焦炭塔失效的若干措施
延迟焦化焦炭塔冲塔处理措施的探讨
延迟焦化焦炭塔冲塔处理措施的探讨姚坚刚【摘要】延迟焦化焦炭塔的大规模冲塔往往会导致分馏塔底循环中断、辐射泵入口过滤器流通量大幅下降、炉管结焦堵塞等问题,并有可能造成装置较长时间停工.结合X炼油厂2 Mt/a延迟焦化装置一起成功处理的焦炭塔冲塔事件,分析了冲塔后的应对措施.分析认为,在确保人员安全条件下,优先保护加热炉、辐射泵、压缩机等关键设备;加热炉紧急停运后,保持炉膛温度350 ℃左右,炉出口温度250 ℃左右,以免管内介质冷凝堵塞炉管;发现辐射炉管结焦堵塞后,不要轻易更换炉管,可采用外部缓慢加热和蒸汽吹扫就有可能解决问题.采取一系列处理措施后,X炼油厂延迟焦化装置在低负荷运行约110 h后恢复了二炉四塔高负荷运行,并在随后的两年多时间里一直保持了约110％的负荷运行.【期刊名称】《炼油技术与工程》【年(卷),期】2015(045)007【总页数】4页(P11-14)【关键词】延迟焦化;焦炭塔;冲塔;加热炉;过滤器【作者】姚坚刚【作者单位】中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司,浙江省宁波市315207【正文语种】中文焦炭塔冲塔原因比较复杂，如焦层过高;消泡剂注入不及时、注入量偏小或中断;换塔后过早停用消泡剂;小吹汽量过大或带水;仪表故障等。
焦炭塔大规模冲塔的后果一般都比较严重，特别是在生焦末期或小吹汽初期，大量焦粉(泡沫焦)在短时间内进入分馏塔，导致分馏塔底循环中断、辐射泵入口过滤器流通量大幅下降、炉管结焦堵塞等，严重的还会使装置较长时间停工。
如某石化公司2014年5月发生了一起焦炭塔冲塔事件，导致该装置非计划停工，紧急抢修10日后才恢复正常生产。
以X炼油厂一套由二炉四塔组成的设计规模为2 Mt/a延迟焦化装置(Ⅱ焦化)为例，对其成功处理冲塔事件的措施进行了总结。
焦炭塔的冲塔往往都是突发性的，因而及时有效的应急措施就显得非常重要。
2012年8月Ⅱ焦化焦炭塔(T1101/2)小吹汽时，因塔内焦层过高、消泡剂注入中断等原因，发生了一起较为严重的冲塔事件，短时间内大量焦粉进入分馏塔。
焦炭塔制造质量的影响因素及控制措施
焦炭塔制造质量的影响因素及控制措施
15CrMoR 焊接接头机械性能对照 断面收缩率 ,% 45 64 74 室温夏比 ( V 形缺口 ) 冲击功 / J 80 168/ 154/ 208 0 夏比 ( V 形缺口 ) 冲击功 / J 60 208/ 192/ 85
41
试验项目 规定值 试验值 475 高温试验值
拉伸强度 / M Pቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 450~ 590 554 405
屈服强度 / M Pa 295 408 230
延伸率 ,% 19 36 25
冷弯 180 无裂纹 D = 2. 0a 40
表4 化学成分 规定值 测定值 P 0. 015 0. 0082 S 0. 012 0. 004
15CrMoR 焊缝化学成分 ( 质量分数 ) 对照 Ni 0. 25 0. 050 Cu 0. 25 0. 062 Cr 1. 00~ 1. 50 1. 20 Mo 0. 4~ 0. 65 0. 470 Mn 0. 50~ 0. 90 0. 575
