炼油化工 连续重整装置 设备培训教材

GXPC
重整联合装置
250万吨/年石脑油加氢装置
220万吨/年连续重整装置
PSA装置
SGC装置
设备培训讲义
§1 装置设备概述
联合装置中主要设备有：重整叠式反应器、重整催化剂再生器、重整进料换热器（进口）、重整四合一炉、重整循环氢压缩机（进口）及凝汽式汽轮机、重整新氢增压机（进口）及凝汽式汽轮机、氨压机（进口）、锅炉热水循环泵、再生热风机（进口）、石脑油加氢循环氢压缩机、石脑油加氢新氢压缩机、石脑油加氢反应器、石脑油加氢进料加热炉、石脑油加氢进料泵、PSA解析气压缩机、SGC轻烃压缩机（进口）、抽提塔、二甲苯塔等。

设备具体情况介绍如下。

1．设备概况
表1－1 联合装置设备统计
250万吨/年石脑油加氢装置
220万吨/年
连续重整装置
100万吨/年芳
烃抽提装置
PSA装置SGC装置总计
反应器 1 5
塔器 1 11 容器 5 18 7 加热炉 1 5 1 换热器 4 16 25 空冷器 3 33 3 泵 5 15 25 压缩机 3 4
风机 4 4
其它工艺设备
总计
2．设备位号简介
(1)
(2)
§2重整反应器
重整反应器是连续重整装置的关键设备，工作条件苛刻。

重整反应器是移动床径向反应器，内构件采用上流式中心管设计，使催化剂床层的烃蒸汽可以达到理想化分布，以保证反应器内催化剂的完全利用，尽可能消除由烃蒸汽分布不均导致的催化剂结焦问题。

反应器内部结构见图2-1所示
§2.1 重整反应器结构
一．反应器内构件
反应器内部构件的主要目的是达到气液均匀分布。

重整反应器内构件包括：扇形筒（分气管）、上流式中心管、约翰逊网等。

反应物入口
反应物出口
中心管
扇形筒
图2-1 重整反应器内构件结构简图
①扇形筒（分气管）
扇形筒由壁厚3mm的0Cr18Ni9Ti钢板制成。

外表面（朝向催化剂的一侧）上开有长10mm，宽1mm的长条孔，各开孔的圆角处均要保证光滑，不得有尖锐棱角，制造成型精度要求很高，每个扇形筒都应紧贴在反应器的圆周壁处，采用膨胀圈和螺栓固定，固定的紧密度既要保证扇形筒不会变形，又要考虑正常操作状态下扇形筒膨胀需要的空隙。

②中心管
中心管由内外两层不同结构的圆筒和约翰逊网组成，内层圆筒的外表面按圆周方向均匀地开若干个小孔（孔径约￠5-6mm），该开孔率是中心管工艺设计的关键，合理的开孔率能使油气在整个流通面积上达到均匀分布，中心管圆筒外部的约翰网具有光滑的接触面和最大流通面积的优点。

在固气相接触的反应器内约翰网的孔间隙小，固体催化剂不会被镶嵌在筛网的缝隙内，所以能保证催化剂顺利的流通和反应。

§2.2 重整反应器设备材质选择
由于反应系统条件苛刻，重整反应系统的材质选择要满足高温、临氢等要求。

材质选用除满足强度条件外，还需考虑氢脆、氢腐蚀、铬钼钢的回火脆化等因素。

重整装置的反应器采用热壁结构，主体材质选择了抗氢性能很好的1.25Cr－0.5Mo或2.25C-0.5Mo钢，它具有良好的抗氢腐蚀性和较高的蠕变强度，内件材料为0Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni11Ti。

§3 加热炉
热量传递的基本方式有三种：导热、对流和热辐射。

它们往往同时发生，但在不同的场合又占有不同的地位，热辐射的规律与导热和对流有着根本的区别。

加热炉就是一种通过对流和辐射把热量传导给工艺介质的设备。

加热炉是管式加热炉的简称，是一种火力加热设备。

利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，加热在炉管中高速流动的介质，使其达到工艺规定的温度，以供给介质在进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需要的热量，保证生产正常进行，是石油化工装置的主要设备之一，其结构简图如图3-1所示。

