焦炭塔的易出缺陷及其檢驗

摘 要：焦炭塔是煉油廠提高輕質(zhì)油采收率和生產(chǎn)石油焦的核心設(shè)備之一，由于其工作條件，在焦炭塔中容易出現(xiàn)開裂、鼓凸和偏斜、材料變異、下塔蓋的變形等缺陷，因此在焦炭塔的檢驗過程中，對焦炭塔的宏觀檢驗、無損檢測、硬度測定和金相檢驗等。

關(guān)鍵詞：焦炭塔 角焊縫裂紋 檢驗

中圖分類號：TQ3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0091-02

焦炭塔是延遲焦化裝置中的核心設(shè)備之一，延遲焦化是將渣油經(jīng)深度熱裂化轉(zhuǎn)化為氣體和烴、中質(zhì)餾分油及焦炭的加工過程，是煉油廠提煉高輕質(zhì)油采收率和生產(chǎn)石油焦的主要手段。其工藝將重油在焦化加熱爐中加熱后送入焦炭塔中進(jìn)行焦化反應(yīng)，把長鏈烴的環(huán)烷烴裂化分解成焦炭和輕油的過程，產(chǎn)品中的焦炭可以直接作為商品應(yīng)用于冶金、造紙、國放等工業(yè)領(lǐng)域，而產(chǎn)品中的輕質(zhì)油經(jīng)過氫精制后，柴油質(zhì)量可以達(dá)到要求。焦炭塔是延遲焦化裝置中的核心設(shè)備之一。圖1為焦炭塔的結(jié)構(gòu)示意圖。

1 焦炭塔的易出缺陷

1.1 焦炭塔的工作條件

焦炭塔是一種從室溫到高溫周期性運(yùn)行的塔器，鍋內(nèi)焦炭塔常用的材質(zhì)是20g（或20R），筒體高度約在26～30mm左右，直徑約在5～7mm之間，壁厚20～36mm，工作介質(zhì)為渣油（含S）、焦炭、油氣、水和水蒸汽。我國的焦炭塔的一般運(yùn)行周期為48～24h。進(jìn)油時塔體局部最高壁溫超過475℃，介質(zhì)的溫度為495℃，由下至上在393～475℃之間。

焦炭塔在運(yùn)行完48h一個周期，緊接著開始下一個周期。通常是每兩個塔之間進(jìn)行切換操作，當(dāng)一個塔處于進(jìn)油生焦過程中，另一個塔正處于水力除焦階段，其最低溫度只有40℃，最高溫度可接近500℃，當(dāng)進(jìn)料時，500℃的油渣很快進(jìn)入預(yù)熱至250℃的焦炭塔，這時在焦炭塔內(nèi)外形成極高的溫差，溫差應(yīng)力足以使焦炭塔產(chǎn)生局部屈服。焦炭塔在工作中承受的溫差疲勞應(yīng)力，是造成焦炭塔失效的主要原因。其主要失效方式為熱機(jī)疲勞和蠕變，具體表現(xiàn)為塔體鼓凸、傾斜和焊縫開裂，造成焦炭塔的破壞。其在裙座焊縫和堵焦閥周圍容易發(fā)生開裂。除了疲勞破壞外，渣油中的硫在焦炭塔中反應(yīng)生成硫化氫，在常溫或焦炭塔停工是對焦炭塔產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

1.2 焦炭塔容易出現(xiàn)的缺陷

由于焦炭塔有以上的工作條件，以及焦炭塔本身的特性，焦炭塔容易出現(xiàn)以下幾種缺陷。

（1）開裂。

①焦炭塔的裙座開裂。使用超過10年的焦炭塔在定期檢驗中幾乎無一例外地發(fā)現(xiàn)焦炭塔裙座角焊縫大量開裂。這是因為在焦炭塔工作過程中，溫差應(yīng)力造成的疲勞開裂。從對開裂焊縫的研究分析中發(fā)現(xiàn)，裙座焊縫開裂是從角焊縫的根部起裂的裂紋在焊縫中向外逐漸擴(kuò)展，最后貫穿焊縫，發(fā)生過裙座開裂的焦炭塔，在隨后的定期檢驗中幾乎每次都能發(fā)現(xiàn)新的開裂，就是因為只處理了被貫穿的焊縫，對已經(jīng)開裂的還未貫穿的焊縫未做處理的緣故。

②堵焦閥焊縫及其周圍的開裂。其開裂原因與裙座焊縫的開裂原因相同，只是部位不同而已，其開裂情況也與裙座開裂的情況相似。

③焦炭塔塔體焊縫的開裂。理論上焦炭塔塔體焊縫的開裂主要是焊縫內(nèi)部缺陷擴(kuò)展和冷卻停工時的應(yīng)力腐蝕造成的。實際檢驗中發(fā)現(xiàn)，其開裂部位主要發(fā)生在上部。內(nèi)襯不銹鋼襯里的焦炭塔，襯里的作用主要是抗高溫硫腐蝕，在檢驗中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)其焊縫和熱影響區(qū)的開裂。