焦炭 塔设 备 采 用 15CrMoR 和 15CrM oR + 410S 材料制造的技术要求高 , 焊接难度大, 工序 复杂 , 焊缝易产生冷裂纹和脆化现象。但是 , 只要 严格控制制造工艺和焊接工艺参数, 严格执行工 艺要求, 加强各个工序环节的质量控制、 检验和验 收, 就能够使焊接接头获得满意的力学性能和耐 腐蚀性能 , 制造质量能够得到很好的保证, 满足设 备的使用性能。
收稿日期 : 2004- 10- 16; 修回日期 : 2005- 01- 17。 作者简介 : 辛冬 梅 ( 1969- ) , 女 , 河北 省任 邱市 人 , 工程 师。 1992 年毕业于石油大 学 ( 华 东 ) 焊接工 艺与设 备专 业 , 现 在
焦炭塔现场操作的危险原因分析和解决措施
炭塔现场操作过程 中的危 险进 行具体分析。
１１ 误 操 作 ． １１１ 阀 门关 错 ．．
随 着 原 油 油 质 变 重 变 劣 和 轻 质 油 品 需 求 量 上 升 ， 化 焦
沿 海某炼 厂焦化装 置 ， 日 ２ 某 １时 ５ ４分 ， 热 炉 对 流 加
工艺凭借 自身优势， 成为世界炼油工业 中第一位 的重油 转 化技术Ⅲ 与中国的实际情况相适应 ， ； 延迟焦化工艺在渣 油
间 衔 接 不 好 、 作 方 式 不 恰 当 ３大 类 。 操 下 面 就 对 这 ３类 情 况 ， 据 各处 发 生 的事 故 案 例对 焦 根
完善 操 作 规 程 和 各 类 制 度 等 方 面入 手 ， 实做 好 各 类基 础 切
工 作 ， 能 消 除危 险 ， 障 安 全 。 才 保 关 键词 ： 焦炭 塔 ； 场 操 作 ； 险 ； 因 分 析 ； 决 措 现 危 原 解
加 工 中 日益 发 挥 着 巨 大 的作 用 。 延 迟 焦 化 生 产 既 连 续 又 间 断 ， 续 是 指 整 个 工 艺 过 程 连 是 连 续 的， 断 是 指 焦 炭 塔 部 分 的 操 作 是 间 断 的 。焦 炭 塔 间
室外 突然着 火， 即切 断加 热炉进料 ， 速报警 ， 立 迅 出动 消防
车 辆 数 十辆 ， ３时火 被 扑 灭 ， 人 伤 亡 。 次 火 灾 事 故 造 成 ２ 无 这
部分仪 表电缆损 坏 ， 加热炉管全 部结焦 ， 部分炉管更换 ， 延
迟焦化 装置停工抢修 １ 。 ４天 原 因 分 析 ： 作 工 切 换 四通 阀 ， Ｂ塔 切 人 Ａ 塔 后 ， 操 由 应 该 关 闭 去 Ｂ塔 的切 断 球 阀 ， 误 操 作 为 关 闭去 Ａ 塔 的切 断 却
焦炭塔配套管道检出缺陷的失效分析
（ ｎｉｇＢ ｉ ｒ Ｌ ｒｓｕｅＶｅｓｌ ｕｅｖｓ ｎａｄＩｓｅｔ ｎＩｓｉ ｔ ， ａ ｊ ｇ２ ０ ０ ， ｈｎ ） Ｎａｊ ｏｌ ｅｓ ｒ ｓｅ Ｓ ｐｒｉ ｏ ｎ ｎｐ ｃｉ ｎｔ ｕｅ Ｎ ｎｉ １０ ２ Ｃ ｉａ ｎ ｅ ８Ｐ ｉ ｏ ｔ ｎ
严 红 ，王 海 波
（ 南京 市 锅 炉 压 力 容 器 检 验研 究 院 ， 江苏 南京 ２００） １０ ２
摘 要 ： 某 焦 炭 塔 配 套 管道 定 期 检 验 中检 出 的重 大 缺 陷 ， 用 多 重 失 效模 式 分 析方 法 研 究 其 缺 陷成 因 ， 据 此 对 运 并 提 出类 似 缺 陷 的 防范 对 策 ， 图举 一 反 三 ， 保 障 大 型化 工 装 置 管 道 的 安 全 运行 具 有 积 极 意 义 。 试 对 关键词 ： 炭塔 ； 力管道 ； 效分析 ； 焦 压 失 防范 对 策