管式加热炉中消耗的燃料量，其费用约占操作费用的60－70％。

因此，炉子热效率的高低与节约燃料，降低成本有极密切的关系。

一.管式加热炉的分类和主要工艺指标
加热炉的发展有一个从简单到复杂，从热效率低走向热效率高，从不安全到安全的逐步完善的漫长历程。

经过人们的不断探索，总结经验，在原来的主要部件如燃烧器，炉管，炉体及烟囱的基础上，增加了炉体保温，防爆门，空气预热器系统等部件以提高炉子热效率和安全操作的可靠性。

图3-1 管式加热炉结构简图
管式加热炉的类型很多。

如按用途分有纯加热炉和加热－反应炉。

前者如常压炉、减压炉，原料在炉管内只起到加热（包括汽化）的作用；后者如裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，同时还应保证有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。

按炉内进行传热的主要方式分类，管式炉有纯对流式、辐射－对流式和辐射式。

根据炉外型结构的不同，管式炉又分为箱式炉、立式炉和圆筒炉等。

常见的几种炉型对比见下表:
1．热负荷
每台加热炉单位时间内向管内介质传递的总热量，单位为W或kJ/h。

炉子的热负荷越大，其生产能力越大。

2．炉膛热强度
指燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉膛热强度（又称体积热强度），它表示单位体积的炉膛在单位时间里燃料燃烧所放出的热量，单位为kJ/m3·h或W/m3。

炉膛热强度越大，完成相同的热负荷所需的炉子越紧凑。

3．炉管表面热强度
指单位时间内单位炉管表面积所传递的热量称为炉管表面热强度，单位为kJ/m2·h或W/m2。

炉管表面热强度越大，完成相同热负荷所需的传热面积越小，使用的炉管就越少，炉子体积可减小，投资可以降低。

应注意的是炉管表面热强度一般指平均值。

4．炉膛温度（又称火墙温度）
炉膛温度指烟气离开辐射室进入对流室时的温度，它表征炉膛内烟气温度的高低，是炉子操作中重要的控制指标。

5．全炉热效率
指炉子供给被加热物料的有效热量与燃料燃烧放出的总热量之比。

此值越高，完成相同热负荷所消耗的燃料越少。

6．管内介质流速和全炉压降
液体在管内的流速越低，则边界层越厚，传热系数越小，管壁温度越高，介质在炉内的停留时间也越长。

其结果，介质易结焦，炉管易损坏。

但流速过高又增加管内压力降，增加了管路系统的动力消耗。

二.管式加热炉的工作原理
管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器以及通风系统五个主要部分组成，其工作原理：炉底的燃烧器（火嘴）因油（气）燃烧的高温火焰，其热量以辐射
传热的方式，将大部分热量传给辐射室（炉膛），通过炉管（辐射管）将内部流动的介质（油品等）加热，高温烟气进入对流室，以对流的方式，继续将部分热量传给对流室炉管内流动的介质，降至200℃左右的烟气经烟囱排入大气。

介质先进入对流管再进入辐射管，不断吸收高温烟气传来的热量，逐步升高到所需要的温度，最后送出加热炉。

三.加热炉的结构组成
主要部件有燃烧器、炉管、弯头、管架与管板、炉体、、炉体保温及各种配件如烟囱、烟道挡板、看火门、防爆门、人孔门、吹灰器、灭火蒸汽管、
空气预热器等。