圖2為檢驗出現(xiàn)的裂紋，圖3為打磨1mm后的裂紋。

（2）鼓凸與偏斜。

使用多年的焦炭塔都有不同程度的鼓凸或偏斜發(fā)生，其原因主要是由于長期操作的焦炭塔經(jīng)反復(fù)冷卻、反復(fù)加熱及載荷反復(fù)變化而產(chǎn)生變形，導(dǎo)致塔體的環(huán)向鼓凸和破裂。

焦炭塔的鼓凸損傷通常發(fā)生在焦炭塔堵焦閥所在的筒體、焦炭塔中部筒體、塔頂上封頭環(huán)焊縫等部位，這些部位經(jīng)過一段時間的運(yùn)行后，他直徑變大，造成塔體局部鼓凸。由于焦炭塔的鼓凸與偏斜在測量時缺乏基準(zhǔn)，目前又無統(tǒng)一的測量標(biāo)準(zhǔn)，因此很難通過測量結(jié)果判斷焦炭塔在工作中產(chǎn)生的鼓凸與偏斜到底有多大，這是焦炭塔檢驗中的難點(diǎn)之一。

（3）材料變異。

焦炭塔長期使用在400～475℃的高溫環(huán)境下，早期的焦炭塔制造材料主要為20G、20R材料，這種材料的使用性能隨著溫度的升高，其力學(xué)性能將會下降，特別是其高溫強(qiáng)度下降明顯。當(dāng)焦炭塔長期處于高溫環(huán)境下，塔體長期承受高溫和應(yīng)力的作用，其內(nèi)部組織會發(fā)生明顯的變化，出現(xiàn)球化、石墨化傾向，也降低了材料本身的強(qiáng)度和疲勞壽命，因此高溫操作條件下焦炭塔筒體材料損傷和變異問題在焦炭塔檢驗中是值得注意的一個問題。

（4）焦炭塔下塔蓋的變形。

焦炭塔的下塔蓋是焦炭塔的重要部件，在每一次循環(huán)中，下塔蓋都要打開除焦，除焦后再將下塔蓋安裝、堅固，塔經(jīng)過預(yù)熱后熱油渣通過下塔蓋中心的進(jìn)料管進(jìn)入焦炭塔。在高溫和頻繁的操作過程中，下塔蓋極易發(fā)生變形，導(dǎo)致密封不嚴(yán)，如工作中下塔蓋發(fā)生泄漏，將造成極其嚴(yán)重的后果。

2 焦炭塔的檢驗

2.1 焦炭塔的宏觀檢驗

根據(jù)焦炭塔的失效報廢的主要原因，我們在檢驗工作中有以下幾個檢驗重點(diǎn)。

（1）檢查焦炭塔所有的接管角焊縫，尤其是堵焦閥的接管角焊縫。檢驗有無明顯的變形和開裂。

（2）檢驗焦炭塔裙座角焊縫有無開裂，除檢查裙座角焊縫外部之外，還應(yīng)用內(nèi)窺鏡檢查裙座角焊縫的根部。

（3）用目測和鋼板尺結(jié)合，檢查焦炭塔是否發(fā)生鼓凸變形，檢查重點(diǎn)是焦炭塔的裙座以上部位。如發(fā)生鼓凸變形，應(yīng)對鼓凸變形量進(jìn)行測量，并根據(jù)檢測量結(jié)果對焦炭塔進(jìn)行強(qiáng)度校核。

（4）檢查保溫系統(tǒng)對于焦炭塔來說是非常重要的，如果保溫有損壞，或安裝質(zhì)量有問題，極有可能使焦炭塔產(chǎn)生溫差應(yīng)力。

2.2 焦炭塔的無損檢測

除了宏觀檢驗的所有內(nèi)容外還應(yīng)包括以下幾個方面。

（1）焦炭塔的上部在運(yùn)行中有發(fā)生高溫硫腐蝕的可能性，因此應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行超聲波測厚。

（2）焦炭塔無損檢測的重點(diǎn)無疑是裙座角焊縫及堵焦閥與筒體鏈接的接管角焊縫的表明無損檢測；焦炭塔內(nèi)壁上部的焊縫和熱影響區(qū)也有有可能因應(yīng)力腐蝕等原因出現(xiàn)裂紋，也應(yīng)全面進(jìn)行表明無損檢測。

2.3 焦炭塔的硬度測定和金相檢驗

（1）焦炭塔的硬度測定。

焦炭塔在長期運(yùn)行過程中，由于球化等材料變異，會導(dǎo)致材料的性能下降，反應(yīng)在硬度測定結(jié)果中，就是硬度值降低。焦炭塔的裙座以下部位是材料最易球化的部位，應(yīng)特別注意。如果在檢驗中發(fā)現(xiàn)硬度異常，則必須進(jìn)行金相檢驗。

（2）焦炭塔的金相檢驗。

焦炭塔在使用中材料會發(fā)生球化等變異，焦炭塔的金相檢驗是檢查并判斷其材質(zhì)是否正常，在使用中有無變異發(fā)生，以及變異程度的直接手段。

參考文獻(xiàn)

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