压力管 道是具有潜 在危 险的特 种设备 ， 一旦失 效会引 起泄漏 和爆炸 ， 将严重 威胁人 民生命 财产 和环境 的安 全 。压力 管道定期 检验 的 目的 ， 就是发 现并 防范其各类 失效 ， 避免重 大事故 的发 生 。在某 焦炭 塔配套
管道 —— 焦 化炉辐 射 出 口转 油线 的定期检 验 中 ， 出重大缺 陷 ； 用 多重 失效 模式 引导 其缺 陷成 因分析 ， 检 运
收 稿 日期 ：０１０ —５ ２ １ － １０
作 者 简 介 ： 红 （ ８ ） 女 ， 族 ， 苏 无 锡 人 ， 程 师 ， 力 管 道 检 验 师 ， 要 从 事 压 力 管 道 监 检 与 材 料 失 效 和 保 护 严 １５一 ， 汉 ９ 江 工 压 主 研究 。
焦炭塔顶盖机安全经验分享
事故案例2：金陵石化焦化装置2012年11月29日5时23分 ，焦 炭塔顶盖大量泄漏高温油气，发生火灾，原因未知。
原因分析（高桥石化）： •主观原因 1、顶盖机关闭后，岗位人员没有现场 确认是否关闭到位，就开始进行下一步 操作（新塔试压、预热）。 2、新塔投用前发现了顶盖机关闭不到 位、液压螺栓未把紧的隐患。但技术员 心存侥幸、忽视隐患、安全意识淡漠、 风险受控能力匮乏。 3、操作前没有进行初始状态的确认和 风险识别，没有落实岗位责任制。缺少 高风险关键操作监管制度。
新增机械锁(即销轴)
安全经验分享完毕 谢 谢
焦炭塔自动顶（底）盖机打开的安全防护 措施： 1、班组外操现场关闭进料阀和顶馏出阀,阀门 关闭后触碰现场磁力开关，磁力开关显示关闭， 信号送入DCS，DCS显示该阀门颜色变化，确认 关闭。 2、除焦岗位人员确认：①选塔正确。②所选 塔塔顶温度≤110℃ 3、内操在 DCS中确认5个条件后，点“允许开 盖”按钮。 4、以上3人确认完成后，DCS将“允许开盖” 信号送至顶（底）盖机现场程控系统，程控系 统才得电。只有程控系统中的“开盖按钮”的 塔位号与“允许开盖”的塔位号相同时，才能 打开该塔顶（底）盖。
焦炭塔顶自动顶（底）盖机关闭的安全防 护措施： 1、除焦岗位人员现场确认选塔正确。 2、只有程控系统中的“关盖按钮”的塔位号 与“允许关盖”的塔位号相同时，才能关闭该 塔顶（底）盖。 3、除焦人员人工将顶盖机机械锁(即销轴)插 入销孔，则顶盖机关盖到位。 4、顶（底）盖机关盖到位后，磁力开关触发 程控面板信号灯亮，除焦人员现场确认。 5、程控系统将关盖信号送至DCS，DCS上显示 所选塔“顶（底）盖机全关完成”绿色字样， 由内操进行确认。
安全经验分享
200万吨/年焦化装置 焦炭塔顶盖、底盖安全防护措施经验分享
延长焦炭塔疲劳寿命的措施及设计技术的进步
作者简介 ： 颖（ ９３ ， ， 东 淄博人 。１９ 马 １ ７ 一） 女 山 ９ ６年 毕 业 于 石 油 大 学 （ 东 ） 工设 备 与机 械专 业 ， 程 师 。 一 直 从 事 炼 华 化 工
油装置静设备设计工作 。
维普资讯
石
油
化
工
设
备
技
一
的应力 值 。焦炭 塔 的轴 向应力 和周 向应 力峰 值分