1、燃烧器：也称火嘴，炉子的燃料（气体、液体）是通过燃烧器进行燃烧的，是炉子的供
热部件。

由燃料喷嘴、调风器和火道（也称燃烧道）组成。

燃烧器的类型主要分为气体燃烧器，油燃烧器和油气联合燃烧器。

我们常用的气体燃烧器属于外混式燃烧器，瓦斯-空气未经预先混合，而是由燃烧器的不同通道分别进入炉内，然后借助扩散作用使两者在炉中边混合、边燃烧(即扩散燃烧)。

燃烧器是加热炉的重要部件，使用的效果如何将直接关系到加热炉的处理能力，因此正确地选型、设计、安装使用和维护燃烧器就显得至关重要，否则难以发挥其应有的效果。

2、辐射室：将在燃料燃烧时产生的高温烟气及火焰所放出的热量以辐射传热的形式传给敷
设在室内的辐射炉管。

辐射室是加热炉传热的主要部分。

3、对流室：将从辐射室流入的高温烟气和火焰所放出的剩余热量以对流传热方式传给敷设
在室内的对流炉管。

对流室除加热油品外，有时还用于加热蒸汽。

4、炉管：是炉子的主要组成部分，它是被加热流体的通道，管子间用回弯头连接起来形成
连续的蛇形管。

炉管按所处位置分为辐射管和对流管；按外形又可分为光管，钉头管，翅片管；辐射管采用光管；对流管采用光管、钉头管和翅片管中的两种或三种组合；钉头管和翅片管增加了传热面积，提高了传热的效果。

炉管材质一般选择优质碳钢、铬钼合金钢和铬镍不锈钢，炉管长度主要有：6000，9000，12000，15000mm。

常用炉管规格如表3-1所示。

5、烟囱和烟道：将炉膛产生的烟气排入大气，其内部均用耐火和保温材料衬里，为了调节
燃烧室内的压力，烟道中装有活动的烟道挡板。

调节烟囱内挡板开度可以控制一定的抽力，保证炉膛内最合适的负压。

一般要求炉膛内具有-19.6～-39.2Pa的负压，在打开看火门观察炉膛时，火焰不会外扑，确保操作安全。

6、炉墙；构成炉子辐射室、对流室的外围墙体。

一般用耐火材料、绝热材料和保温材料组
成。

对炉墙的基本要求是绝热良好，热损失小，牢固可靠，重量轻而廉价，易于建造和维修。

炉墙上的适当位置有各种门孔，如看火窗、人孔、防爆门等。

其中看火窗是用来观看炉膛内所有火嘴的整个火焰；观看辐射管、底排遮蔽管的受热状况，管壁被氧化的情况，炉管的弯曲程度等；负压自重式防爆门，平时靠自重关闭，当炉内压力增高时，防爆门即被打开。

另外还有炉底、炉顶、炉子金属构架，炉管回弯头，管件支承等部件。

表3-1 常用炉管规格表
四.加热炉的操作要点
1．理论空气用量和过剩空气系数
要保证燃料在炉内完全燃烧，必须在操作中供给加热炉足够的空气量。

但由于炉子在实际操作中，空气与燃料的混合总不能非常均匀，所以要使燃料完全燃烧，必须供给比理论空气量多的空气。

管式炉中实际入炉空气量与理论空气量之比值叫做过剩空气系数，通常以α表示。

过剩空气系数是影响管式炉性能，特别是全炉热效率的一项重要指标。

过剩空气系数太小，空气量供应不足，燃料不能充分燃烧，炉子热效率降低；过剩空气系数太大，入炉空气量过多，相对降低了炉膛温度和烟气的黑度，影响传热效果。

同时也增加了排出的烟气量，使烟气从烟囱带走的热损失增加，全炉热效率降低(一般过剩空气系数每增加0.1，炉子热效率降低 1.5%左右）。

此外，过多的空气还会使烟气含氧量增高，加剧了炉管氧化脱皮，缩短炉管的使用寿命。

所以，在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽力降低加热炉的过剩空气系数。

气体燃料所需过剩空气系数在1.1～1.2，油燃料所需过剩空气系数在1.2～1.3左右。

保证加热炉良好燃烧时的最低烟气氧含量在3～4％(体积）左右。

2．露点腐蚀
对于管式加热炉，排放烟气量(与过剩空气系数α有关）越少，排出温度越低，烟气带走的热量损失越小，炉子热效率越高。

但烟气出口温度不能任意降低，因为它不仅受到原料入炉温度的限制，而且由于烟气中硫化物的腐蚀作用，烟气排出温度还必须高于烟气的露点温度。

露点温度：当烟气温度过低时，烟气中的水蒸气在金属管壁上冷凝，并吸收烟气中的
SO
2生成亚硫酸，对管壁有腐蚀作用；而烟气中由SO
3
与水蒸气结合生成的硫酸，在低于露
点温度的金属表面上也会冷凝。

