炼油装置中焦炭塔工作特点及失效模式
海川化工论坛_延迟焦化装置焦炭塔缺陷检验和分析
延迟焦化装置焦炭塔缺陷检验与分析合肥通用机械研究所压力容器检验站胡明东摘要延迟焦化装置焦炭塔是炼油厂的重要设备之一，由于操作条件苛刻，裙座焊缝开裂、塔体鼓凸变形和塔体环焊缝、堵焦阀接管角焊缝产生裂纹等问题屡屡发生，本文主要结合具体检验实例介绍焦炭塔缺陷检验与分析。
一、概况延迟焦化装置在国外已有70余年的发展历史，我国从上世纪60年代开始投产使用延迟焦化装置，而装置中的焦炭塔是炼油厂重要设备之一，塔顶部为半球形，中间为直筒体、下部为锥体，筒体内径有Φ5400mm、Φ6100mm、Φ7600mm、Φ8400mm，设计压力一般为0.3MPa、0.38MPa，操作压力为0.25MPa、0.27MPa，设计温度为475℃，工作介质为：渣油、焦炭、油气、水蒸气。
我国早期焦炭塔材质一般选用20g（也有用原西德HⅡ材料的），现在国内焦炭塔筒体设计选材有用15CrMoR（上部内衬405）、SB42（上部内衬SUS403）和14Cr1MoR等。
由于生产工艺的要求，焦炭塔的操作条件特别苛刻，一个生产周期需经历48小时的高温与冷却的循环过程并连续运行，已发现诸如塔体鼓凸变形和塔体环缝、堵焦阀接管角焊缝产生裂纹以及裙座角焊缝（裙座与塔体连接的焊缝）开裂等问题，特别是裙座角焊缝开裂问题尤为严重，国内曾发生过塔体与裙座脱开的严重事故，自上世纪80年代中期开始，国内有关使用单位和科研院所及高等学校就焦炭塔的变形、开裂机理和热机械疲劳剩余寿命进行过分析和研究，取得了一定的科研成果，如研究的沿裙座周围纵向开槽，可减少裙座的刚性约束和使约束下移，裙座角焊缝处的应力水平大幅度降低，改善了其受力状态。
从某炼油厂改造前后的焦炭塔检验结果看，裂纹的产生已大大减少，效果非常显著。
二、常见典型缺陷（一）塔体鼓凸变形焦炭塔操作过程中除内压、介质重量、自重等引起的应力外，还有因周期性温度循环所造成的温度梯度引起的热应力，根据我国有关科研院所及高等学校对国内焦炭塔进行的温度场、应变场现场测试结果可知，最大应变在塔体底部筒节，出现在升温结束至恒温开始的一段时间里。
焦碳塔大油气线结焦原因分析及预防措施
焦碳xx油气线结焦原因分析及预防措施重油装置xx我国生产的原油一般偏重，总体上说，目前国产原油中的减压渣油约占，部分新增油田开采的原油中减压渣油组分高达，重油加工是提高炼油厂效益和竞争能力的主要手段。
通过重油改质可以使轻油收率大大增加，而延迟焦化作为加工重油的重要手段，是炼油厂不可缺少的重要组成部分，是炼油厂重油平衡的主要手段，如何保证延迟焦化装置的长周期运行是一个十分重要的课题。
焦化装置长周期运行的主要难题在于主要设备管线的结焦问题。
我装置在2011年9月份发生焦炭塔大油气线隔断阀处结焦关不严的情况，可能造成两塔油气互穿。
而且在04年、09年，我装置各发生过一次分馏塔底严重结焦现象，造成辐射泵抽空，过滤器焦子外溢，被迫停厂抢修。
分馏塔底结焦有大部分原因可能是焦子从大油气线带来，所以我认为主要考虑大油气线部分，焦化装置焦炭塔大油气线结焦主要集中在焦炭塔总管部分(两焦炭塔油气汇合处)及两塔隔断阀处。
本文根据我装置实际操作条件，分析大油气线结焦的原因，就结焦原因提出相应的预防措施。
1、大油气线结焦原因分析1.1大油气线油气温度高我装置焦炭塔顶温度大约在405-418度。
由于在新塔预热时，部分油气进入新塔冷凝为凝缩油使进入分馏塔的油气量减少，分馏塔底和蒸发段温度大幅度降低。