别 超过 ８ ３ ７ ａ和 ８ ８ ５ ａ 平 均 轴 向应 力 ４ ． ＭＰ ０ ． ＭＰ ， 和周 向应力 为 ３ ７ ４ ａ和 ２ １ ２ ａ ３ ． ＭＰ ８ ． ＭＰ 。在 循 环
定 难 度 ， 要 热处 理 等 ， 高 温 性 能好 、 劳 寿 需 但 疲
命较 长 。
通 常铬 钼钢焦 炭 塔最早 产 生穿透 裂 纹 的时 间
收 稿 日期 ： ０ ６ １ — ３ ２ ０ — １１ 。
过程 中产 生 的超 常 应力将 影 响焦炭 塔 的寿命 。
有 资料 介绍 ， 国外 某 公 司 建 于 ２ Ｏ世 纪 ９ Ｏ年 代 的大多 数焦 炭 塔 （ 至少 ８台 ） ～ ５年 内壳 体 和 ４ 裙 座就 出现穿 透性 裂纹 。
关键词 ： 焦炭 塔 ； 裂 ； 包 ； 材 ； 焊 结 构 ； 开 鼓 选 锻 冲击 韧 性 中 图 分 类 号 ： ９ ２ 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ：０ ６８ ０ （０ ７ ０ —０ １０ ＴＥ ６ Ｂ １０ —８ ５ ２ ０ ） ２０ ０ —５
焦 炭塔 是 延 迟焦 化 装 置 的重 要设 备 ， 作 压 操 力 （ ） ０ １ ． ＭＰ ， 高操 作 温 度 达 ４ ７ 表 为 ． ～０ ７ ａ 最 ２ ～ ４ ５ （ 产针 状焦 的焦 炭塔 操 作压 力 达 ０ ７ ０ ９℃ 生 ．～ ．
焦炭塔裙座角焊缝开裂失效分析与处理
全 生产 带来 很大 的威胁 。为 了确保 焦炭 塔能 够继 续 安全 稳定 运行 ， 必 要 对其 裙 座 角 焊缝 产 生 裂 有 纹 的原 因进 行分 析 ， 时提 出相应 的整 改措施 。 及
１ 裂 纹 成 因 的 分 析
１ １ 载 荷特 性 ．
焦 炭塔 的工 艺 特点 是 操 作 温度 高 ， 高 可 达 最 到 ４ ５ ， 作 温度变 化频 繁 ， 一个 操作 周 期 都 ９℃ 操 每
４５ ， ９ ℃ 主体 材 质 ２ ｇ 工 作 介 质 为渣 油 、 气 、 ０， 油 水 蒸汽 、 焦炭 。４塔 均于 １ ９ ９ ６年 ４月 制 造 ， 同年 １ １
月使用 。在 ２ ０ ０ ２年 大 修 首 次压 力 容 器 定 期 检 验
过程 中 ， 过 ＭＴ检 测 发现 ４台 焦炭塔 裙 座 角 焊 通
除 ； 研 究 对 其 余 ３台相 同 部 位 进 行 １ ０ ＭＴ 经 ０
检测， 并委 托 施 工 单 位 对 打磨 深 度 超 过 ２ ｍｍ 的 部位 进行 补焊 ， 后检测 合格 。 最
循环 作用 ， 而使 得 塔 底锥 形 封 头 与裙 座 角 焊 缝 从
大部 分开 裂 。 １ ２ 结 构 和 材 质 的 因 素 ．
一
生焦 工作 温度从 ２ ℃ 升 至 ４ ０ Ｏ ９ ℃左 右 ， 后 吹 蒸 然 汽降压 并 用冷水 急冷 除焦 。由于焦炭 塔反 复处 于 骤冷 骤热 ， 承受 高压水 冲击 的状 况 ， 它是炼 油 厂 中 操作 条件 最苛刻 的热 疲劳 压力容 器 之一 。 焦 炭 塔 的 规 格 为 ￣ １ ０ １ ０ ｍｍ ｘ ６ ０ ｍｍ ｘ ３ ５ ０ ２ ｍｍ／ ４ ８ ３ ｍｍ。焦炭塔设 计 压力 ０ ３ ａ 设 计 温 ． ＭＰ ，
炼油装置中焦炭塔工作特点及失效模式