产生低温硫酸腐蚀，此现象即所谓的烟气露点腐蚀。

使烟气中水蒸气产生冷凝时的临界温度称为露点温度。

烟气的露点温度是变化的，影响主要因素有二个：燃料中的硫含量和空气中湿度。

此外尾气中的氧含量对酸露点也有影响。

当排烟温度低于露点温度时，烟道、余热回收系统、热管表面将产生酸腐蚀，引起管子腐蚀穿孔。

通常情况下，烟气排出温度控制在<200℃，并根据燃料性质尽可能降低这一数值。

空气预热器除了露点腐蚀外，积灰堵塞也是另一个重要问题。

腐蚀和积灰共同作用的
产物吸附烟在管壁表面呈粘状，很难清除。

因此应定期吹灰。

3．烘炉
凡是新建的加热炉，而且炉墙采用的是耐火砖，或者是轻质耐热混凝土衬里的，均要进行烘炉。

烘炉的目的是为了缓慢除去炉墙在砌筑过程中所积存的水份，并使耐火砖得到充分的烧结。

如果这些水份不去掉，由于开工时炉温上升很快，这些水份将急剧蒸发，造成砖缝膨胀，产生裂缝，严重时会造成炉墙倒塌。

因此通过烘炉脱除炉体耐火砖衬里材料的自然水、结晶水，增加材料的强度和使用寿命。

同时通过烘炉，考验炉体钢结构及“三门一板”，火咀、阀门等安装是否灵活好用，考察系统仪表是否好用，通过烘炉、熟悉和掌握加热炉的操作以及对空气预热系统的性能测试。

烘炉曲线见图3-2。

图3-2 烘炉曲线烘炉曲线中，150℃恒温以除去炉墙中的自然水；320℃恒温以除去炉墙中的结晶水，450℃和500℃恒温使炉墙中的耐火砖充分烧结。

烘炉时，炉管内通入蒸汽，对于10#、20#钢炉管，蒸汽出口温度不超过400℃，Cr5Mo 炉管不超过500℃，烘炉的详细步骤如下：
A.烘炉前现打开全部人孔、看火门、防爆门、开启烟囱挡板，自然通风5天以上，然后
开始点火烘炉；
B.开始烘炉时，烟囱挡板开启1/3左右，当炉膛内温度升高抽力增加时，再稍开烟囱挡板；
C.炉管内通入蒸汽开始暖炉，当炉膛温度升到130时，即可点燃火嘴，继续烘炉；
D.烘炉时应尽量采用瓦斯燃料，火嘴应对角点火；
E.在烘炉过程中，温度均匀上升，升温和降温速度应按烘炉曲线进行，并经常观察炉墙情况；
F.在烘炉过程中应做好记录，烘炉后画出实际烘炉曲线。

G.炉膛以20℃/小时的速度降温。

当炉膛温度降到250℃时，熄火焖炉，降到100℃时进行自然通风；
H.烘炉完毕后，应对炉子进行全面检查，如发现缺陷应进行处理。

衬里的裂纹宽度大于3mm，深度超过5mm者应进行修补，有空洞和钢板分离者应彻底修补。

4．点炉
加热炉在点火之前需要做好以下一些工作：
1)经过检修的炉管，必须检查是否合格，有无泄漏等；
2)检查管板、吊钩、拉钩是否牢靠；炉墙和衬里是否有脱落；炉膛及烟道内部有无杂物；
3)检查烟囱挡板、调节机构、吹灰器、压力表、热电偶、燃烧器调节风门、风道蝶阀等是否灵活好用；
4)防爆门、看火门是否灵活好用，是否关闭，密封是否良好；
5)检查消防蒸汽管和其他消防设施是否好用；
6)对燃料油管线、蒸汽管线、高低压瓦斯管线、伴热线等进行贯通并试压，确保无泄漏；
7)用蒸汽贯通检查每个燃烧器是否好用，火嘴的一、二次风门是否灵活；
8)将烟囱上的挡板开到1/3的位置；
9)往炉膛内吹蒸汽5-10分钟，直到烟囱见汽为止，以便赶走炉膛内的易燃气体；
10)清扫炉区的杂物及易燃物；
11)准备好点火器俱及点火燃料；
12)在上述工作完成后，可以把燃料引进炉区。