提高大油气线油气温度是一个提高塔底及蒸发段温度的重要调节手段，导致有时焦炭塔大油气线温度高于其中油品的临界分解温度，则就可能会发生结焦（临界分解温度是指油品在开始发生分解和缩合的临界状态下的温度）。
1.2系统压力波动由于我厂低压瓦斯管网复杂，使用低压瓦斯的装置较多，使低压瓦斯压力波动频繁。
我装置产出的低压瓦斯由于管网压力高常有外派不畅造成系统压力（低压瓦斯压力）鳖压的现象，正常系统压力为0.08Mp，但是时有系统压力迅速涨至0.12-0.18Mp的情况，而系统压力上涨带动焦炭塔顶压力上涨，通常为0.20-0.24Mp。
在系统压力下降时，焦炭塔压力同时下降，在压力迅速下降的情况下，焦炭塔内线速升高，会有大量泡沫携带入大油气线。
焦碳塔
uc = 0.048
ρL − ρV ρV
其中 Uc 为塔内气相线速，m/s；
9
4
ρL 为轻相泡沫层密度，kg/m3；
ρV 为气相层密度，kg/m3； 据 资 料 报 导 ， 国 外 在 焦 炭 塔 内 不 注 入 消 泡 剂 时 ， 允 许 气 速 一 般 为 0.11～ 0.17m/s。在使用消泡剂时，正常的设计油气速度应低于 0.12～0.21m/s。根据允许 的油气速度和焦炭塔内的油气流量，结合进料性质和塔顶操作压力即可确定焦炭塔 的直径。 焦 炭 塔 内 的 油 气 体 积 流 量 除 和 渣 油 进 料 量 有 关 外 ，与 原 料 性 质 、操 作 条 件 也 有 密切的关系。在确定焦炭塔的直径以前应首先确定焦炭塔的操作条件和产品分布。 渣 油 是 以 碳 、氢 为 主 要 元 素 的 大 分 子 烃 类 ，通 常 分 为 饱 和 烃 、芳 烃 、胶 质 和 沥 青 质 ， 沥 青 质 含 量 高 的 渣 油 生 焦 率 较 高 ，轻 油 收 率 较 低 。一 般 生 焦 率 的 估 算 可 按 式 ：Wc =1.6K 进行，其中K为渣油的康氏残炭，产品分布一般最终由试验确定。当原料性质确定 后，对生焦率和产品分布影响较大的主要是循环比、反应温度和压力。循环比减少 10％，生焦率一般减少 1％，同时焦化蜡油收率增加，气体、汽油、柴油收率下降。 当 需 要 提 高 装 置 的 液 体 收 率 时 一 般 采 用 降 低 循 环 比（ 0.1 5～ 0 .25 ）或 零 循 环 比 操 作 ； 当需要多产焦化石脑油和柴油时一般采用较大循环比（0.25～0.45）操作；当焦化 蜡 油 无 出 路 或 需 要 最 大 可 能 地 生 产 柴 油 和 乙 烯 原 料 时 一 般 采 用 大 循 环 比 （ 0.4 ～ 1.0）操作。循环比越大，焦炭塔内的油气体积流量越大。提高焦化温度可增产液 体产品收率，但基于焦化反应的特点，反应温度（炉出口温度控制）调整的幅度是 很窄的，温度过高会导致提前结焦，堵塞炉管、转油线，影响开工周期，同时易生 成 硬 质 石 油 焦 ，使 除 焦 困 难 ；温 度 过 低 导 致 热 量 不 足 反 应 深 度 不 够 ，轻 油 收 率 降 低 ， 焦炭挥发增大或产生焦油。一般情况下是根据原料性质确定最佳的操作温度，通常 焦化炉出口温度为 495～505℃，芳烃含量和沥青质含量的比值较大时宜采用较高的 炉出口温度。采用低压操作可改善焦化产品分布，在国内外已普遍认可，国内焦炭 塔塔顶操作压力一般为 0.15～0.20Mpa，国外最低的达到 0.1～0.15Mpa。压力降低 一般能提高蜡油的收率，但是增大了焦炭塔的气体体积流量，势必使焦炭塔的塔径 和油气管线加大，并且压缩机的处理量加大，所以装置的投资增加，因此应综合设