Equipment Manufacturing Technology No.11，2012延迟焦化是渣油经深度热裂化转化为气体和烃、中质馏分油和焦炭的加工过程，是炼油厂提高轻质油产出率和石油焦的重要手段。
其具体过程是：将重油在焦化炉中加热后送到焦炭塔中进行焦化反应，把长链的环烷烃分解为焦炭和轻质油。
焦炭直接作为产品应用于工业领域，轻质油通过加氢精致制成柴油。
焦炭塔是从室温到高温周期性运行的设备。
中国石油化工有限公司沧州分公司焦化车间２台焦炭塔，材质为２０ｇ，高度为３４ｍ，直径６．１ｍ，壁厚２０￣３６ｍｍ，工作介质为渣油、焦炭、油气、水、水蒸气。
运行周期为４８ｈ。
进油是局部塔体温度超过４３５℃，介质温度为４９５℃，从下而上在３９３￣４７５℃之间。
操作压力为０．１９Ｍｐａ。
１焦炭塔工作过程常温下封闭塔顶钻焦口和塔底排焦口，从塔底向塔内送入１３０℃蒸汽，进行密封试压约２．５ｈ。
试压合格后，通入瓦斯气预热筒体约５ｈ，塔壁温度平均每小时７０℃的速度升温。
在预热结束时，塔外壁温度达到３７０℃。
从加热炉出来的４９０￣５００℃的热渣油进入塔内，并在塔内反应结焦。
结焦过程由下向上逐渐发生，进油结焦最高可达塔体高度６５℅。
结焦时一般温度在４３０℃。
当渣油进入塔内时，温度在４９５℃，但渣油进入塔内时迅速扩容，并开始结焦，整个进油生焦过程中塔壁温度达到４５５℃，生焦过程约２４ｈ。
未结焦的油气被吹入塔内的蒸汽带走，吹蒸汽取油气时间为３ｈ。
油气被蒸汽取尽后，常温水从塔底进入焦炭塔冷焦。
冷焦水上升至浸没油焦，并从塔顶管线溢流到隔油池。
当塔顶温度小于８０℃时，停止进水。
给水时间一般为４ｈ。
同时，塔体壁温随冷焦水进入塔内而急速下降。
打开呼吸阀，开放塔底放水阀，将冷焦水排入隔油池。
待污水排净后，打开塔顶钻焦口和塔底排焦口，进行水力除焦。
１４Ｍｐａ的高压水通过钻杆从可以升降的切割器中喷出，将塔内焦炭击穿割成碎块，并和切焦水一起从塔底排焦口流入焦炭池中。
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防止焦炭塔失效的若干措施谭 粤3 陈柏暖(广东省锅炉压力容器监测所)(华南理工大学工控学院) 摘 要 从操作工艺和设备结构设计、材料选用等角度,介绍国内外专家学者从实践经验中总结出的为防止焦炭塔鼓凸变形、焊缝开裂失效一些行之有效的措施。
关键词 焦炭塔 延迟焦化 鼓胀 开裂1 概况 延迟焦化工艺是石油炼厂处理重质油的主要手段。
其作用是将重质油(减压渣油)馏分经裂解、聚合,生成油气、轻质油、中间馏分和焦炭。
重质油先在管式炉中被高流速、高热强度地加热,在短时间内达到焦化反应所需的温度,然后迅速进入焦炭塔。
这种焦化反应不在加热炉中而延迟到焦炭塔中进行,因而称为延迟焦化(Delayed Coking),焦炭塔则是延迟焦化装置中最关键的设备。
延迟焦化工艺在国外已有70多年历史,我国从上世纪60年代开始使用。
据报道[1],1998年初,遍布全球28个国家的延迟焦化装置达133套,我国目前共有24套,共40多座焦炭塔,焦化加工能力仅次于美国,居世界第二位。
焦炭塔的操作分为蒸汽预热、油气预热、倒塔、进油生焦、吹蒸汽、水冷却、排水、除焦等阶段,工艺条件恶劣,除承受013MPa工作压力外,塔体在每一生产周期(一般为48h)要经受从40～500℃之间的反复冷热冲击(见表1),因而塔体发生鼓胀,局部鼓凸变形,焊缝开裂,全塔倾斜、弯曲等是普遍现象[2～7]。