如果引的是燃料油，则放空见油关阀。

点炉的操作重点在于燃烧器（火嘴）的点火。

目前，石油化工装置常采用油-气联合燃烧器，可以单独烧油或烧气，也可以同时烧油和烧气，当燃烧器烧油时，点火的要求按以下步骤进行：
1)将燃烧器的风门调到1/3开度，在燃烧器点着以后，再把风门调到合适的开度；当燃烧器设有隔音罩时，司炉工必须注意风门的开关方向；
2)如果燃烧器设有风道和隔音罩时，将燃烧器底部的漏油管上的盖打开，一防止燃料油集在风道和隔音罩内，待燃烧器燃烧正常后，将盖装好；
3)将燃烧器上的瓦斯喷头通入适量的蒸汽，以防止瓦斯喷头被油或其他东西堵塞；
4)将已点燃的点火棒放在燃烧器的上端，人不能正视点火孔，身侧一边，面部不要直接对着燃烧器，防止回火伤人；
5)稍开一点汽阀，后开油阀，点燃油火后，缓慢细致的调解油汽比，使油充分雾化完全燃烧，并根据燃烧的情况适当调节风门和蝶阀的开度；
6)在燃烧器点着火以后，司炉工不能马上离开炉子，以防止燃烧器缩火或漏油。

一旦熄灭，就立即关闭油阀，再往炉膛内吹汽，待烟囱见汽后再重新点火；
7)燃烧器在使用时，要求对角点火，这样分布均匀；
8)控制好燃料油压力，要求雾化蒸汽压力比燃料油压力高98KPa；
9)未烧火的燃烧器风门必须关闭，以防止空气漏入炉内造成空气过量，影响炉子的热效率。

当燃烧器烧气时，点火的要求按以下步骤进行：
1)将燃烧器的风门调到1/3开度，在燃烧器点着以后，再把风门调到合适的开度；当燃烧器设有风道和隔音罩时，司炉工必须注意风门的开关方向；
2)将燃烧器上的油喷头通入适量的蒸汽，以防止油喷头；
3)将已点燃的点火棒放在燃烧器的上端，人不能正视点火孔，身侧一边，面部不要直接对着燃烧器，防止回火伤人；
4)稍开一点瓦斯阀，待燃烧器点着以后，再调节瓦斯阀门，并根据燃烧的情况，适当调节风门和蝶阀的开度；
5)在燃烧器点着火以后，司炉工不能马上离开炉子，以防止燃烧器缩火。

一旦熄灭，就立即关闭瓦斯阀，再往炉膛内吹汽，待烟囱见汽后再重新点火；
6)燃烧器在使用时，要求对角点火，这样分布均匀；
7)未烧火的燃烧器风门或蝶阀必须关闭，以防止空气漏入炉内造成空气过量，影响炉子的热效率。

为了防止点火时方法不当，引发加热炉爆炸事故，燃烧器点火时必须做到以下几点：1)燃烧器在点火时未点着，但是油或瓦斯进入炉内，这时司炉工必须立即关闭油阀或瓦斯阀，然后向炉膛内吹蒸汽，待烟囱见汽后后再重新点火；
2)燃烧器在点火时，虽点着但又熄灭，司炉工必须立即关闭油阀或瓦斯阀，然后向炉膛内吹蒸汽，待烟囱见汽后后再重新点火；
3)炉子在运行过程中，如发现燃烧器空气不足，应立即查明原因，及时处理。