对焦炭塔塔鼓变形失效的机理分析
对焦炭塔塔鼓变形失效的机理分析黄磊;张巨伟;屈晓雪【摘要】焦炭塔是延迟焦化反应的反应釜，是延迟焦化装置的重要组成部分，其长期安全的运行是炼油企业取得高效益的前提和保障。
但由于工作条件的恶劣，焦炭塔普遍存在着塔体变形、裙座及塔体焊接开裂等问题，严重影响着焦炭塔的安全运行。
究其原因目前主要有以下几种情况：高温蠕变的结果；低周热疲劳的结果；高温蠕变与低周热疲劳共同作用的结果冷；急热温差热应力引起的局部塑性变形。
通过对高温蠕变与低周热疲劳的产生条件以及损坏特征的仔细研究，并辅助以各种试验的结果，用排除法确定了焦炭塔的腰鼓变形失效的原因为急冷、急热温差热应力导致的局部塑性变形，并且总结出了其变形失效的规律和防治的具体方法。
【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】3页(P967-969)【关键词】焦炭塔;延迟焦化;腰鼓变形;温差应力【作者】黄磊;张巨伟;屈晓雪【作者单位】辽宁石油化工大学, 辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学, 辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学, 辽宁抚顺 113001【正文语种】中文【中图分类】TE624焦炭塔是延迟焦化装置中的关键设备，一般为板焊结构的薄壁塔式容器，他是一种处于温度和载荷同时做周期性变化的高温设备，当运行若干年后会出现筒体鼓胀变形，目前国内制造的焦炭塔的基本结构为直立圆筒形结构，上端球型封头，下端锥体结构。
直径多为Ф5 400 mm，壁厚t为28 mm，材质为20号锅炉钢，其含碳量为0.2%，即是一种低碳钢。
工作周期为48 h，设计操作温度为475 ℃，工作压力为0.23 MPa 。
设计使用寿命为20 a，而目前国内正在服役的焦炭塔的服役时间基本上都已超过了其设计使用寿命，而且普遍存在一种鼓胀现象。
究其原因主要有以下几点：（1）高温蠕变的结果；（2）低周热疲劳的结果；（3）高温蠕变与低周热疲劳共同作用的结果；（4）急冷、急热温差热应力引起的局部塑性变形［1］。
焦碳塔大油气线结焦原因分析及预防措施
焦碳xx油气线结焦原因分析及预防措施重油装置xx我国生产的原油一般偏重，总体上说，目前国产原油中的减压渣油约占，部分新增油田开采的原油中减压渣油组分高达，重油加工是提高炼油厂效益和竞争能力的主要手段。
通过重油改质可以使轻油收率大大增加，而延迟焦化作为加工重油的重要手段，是炼油厂不可缺少的重要组成部分，是炼油厂重油平衡的主要手段，如何保证延迟焦化装置的长周期运行是一个十分重要的课题。
焦化装置长周期运行的主要难题在于主要设备管线的结焦问题。
我装置在2011年9月份发生焦炭塔大油气线隔断阀处结焦关不严的情况，可能造成两塔油气互穿。
而且在04年、09年，我装置各发生过一次分馏塔底严重结焦现象，造成辐射泵抽空，过滤器焦子外溢，被迫停厂抢修。
分馏塔底结焦有大部分原因可能是焦子从大油气线带来，所以我认为主要考虑大油气线部分，焦化装置焦炭塔大油气线结焦主要集中在焦炭塔总管部分(两焦炭塔油气汇合处)及两塔隔断阀处。