据美国石油学会(API)1996年对54座焦炭塔的调查结果[8]:筒节鼓胀占61%;塔体环焊缝开裂占97%(主要发生在下端盖以上第3、4、5环焊缝上);裙座开裂占78%。
表1焦炭塔生产周期(48h)时间分配及温度分布序号操作阶段操作时间 h塔内温度 ℃1蒸汽预热01251502油气预热93803换塔操作015380～4754进油生焦23154755吹蒸汽315475～3506进水冷却445～707排水3408除焦412540 多年来,国内工程技术人员和学者对焦炭塔的故障也进行了很多有益的研究、测试和分析,探讨故障的原因,提出了一些关于焦炭塔变形的理论,包括热应力棘轮效应、蠕变热疲劳、蠕变变形、局部塑性变形等。
但限于国内高温测试手段和技术的不足,有些研究缺乏高温实测数据,仅依据实验摸拟来进行理论计算分析;有的研究分析尚不够深入,浅尝辄止。
本文综合近年来国外的一些成功的研究成果,介绍其在防止塔体鼓凸变形和开裂的有效措施,供工程技术人员参考。
2 塔体鼓凸变形、开裂的影响因素 焦炭塔的基本结构如图1所示。
如前所述,3谭 粤,男,1970年12月生,工学硕士,工程师。
广州市,510030。
在每一生产周期的不同操作阶段所经历的时间和聚变的冷热载荷是不同的,在同一操作阶段,塔体不同部位所受的热冲击也不一样,因而鼓凸变形也不相同(见图2)。
据报道[5],国内有些焦炭塔运行10年后,直径增大了85mm ,国外一座碳钢塔径向增大了127mm 。
随着操作循环的增加,长期的热冲击又导致塔体材质机械强度下降,塔体环焊缝相继产生裂纹,有的长达2000mm ,有的已贯穿泄漏而报废。
塔体鼓凸变形和焊缝开裂一直为国内外图1 焦炭塔结构图2 焦炭塔变形示意工程技术人员和研究者所关注。
这些问题其成因较复杂,归纳起来,主要与操作工艺及塔体结构设计和选材等有关。
211 操作工艺因素的影响 (1)Ellis 和Harding 经过长期考察[8],发现塔内生焦的横向热膨胀系数(CTE )比塔壁材料大。
因此应缓慢和均匀地冷却焦炭和塔壁,避免塔壁上产生向外的压力。
若塔壁冷却比焦炭快,则塔壁的残余应力可能使塔体胀大。
(2)1998年,Ellis 和Paul 观察到,塔内焦炭除靠塔壁的部分稍有点孔隙外,其余是结实(无孔隙)的。
若水激冷速度过快,水会在焦床的外围向上流动,首先冷却塔壁,其结果是使塔壁轴向温差增大,轴向应力增加。
因而认为水激冷操作阶段容易造成塔体鼓凸。
早在1958年,学者Weil 和Rapasky 在焦炭塔开裂的早期研究中就定量推算出,若轴向温度梯度大于6℃ h ,则塔壁应力就会超过材料屈服强度[8]。
Weil 进而建议要控制水淬时间,提出“单位产量淬冷时间系数(Unit QuenchFactor ——UQF =水淬时间(min )焦炭产量(t ))”作为控制指标,并认为,当UQF >015min t 时,塔体鼓凸可忽略,当UQF >018min t 时,塔体根本不会鼓凸。
(3)前苏联H 1T 1波霍金柯认为,塔体变形和开裂与塔体金属多次频繁的加热冷却形成的塑性疲劳有关。
裂纹产生的主要原因之一是在加热和冷却条件下变形的速度过快,因而通过控制升降温速度可以减缓变形[9]。
