在用焦炭塔表面裂紋分析

馬英楓（九江石化壓力容器檢測站，江西　　九江　　332004）

在用焦炭塔表面裂紋分析

馬英楓
（九江石化壓力容器檢測站，江西九江332004）

摘要：焦炭塔周期性熱脹冷縮的疲勞過程及苛刻的工況使其運行過程中容易產生表面裂紋。針對檢測發現的大量表面裂紋，根據工藝、介質和設備材質分析裂紋產生的原因，對以后焦炭塔操作提出建議。

關鍵詞：焦炭塔；表面裂紋；檢測概況

1　檢測概況

焦炭塔是延遲焦化裝置核心設備，其結構比較簡單，但操作工藝復雜，工況惡劣，特點是從常溫到490℃高溫循環變化，生產過程中容易產生裂紋等危害性缺陷。某石化廠延遲焦化裝置兩臺焦炭塔在2014年進行定期檢驗，對泡沫段以上的復合段（14Cr1MoR+410S）著色檢測（圖2），B7為復合段開始的第一道環焊縫。檢測發現大量的表面裂紋，主要集中在B7-B11焊縫，呈整圈斷續分布（圖3、圖4），最多的C101-2的B7焊縫，發現35處約700條，單條最長130mm（表1）。這兩臺焦炭塔曾經分別于2007年、2011年進行定期檢驗，2007年著色檢測發現復合段環焊縫表面裂紋61條，2011年發現17條，均通過打磨予以消除。

圖1　工藝流程簡圖

圖2　著色檢測示意圖

圖3　裂紋照片

圖4　裂紋照片

2　裂紋原因分析

焦炭塔原料為經過一次加工后，硫、氯含量更高的減壓渣油。其操作溫度從常溫到490℃循環變化，熱疲勞損傷和腐蝕都有可能導致表面裂紋產生。

2.1熱疲勞損傷。焦炭塔長期在460℃～490℃溫度區間工作。含Cr量超過12%的鐵素體不銹鋼在340℃～540℃溫度區間，經過一定時間后，硬度增加韌性下降，尤其在470℃最為嚴重，稱為475℃脆性。另一方面，焦炭塔的操作過程是周期性熱脹冷縮的疲勞過程，其內壁對接環焊縫及焊縫熱影響區在快速的升溫、降溫過程中反復承受熱交變應力作用，同時長期承受低循環疲勞引起筒體部分產生塑性變形，在環焊縫幾何形狀不連續處形成應力集中。2012年后，該裝置采取縮短生焦周期（18h～20h）的方式提高加工能力。從表2可以看出，縮短升焦周期主要是縮短升溫、降溫階段時間，導致溫度變化更加劇烈。熱疲勞與塑性降低導致極易產生裂紋。

2.2應力腐蝕。該廠2013年、2014年連續兩年摻煉高含有機氯原油，氯離子含量有時達到200mg/L以上，使作為焦炭塔原料的減壓渣油中氯離子含量大幅升高。當氯離子含量較高以后，不銹鋼不耐氯離子的點腐蝕和縫隙腐蝕。氯離子對不銹鋼，特別是奧氏體不銹鋼的腐蝕一般表現為應力腐蝕開裂的特征，而且多數從焊縫的熱影響區等應力集中的區域開始。該廠焦炭塔所襯的410S屬于鐵素體不銹鋼，其耐點腐蝕性能是不銹鋼中最低的一種，但有很好的耐應力腐蝕性能，即使發生點腐蝕，甚至穿孔，也不容易如奧氏體不銹鋼一樣，出現應力腐蝕裂紋。

表1　裂紋分布情況

表2　不同生焦周期各段時間對比

結論

該公司焦炭塔檢驗中發現的大量表面裂紋，其產生原因是熱疲勞損傷。由于焦炭塔長期處于490℃高溫，不銹鋼復合層硬度增加韌性下降，同時，生焦周期縮短增加了疲勞次數，加速了裂紋的產生。對比2007年、2011年、2014年三次表面檢測結果，也從側面證實熱疲勞損傷是復合段表面裂紋產生的主要原因。因此，建議在生產操作上恢復24h生焦周期，延長升、降溫時間，減少熱疲勞次數，減緩裂紋產生的速度和數量。

參考文獻

[1]崔忠圻．金屬學與熱處理[M]．北京：機械工業出版社，2000：376-377．

中圖分類號：TQ053

文獻標識碼：A