本文根据我装置实际操作条件，分析大油气线结焦的原因，就结焦原因提出相应的预防措施。
1、大油气线结焦原因分析1.1大油气线油气温度高我装置焦炭塔顶温度大约在405-418度。
由于在新塔预热时，部分油气进入新塔冷凝为凝缩油使进入分馏塔的油气量减少，分馏塔底和蒸发段温度大幅度降低。
提高大油气线油气温度是一个提高塔底及蒸发段温度的重要调节手段，导致有时焦炭塔大油气线温度高于其中油品的临界分解温度，则就可能会发生结焦（临界分解温度是指油品在开始发生分解和缩合的临界状态下的温度）。
1.2系统压力波动由于我厂低压瓦斯管网复杂，使用低压瓦斯的装置较多，使低压瓦斯压力波动频繁。
我装置产出的低压瓦斯由于管网压力高常有外派不畅造成系统压力（低压瓦斯压力）鳖压的现象，正常系统压力为0.08Mp，但是时有系统压力迅速涨至0.12-0.18Mp的情况，而系统压力上涨带动焦炭塔顶压力上涨，通常为0.20-0.24Mp。
在系统压力下降时，焦炭塔压力同时下降，在压力迅速下降的情况下，焦炭塔内线速升高，会有大量泡沫携带入大油气线。
灵活焦化工艺特点
灵活焦化工艺特点
灵活焦化工艺特点
①连续操作。
延迟焦化的焦炭塔为周期性间隙操作，需要定期切换，主分馏塔的负荷是周期性波动的。
而流化焦化和灵活焦化反应器为连续运转，操作简单，需要的操作工人少，可长周期运转，最长运转时间为36个月
②灵活性好。
流态化焦化不需要设置原料加热炉，因而没有加热炉结焦问题,对原料的适用性比延迟焦化还强。
在操作方式上，流化焦化可按渣油全循环或一次通过（生产>520℃渣油，或将>520℃渣油中的大部分固体物分离出来并送回反应器）方式均可。
在流程上，流化焦化可与减压蒸馏联合，使焦化蜡油的干点提高至减压塔的切割温度（560℃）。
流化焦化装置的处理量弹性约为60％，足以适应炼油厂任何失常、停工和事故。
③流态化焦化的液体产品收率高于延迟焦化，焦炭收率（按实际生焦量计）低于延迟焦化.
流态化焦化二器热平衡和RFCC一样由烧焦解决.。
灵活焦化由于在装置内已将生成的焦炭转化成低热值瓦斯.因此,实际上没有焦炭生成。
④可靠性高。
焦炭塔钻杆断裂失效分析及防范措施
文章编号
０ ５ —０ ４ ２ １ ） ３ ３ ７ —３ ２ ４ ６ ９ （ ０ ０ ０ ｄ３ ００
钻 杆是 焦炭 塔 除 焦 设备 的重 要 组 件 ， 杆 在 钻 塔 内垂直 竖立 ， 端部 由卷 扬机 构提 动 ， 直伸 入 其 垂 焦炭塔 中以一定 的速 度上 下运 动 ， 同时缓 慢 自转 。 在正 常生产 过程 中 ， 钻杆 管 中 通入 约 ２ ｂＰ ０ ｌａ的 高
缝 与母 材 的熔 合 线 上 ， 即管 头 的 内坡 口上 管 头 在
焊 接前 开有 Ｖ形坡 口， 图 ３中 Ａ处 ） 焊 材 金 属 （ ， 与 内坡 口已经发 生 了剥 离 ， 说 明管 母 材 与 焊 材 这
钻杆 材料 具有 较 高 的强 度 与 硬 度 ， 对 接 两 但 管 的焊缝 区却 是 力 学性 能 的 薄弱 区 ， 强 度 与 硬 其 度 明显低 于管 材 。在 管头 与焊缝 的交界 处存 在硬 度 的陡 降 ， 应该 是在 拉应 力 的作用 下 ， 这 造成 焊缝 区缩 径变形 和焊缝 材料 与母 材 剥离 的直 接原 因 。
料抗 拉强 度值 。按 标 准 进行 换 算 ， 出管材 平 得
均 抗 拉 强 度 为 ９ ３ ａ 焊 缝 区 抗 拉 强 度 为 ７ ＭＰ ；