或者将生产周期缩短,由48h 制改为24h 制[5]、[10],虽然操作步骤及操作温度不变,但“吹蒸汽”阶段操作时间由315h 缩短为015h 。
这样,在每两个循环中“吹蒸汽”阶段比48h 制可减少热冲击共6h 。
212 结构与材质因素的影响 (1)筒体环焊缝 在焊接构件中,焊缝上容易产生气孔、夹渣、未焊透、热裂纹等缺陷,其本身就是隐患集中的地方。
焦炭塔的恶劣操作条件更容易引发环焊缝开裂和变形。
但由于焊缝材料强度比毗连的母材高,刚度也大,因而鼓胀出现在环焊缝线的上下,使筒节变形成为“糖葫芦”状。
由于变形弯矩的作用,在筒节鼓凸截面上产生附加环向应力和轴向应力,凹陷处的合成应力要比凸出处大。
反之,若焊缝材料强度比母材低,鼓胀则出现在焊缝上或其附近。
这种情况下,鼓凸程度会比远离焊缝处小。
为了避免应力集中和减少附加应力, Boswell建议:焊材与母材的屈服强度差应控制在10%以内,焊缝要圆滑,内外焊缝表面应磨光,筒节之间板厚要尽可能相同,屈服强度的差异也应小于10%。
鉴于塔体环焊缝在操作环境下容易产生裂纹,甚至贯穿导致泄漏失效,并引起塔体“糖葫芦”状鼓胀变形,从减少环焊缝数量考虑,美国芝加哥桥梁与铁件公司(CB&I)开发了一种独特的多瓣式焦炭塔,并申请了专利。
这种形式的焦炭塔以纵焊缝为主,尽量减少环焊缝。
一个直径为8200mm(27ft)、长为27584mm(80ft)的塔体分为八瓣共八条纵焊缝,只有两条环焊缝。
上下端盖的过渡段与筒瓣一起压制成形。
这样底部端盖环焊缝可以避开裙座。
筒瓣可在工厂成形,现场组装。
(2)设计选材 焦炭塔除在冷却循环下工作外,焦化原料又是含硫化氢之类杂质最高的,塔体材质还要遭受硫化氢腐蚀。
我国焦炭塔主体材料早期用碳钢,后来普遍采用锅炉钢板(20g)。
对于碳钢材料,在400℃温度下便发生蠕变,20g材料其使用极限温度为475℃。
而焦炭塔内介质温度高达495～500℃,在这样高的温度下长期运行,20g材质会产生珠光体球墨化和力学性能下降,导致塔体变形,寿命缩短。
据文献[11]对前苏制20K(相当于国产20g)的常温和高温(460℃)性能实测显示,高温下其屈服强度和抗拉强度比常温(20℃)时分别下降49%和3314%。
材质的劣化,更促使热棘轮效应(结构随热载荷而产生的不可逆转的累积变形现象)的产生。
目前,国外多采用不锈钢复合钢板为塔体材料。
基材可为1Cr-1 2Mo(ASTM A213-71Gr1T2)或Cr-1 2Mo(SA-204),覆层材料为405合金(相当于我国0Cr13Al铁素体型不锈钢)或410S(相当于我国0Cr13马氏体型不锈钢),这是以前普遍使用的两种覆层材料,现在推荐使用的是耐热性耐磨性更好的因康625合金(相当于我国钢号NS336,相当牌号为0Cr20Ni65Mo10Nb4),其承载能力比405和410S高得多。
数据表明,在t=482℃时,相同载荷作用及相同覆层厚度下,因康625的应力强度只是405或410S的1 14。
文献[12]认为,焦炭塔的失效主要是由高的热应力引起的低循环热疲劳造成的,基于各筒节热应力幅不相同,鼓胀程度也不一样(见图2),即便是筒节的同一部位,在不同操作阶段其应力幅也不相同,是一种变幅疲劳,其疲劳分析方法应与常规(恒幅)疲劳分析不同。