首先检查空气进炉的蝶阀开度是否合适，如开度太小，应立即开大到合适的开度，使燃烧器的燃料
能得到充分的燃烧。

回火和脱火也是加热炉燃烧时容易发生的现象，要加以注意。

当空气与瓦斯的混合气体从瓦斯喷头流出的速度低于火焰传播速度时，火焰回到燃烧器内部燃烧，这种现象叫做回火。

回火有时会引起爆振或熄火，长时间也可能烧坏混合室或发生其他事故。

回火，就必须使空气与瓦斯的混合物从瓦斯喷头流出的速度大于火焰扩散速度。

在瓦斯供应充足的条件下，调节燃烧器的风门或风道上的蝶阀，可以使空气与瓦斯的混合物的流出速度大于火焰扩散速度，这样即能达到防止回火的目的。

当空气与瓦斯的混合气体从瓦斯喷头流出的速度大于脱火极限时，瓦斯离开喷头一段距离才着火，这种现象叫脱火。

脱火使火焰燃烧不稳定，以至熄火。

要防止瓦斯燃烧器的脱火，就必须避免气体混合物的出口流速过大，当发现脱火时应减少瓦斯和空气送入量。

5．停炉
正常停炉的步骤：
1)在接到停炉的命令后，在降温前，计算好燃料油的库存量，根据需要收油，使停工后库存的燃料油为最好；
2)如果是混烧瓦斯和燃料油，应提前停掉瓦斯，并处理好管线，以防止停炉后不好处理；
3)根据装置降量，降温的要求，逐渐停掉燃烧器，到剩下1-2个火嘴时，打开燃料油循环阀，但必须注意燃烧器前燃料油的压力不能太低；
4)当装置进行循环时，过热蒸汽排空；
5)全部熄火后，燃烧器仍通汽，使炉膛温度尽快降低，并将烟囱挡板全开；
6)当炉膛温度降到150左右时，将人孔门、看火门打开，以使炉子冷却。

紧急停炉步骤：
1)熄火；
2)停止进料；
3)向炉膛和炉管大量吹汽，过热蒸汽改放空；
4)将烟囱挡板全部打开。

§4 塔设备
塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等生产中最重要的设备之一。

它可使气(汽）液两相之间进行充分接触，达到相际传热及传质的目的。

在塔设备中能进行的单元操作有精馏、吸收、解吸、气体的增湿和冷却等。

精馏和吸收等传质过程所用的塔设备，按塔的内件结构分为板式塔和填料塔。

1)在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。

两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。

2)在填料塔中，塔内装填一定高度的填料。

液体自塔顶沿填料表面向下流动，作为连续相的气体自塔底向上流动，与液体进行逆流传质。

两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。

板式塔的类型很多，生产中应用最多的是浮阀型塔和筛板塔。

传统的圆形泡帽(罩）塔已逐渐被各种浮阀，筛板等强度和效率较高的塔板所代替。

另外还有舌形塔、浮动舌形塔、穿流式栅板塔、Kittel塔盘等。

塔设备的结构包括塔体、支座(裙座)、除沫器、接管、人孔及塔内件。

§4-1精馏原理
图4-1为一典型的精馏塔，待分离的原料自中部某处进入，进料板以上称为精馏段，以下则称为提馏段。

塔顶装有冷凝器，塔顶蒸汽在冷凝器中冷凝，一部分作为回流由塔顶送入塔中，一部分作为产品送出。

塔底装有再沸器，来自塔底的液体在此部分汽化，气相返回塔底，液相作为塔底产品。

沿塔高度温度是变化的，塔顶温度最低，塔底最高，由下往上温度逐板降低。

塔内设有若干层塔板，塔板是汽、液相间传质传热的场所。

沿塔高蒸汽的体积流量是有变化的，尤其是精馏段和提馏段的蒸汽量往往有较大差别。

1．精馏和回流的作用精馏段所起的作用是将进入的汽相混合物中轻组分提浓，在塔顶得到合格的产品，液相回流则起着精馏介质的作用。

2．提馏段和再沸器的作用提馏段的作用是将进入该段的液相中的重组分提浓，在塔底获得高纯度的重组分。

提馏段中的汽相则作为精馏介质—汽相回流。

有精馏段和提馏段的精馏塔称为完全塔，炼油厂的原油蒸馏塔可在塔底吹入水蒸气而不设再沸器。

原因在于蒸馏塔底温度太高，找不到适当的热载体，而且塔底重油不适宜于较长时间加热。

因此通常把这一段称为汽提段。