７ ５Ｍ Ｐａ。 ０
缝 金属 明显 比母 材 金属腐 蚀 严重 。外 壁焊 缝 的断
裂 点产 生在 焊缝 的 中部 ， 内壁 断裂 点 出现 在 焊 而
压 冷 水 ， 通 过 钻 杆 下 端 的 切 焦 器 孔 向 塔 内 焦 炭 并
高速 喷射 ， 出通 道 ， 打 然后再 匀 速伸入 通道 进行 侧 喷， 对焦炭 进行 高压 水切 割 ， 时钻杆 的使 用环 境 此
焦碳塔
太快。
9
2
C 4 和更轻组份
汽油
分
焦
柴油
馏
炭
塔
塔
蜡油ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
重蜡油
原料油
加热炉
图 1 延迟焦化流程
焦 炭 塔 的 工 艺 设 计 主 要 包 括 焦 炭 塔 直 径 的 确 定 、塔 高 的 确 定 、和 相 关 系 统 的 设
计。
焦炭塔的直径和高度
焦 炭 塔 的 直 径 和 高 度 主 要 取 决 于 装 置 的 处 理 量 、原 料 性 质 、操 作 温 度 、操 作 压
9
1
或燃料油。
表1
除焦及其它辅助操作
序 号
操作时间(小时)
24
18
操作条件
介质来源及 去向
操作主要目的
1 切换四通阀 0.5
现场切换，电动或 气动操作
渣油由 A 塔改 去B塔
0.5 2 少量吹蒸汽 1.0
蒸汽：2～5t/h
蒸汽来自管网 油气去分馏塔
汽提焦炭塔内 轻质油，油气 及泡沫层
3 大量吹蒸汽 2.5
随 着 原 料 的 不 断 进 入 ，产 生 的 焦 炭 量 不 断 增 加 ，焦 炭 层 高 度 增 加 ，泡 沫 层 也 随 之连续升高。塔内反应示意见图 2。
图 2 焦炭塔内生焦示意图 由 于 泡 沫 层 为 反 应 区 ，一 般 不 希 望 正 在 反 应 的 泡 沫 被 油 气 夹 带 到 焦 炭 塔 顶 口 的 大油气管线和分馏塔，导致管线结焦和分馏塔内结焦而影响产品质量。焦炭塔内油 气的允许气速可用下式计算：
焦 炭 塔 一 般 是 两 台 一 组 ， 每 套 延 迟 焦 化 装 置 中 有 的 是 一 组 （ 两 台 ）， 有 的 是 两 组（ 四 台 ）焦 炭 塔 。在 每 组 塔 中 ，一 台 塔 在 反 应 生 焦 时 ，另 一 台 塔 则 处 于 除 焦 阶 段 。 即当一台塔内焦炭积聚到一定高度时进行切换，切换后先通入少量蒸汽把轻质烃类 汽提去分馏塔，再大量通入蒸汽，汽提重质烃类去放空冷却塔，回收重油和水。待 含在焦炭内的大量油被吹出后再通入冷却水使焦炭冷却到 80℃左右，然后除焦。除 焦完成后再把另一个塔的油气预热到 400℃左右，然后切换进料。每台塔的切换使 用周期一般为 48 小时，其中生焦 24 小时，除焦及其它辅助操作 24 小时（见表 7 －1）。除焦采用高压水，高压水压力达 14.8～35MPa。压力值取决于塔径的大小。 随着技术的进步，目前每台塔的切换周期已缩短，一般 30～36 小时，除下的焦炭 落入焦池，同时用桥式起重抓斗经皮带输送到别处存放或装车外运。装置所产的气 体 和 汽 油 ，分 别 用 气 体 压 缩 机 和 泵 送 入 稳 定 吸 收 系 统 进 行 分 离 ，得 到 干 气 及 液 化 气 ， 并使汽油的蒸汽压合格。柴油需要加氢精制，蜡油可作为催化裂化及加氢裂化原料
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
水力除焦时间设计为３．５ｈ。