英国电气研究协会(ERA)技术公司受世界各地许多企业委托,经过10年的高温应变实测分析和研究,建立了一套完整的焦炭塔疲劳寿命的蒙特卡罗(Monte Carlo)概率统计评估方法,可以确定疲劳裂纹从形成到扩展失效的总寿命,并开发出用于指导焦炭塔检测和维修的软件。
该方法符合英国BS5500《非直接火熔焊压力容器》(1994)标准和英国PD6493《结构许用缺陷评定方法指导书》(1997)的要求。
为了提高焦炭塔的疲劳寿命,1994年,美国因科合金(国际)公司(IAI)在因康625合金钢的基础上,又开发一种专门抗低循环热疲劳、耐温达635℃的专利合金钢新品种因康625CLF(UNSNO6626,“CLF”特指“Low Cycle Fatigue”)。
据报道,在690MPa应力强度下,其疲劳寿命比因康625高100倍。
3 结语 本文从操作工艺和设备结构设计及材料选用诸方面介绍焦炭塔塔体变形鼓胀和焊缝开裂的一些原因和对策,具有实用性和可操作性,对延长焦炭塔的使用寿命具有积极意义。
例如,在工艺操作上不可盲目追求产量,以拼产量牺牲设备寿命,若能控制好“单位产量淬冷时间系数(UQF)”,使之大于018,就可以避免塔体鼓凸变形。
在设计上根据国外经验,采用0Cr13或0Cr13Al复合不锈钢板制造塔体,按照国内目前的制造技术和水平是可以做得到的。
参 考 文 献 1 李志强.重油转化——21世纪石油炼制技术的焦点.炼油设计,1999,29(12):8～14 2 胡海龙,陈宝忠,阎慧.焦炭塔失效形式分析.机械强度,1996,13(1):66～68 3 蔡业彬,方子平.焦炭塔故障类型及产生机理与防治措施.压力容器,1998(1):75～80 4 赵艳梅,郑国芬.焦炭塔裙座环缝裂因及安全分析.化工设备与管道,2001,38(6):33～38 5 吕运容.焦炭塔筒体变形及焊缝开裂机理研究.广州:华南理工大学,2001. 6 梁远峰.焦炭塔与裙座连接焊缝裂纹的防治研究.广州:华南理工大学,2001. 7 陈孙艺等.焦炭塔塔壁温度场特性的研究(三)——周向温差对塔体垂直度的影响.压力容器,2001(6):8～11 8 Leslie P Antalffy et al.Innovations in delayed coking coke drum design.PVP.Vol.388.ASME,1999:207～217 9 H T波霍金柯著.石油焦生产.李成林译.北京:中国石化出版社,1992.10 Leberman N P.Time for coking cycle can be routinely halved.Oil&Gas Journal,1983,29(8):3911 赵克勤,胡海龙.焦炭塔热疲劳寿命的估算.石油化工设备技术,1991,12(1):18～2012 Church J M et al.Crack growth modeling and probabilistic life assessment of coke drums operatingunder fatigue conditions.Int J Pressure Vessels andPiping,2001,78:1011～1020(收稿日期:2003208208)热电联产冷却塔设计龚长寿3 潘永亮(四川大学化工学院) 摘 要 根据循环水系统的水温和循环水量,结合厂区气象条件,确定冷却塔需达到的主要技术参数。