：包括全关（回流）工况，予充工况，全开（除焦）工况选择及显示；除焦控制阀的动作联锁。无井架水龙带绞车：包括行车传动机构及滚筒传动机构的控制，动作联锁包括除焦器上、下极限位置的停车、和除焦控制阀的位置联锁等。对有井架钻机绞车：包括钻机绞车的选定，对除焦器的控制以及动作联锁。程控操作和人工操作的切换（联锁解除）另外还独立设置了钻具位移模拟显示系统，以0.1米为单位显示钻具在塔内位置。2.2除焦控制阀除焦控制阀的技术方案是在消化吸收国外技术的基础上，参照国内引进同类产品的结构和操作原理，结合国内高压水泵的参数，自行开发设计。主要技术关键是节流孔板的级数，孔数及孔径的正确选择
15、，以满足在启动时的泵的最小流量和回流压力0.5MPa操作，在予充时以7MPa的压力，110120m3/h的流量操作，在全压操作时应使压力降最小。除焦控制阀的结构示意见图（8）2.3联合水力切割器水力除焦中采用钻孔和切焦能自动切换的联合切割器，国内外自60年代开始均进行了大量的研究试验工作。原石油部抚顺院在1963年设计了一种利用节流原理进行自动切换操作的联合切割器，并在几套装置上进行过试验，虽然能实现切换动作，但存在切换压力不稳定，切换中有较大的震动等问题。国外的联合切割器只是喷嘴的组合，切换动作仍要求在塔外由人工进行和国内采用堵喷嘴的方式基本相同。为了实现在焦炭塔内由钻孔到切焦工序的自动切换
16、，经过多次的分析研究，并分析了采用节流和压差原理进行切换的优缺点，采用了以压力回零（小于0.5MPa）原理进行切换。自动切换联合钻孔切焦器的结构示意图见图（9）。对切焦和钻孔喷嘴采用国内应用成功的整流器。喷嘴则采用流线形以提高射流质量。图（10） 新型除焦胶管结构示意图及工艺流程2.4除焦胶管用于无井架水力除焦的胶管承受弯曲，挤压、拉伸力，受日光曝晒，雨（雪）淋，风吹及低温冷冻等气候条件的侵蚀，在焦炭塔内还存在油气、焦粉和水温80左右的恶劣操作条件。国外无相应标准可以参照，长期以来由于结构，性能不能适应工作条件的要求，成为无井架水力除焦的重点问题，1985年曾研制了76X16MPaX18m的除
17、焦胶管，但仍存在胶层老化脱落，使用寿命不稳定等问题。根据攻关目标的要求，制定了研制76X 16MPa X20m新型除焦胶管。使用中由2根焦管联结成总长40m的方案。新型除焦胶管的结构示意图及工艺流程见图（10）。3.0集中优势，实行科研、制造、生产三结合。在明确攻关方向和目标及制定技术方案的过程中，紧紧围绕和结合国内的制造及生产实际情况，从攻关工作一开始，先后与国内的科研、制造、生产单位进行广泛的联系，确定了合作研制和制造单位航空总公司610研究所，生产单位中石化齐鲁石化公司胜利炼油厂，中石天玉门炼油厂，克拉玛依炼油厂。并根据实际情况在新设计的玉门及克拉玛依炼油厂30X104t/a装置上先行试
18、验除焦控制系统和除焦控制阀，在胜利炼油厂则利用装置检修期间进行改造，根据建设进度和检修进度制定切实可行，稳妥可靠的技术方案，确保一次成功。水力除焦程序控制系统及除焦控制阀分别于1993年10月须玉门炼化总厂，1994年7月在克拉玛依炼油厂，1995年10月在胜利炼油厂一次投运成功。联全切焦器则于1995年12月在胜利炼油厂投用。除焦胶管于1993年6月在胜利炼油厂投用。上述四项攻关任务经历了56年的时间，研制过程中得到了总公司技术开发中心的关怀和支持，各制造单位，生产单位的协作配合，集中了科研、制造，生产三方的优势，生动的说明了在科技开发工作中实行三结合的强大威力和重要性。三、水力除焦系统“八
19、五”攻关所取得的主要成果水力除焦系统“八五”攻关的四个子项已于1996年6月通过了总公司组织的技术鉴定。取得的主要成果是：1缩短了除焦时间：采用自动控制程控系统，除焦控制阀及联合切焦器进行除焦操作的标定报告说明，平均除焦速度由0.138m/min，提高到0.2438m/min，相应除焦能力由164.15T/h提高到301.34T/h，除焦时间在相同焦层高度的条件下由130min降低到约100min（换算值）。2降低了除焦系统能耗根据标定数据，采用攻关成果后，除焦电耗由8.5Kw.h/T焦降低到4.6KW.h/T焦，除焦水耗由1.32t/t焦降低到0.67t/t焦。3提高了操作水平：采用了程序控
20、制系统，水力除焦的操作只需操作工启动高压水泵和控制钻具在塔内的升降速度，其余操作均实现了程序控制，能在塔顶和高压水泵房两地对水泵，除焦控制阀实行控制，操作方便，灵活，减轻了劳动强度。4联合切焦器采用压力回零原理在塔内进行钻孔和除焦的自动切换，是一项重大的突破，已达到了国际先进水平。四、不断进取，把水力除焦系统的科技开发工作提高到新的水平延迟焦化技术消除“瓶颈”有两条途径：即增加焦炭塔和减少循环时间。对于循环时间一般认为1820小时是可以达到的，16小时则比较紧张，1214小时有可能达到，但长周期运转有困难。国外提出的典型的24小时和12小时的除焦循环见下表：循环时间：24小时12小时操作步骤：
21、 （小时）焦炭塔切换0.50.5蒸汽吹扫（向分馏塔）0.5蒸汽吹扫10.0慢冷1.0快冷5.03.0排水3.02.5卸盖1.00.25水力除焦4.03.0装盖1.00.25蒸汽吹扫及试压1.00.5焦炭塔予热6.02.0目前国内24小时除焦循环的典型操作见下表：循环时间：24小时操作步骤：（小时）吹扫3水冷3放水1.5机动时间3卸盖1.5除焦3.5闭盖1.5试压1.0予热5切换1从上表中所列的除焦循环的各步骤的分析，与水力除焦操作有关的卸盖，除焦和装置三步中，采用“八五”攻关成果目前可达到2小时内完成，比国外予计3.56小时可大大缩短。这为装置的扩能改造提供了有利的条件。水力除焦系统在“八五”
22、攻关中取得了一定的成果，但为了适应扩能改造消除“瓶颈”以及新建装置的要求，科技开发工作必须继续瞄准国外先进水平，不断进取，针对国内生产实际进行新的开发和攻关。除对已经取得的成果不断改进提高以外，拟在以下方面跟踪国际先进水平进行开发和研究。头盖及底盖的快速拆卸技术；有井架水力除焦的钻具位移显示系统。新型的稳流器及喷嘴，提高射流质量以适应装置大型化。程序控制采用工业微机，增加数据通讯和储存功能，进一步提高控制水平。参考文献1OGJ1995.NO.512石油炼制译文集（1）3对水力除焦目前存在问题及解决方法的初步意见 1980.6 洛阳石化公司4延迟焦化1973燃化部科技情报所5PACIFICPUMPSHydraulic decoking system19806OGL1984.NO.22P89937水力除焦程序控制设备及除焦控制阀鉴定技术文件。自动切换联合钻孔切焦器及新型除焦胶管鉴定技术文件。8Debottleneck filayed cokers for greater ProfiyabilityH/P 1996.No69中国炼油技术 中国石化出版社1991