焦炭塔在４８ｈ完成一个工作周期后，紧接着开始下一个周期。
在一般情况下，两个焦炭塔切换操作。
焦炭塔工作期间温度从４０￣５００℃，尤其是在进料时，５００℃的热渣油很快进入２５０℃的焦炭塔，塔内外形成很大的温差应力。
２焦炭塔失效模式及原因
焦炭塔工作中承受的温差应力，是造成焦炭塔失效的主要原因。
其具体表现形式是：塔体鼓凸，倾斜，焊缝开裂。
尤其是裙座焊缝、堵焦阀周围经常开裂。
渣油中在硫高温时对塔壁产生腐蚀，在冷却和切焦时和冷焦水反应生成硫化氢，在常温或焦炭塔停工时，对焦炭塔产生应力腐蚀。
２．１开裂
焦炭塔局部开裂是主要失效形式。
我们在中国石油化工有限公司沧州分公司两台焦炭塔的检验过程中发现多处裙座裂纹、塔体内表面裂纹。
（１）焦炭塔裙座开裂。
其主要原因是：在工作过程中，温差应力造成了裙座焊缝的疲劳开裂现象，一般是从角焊缝根部开裂逐渐向外扩展，最后贯穿。
为
浅谈炼油装置中焦炭塔工作特点及失效模式
周迎义
（沧州市特种设备监督检验所，河北沧州０６１００１）
摘要：焦炭塔使用过程中，从室温到高温周期性运行，承受循环载荷，温差应力。
常见失效模式主要有：焦炭塔裙座焊缝开裂、堵焦阀焊缝及周围开裂、焦炭塔塔体焊缝内表面开裂；塔体鼓凸、偏斜；塔体材料内部组织出现球化、石墨化现象；
下塔盖变形发生泄漏等。
关键词：焦炭塔；失效模式；原因
中图分类号：ＴＥ９６２文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１２）１１－０１８８－０２收稿日期：２０１２－０８－０４
作者简介：周迎义（１９６６—），男，河北沧州人，高级工程师，研究方向：锅炉、压力容器、压力管道检验。
188
《装备制造技术》２０１２年第１１期
ＯｎｔｈｅＯｉｌＲｅｆｉｎｉｎｇＵｎｉｔｔｈｅＣｏｋｅＴｏｗｅｒＷｏｒｋＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄＦａｉｌｕｒｅＭｏｄｅｓ
ＺＨＯＵＹｉｎｇ－ｙｉ
（ＣａｎｇｚｈｏｕＣｉｔｙＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎａｎｄＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣａｎｇｚｈｏｕＨｅｂｅｉ０６１００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｕｓｉｎｇｃｏｋｅｄｒｕｍｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙｆｒｏｍｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｃｙｃｌｉｃｌｏａｄｉｎｇ，ｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓ．Ｃｏｍｍｏｎｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅ：ｃｏｋｅｄｒｕｍｓｋｉｒｔｗｅｌｄｃｒａｃｋｉｎｇ，ｂｌｏｃｋｉｎｇｆｏｃａｌｖａｌｖｅｗｅｌｄａｒｏｕｎｄｃｒａｃｋｉｎｇ，ｃｏｋｅＴａｔａｗｅｌｄｓｕｒｆａｃｅｃｒａｃｋｉｎｇ；ｔｈｅｔｏｗｅｒｂｏｄｙｅｍｂｏｓｓｓｋｅｗ；ｔｈｅｔｏｗｅｒｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｅｒｎａｌｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｓｐｈｅｒｏｉｄｉｚａｔｉｏｎｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ；ｔｈｅｎｅｘｔｔｏｗｅｒｃｏｖｅｒｄｅｆｏｒｍｅｄｌｅａｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｋｅｔｏｗｅｒ；ｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅ；ｒｅａｓｏｎ
避免这种情况的持续发生，建议把塔体和裙座的连接形式进行改造，采用“倒Ｙ型”塔裙连体锻件拼焊
结构。
在改用这种结构后，能消除塔裙连接焊缝，避免焊接产生的不连续结构及焊接应力，降低应力集中。
经过有关单位进行疲劳对比测试，这种结构的抗疲劳寿命比传统的裙座与筒体对接结构提高一倍。
国内部分厂家已进行过这种改造。
（２）堵焦阀焊缝及周围开裂。
其开裂原因和裙座开裂相同，只是部位不同。
（３）焦炭塔塔体焊缝内表面开裂。
其原因是：内部的缺陷扩展和冷却停工时的应力腐蚀造成的，焦炭塔塔体焊缝内表面开裂部分一般在塔体上部。
其主要原因是：塔内的结焦层对焦炭塔塔体起到了很好的保护作用，这层结焦在高温时，保护塔体不受高温硫的腐蚀；在低温时，不受湿硫化氢的腐蚀。
沧州分公司焦炭塔在检验过程中，也在塔体上部焊缝内表面发现裂纹。
２．２鼓凸和偏斜
使用多年的焦炭塔都有鼓凸和偏斜现象。
长期操作的焦炭塔经反复冷却、反复加热、载荷反复变化，最终导致焦炭塔环向鼓凸破裂。
鼓凸和偏斜通常发生在焦炭塔堵焦阀所在的筒体、焦炭塔中部筒体、塔顶上封头环焊缝等部位。
这些部位经过一段时间的运行后，塔体直径变大，塔体局部鼓凸。
这是由于塔体承受交变温差应力，使塔体产生单向塑性变形累积的热棘轮效应造成的。
这是造成交化塔失效报废的主要原因。
２．３材质劣化
焦炭塔长期使用在４００￣４７５℃的高温环境下，
２０ｇ材料的使用性能随着温度的升高，其力学性能将会下降，特别是其高温强度下降明显。
当焦炭塔长期处于４７０℃的高温时，由于塔体长期承受高温和应力的作用，使得材料内部组织会发生明显的变化，出现球化、石墨化倾向，降低了材料本身的强度和疲劳寿命。
正因如此，国内部分厂家对焦炭塔进行了改造，将锥形下封头改为１５ＣｒＭｏＲ，将塔体上部泡沫段改为１５ＣｒＭｏＲ＋１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ对材料进行了变更，改为耐热钢。
２．４焦炭塔下塔盖变形
在每一次工作循环过程中，焦炭塔下塔盖都要打开除焦，在除焦后再封闭，预热后，热渣油通过下塔盖进料管进入焦炭塔。
在高温和频繁的操作过程中，下塔盖极易发生变形，导致密封不严，工作过程中发生泄漏，甚至引起火灾事故。
３结束语
综上所述：焦炭塔使用过程中，从室温到高温周
期性运行，会承受循环载荷，温差应力。
常见的失效模式主要有：焦炭塔裙座焊缝开裂，堵焦阀焊缝及周围开裂，焦炭塔塔体焊缝内表面开裂；塔体鼓凸、偏斜；塔体材料内部组织出现球化、石墨化现象；下塔盖变形。
以上这些失效模式最终导致密封不严，发生泄漏，甚至引起火灾事故。
参考文献：
［１］强天棚．压力容器检验［Ｍ］．北京：新华出版社，２００８．
189。