焦炭塔檢驗(yàn)及缺陷分析

程紹平，焦 政，劉秀生

(1.合肥通用機(jī)械研究院，安徽，合肥 230031;2.安徽氯堿化工集團(tuán)，安徽 合肥 230011)

延遲焦化是以渣油和類似渣油的各種重質(zhì)油、污油及原油為原料，通過加熱爐快速加熱到一定的溫度后進(jìn)入焦炭塔，在塔內(nèi)適宜的溫度、壓力條件下發(fā)生裂解、縮合反應(yīng)，生成氣體、汽油、柴油、蠟油、循環(huán)油組分和焦炭的工藝過程，而焦炭塔則是焦化裝置的主要設(shè)備之一。早期大部分焦炭塔的材質(zhì)基本上為20G，再加上惡劣操作環(huán)境和設(shè)計(jì)上的原因，導(dǎo)致了焦炭塔在使用過程中容易產(chǎn)生多種缺陷。

1 概況

某公司焦炭塔(塔-1/3、塔-1/4)技術(shù)參數(shù)如下:

設(shè)計(jì)壓力:0.41 MPa;設(shè)計(jì)溫度:475 ℃;容器規(guī)格:φ5 400 mm×16 mm×28 980 mm;主體材質(zhì):20 G;主體厚度:封頭26 mm/30 mm 筒體26 mm/28 mm;工作介質(zhì):焦炭、油氣;操作壓力:不超過0.23 MPa;操作溫度:上段/下段不超過415 ℃/不超過495 ℃。

該兩臺設(shè)備均在1996 年5 月投入使用，在2003 年6 月、2006 年1 月和2008 年4 月分別進(jìn)行檢驗(yàn)，主要問題是上球封和塔體上段減薄。

2 焦炭塔檢驗(yàn)

根據(jù)焦炭塔(塔-1/3、塔-1/4)的工作特點(diǎn)和使用狀況(其長期在高溫、生焦、除焦的冷熱疲勞作用下運(yùn)行，受高溫蠕變、低周熱疲勞、急冷急熱溫差熱應(yīng)力等影響)，檢驗(yàn)方案的內(nèi)容應(yīng)包括:宏觀檢驗(yàn);壁厚測定;無損檢測(表面磁粉，超聲抽查);金相檢驗(yàn)及硬度測試等。

2.1 宏觀檢查

(1)內(nèi)外觀檢查:裙座與下錐封焊縫發(fā)現(xiàn)多處裂紋;32 個裙座柔性槽上部全部開裂;上球封與支座墊板焊縫發(fā)現(xiàn)多處開裂。

(2)結(jié)構(gòu)檢查:未見異常。

(3)幾何尺寸:合格。

2.2 壁厚測定

上球封、上筒節(jié)與支座墊板兩側(cè)焊縫位置腐蝕嚴(yán)重，詳見表1。

表1 塔-1/3 壁厚測定結(jié)果

表2 塔-1/4 壁厚測定結(jié)果

圖1 塔-1/3 上球封與上筒節(jié)密集測厚位置及壁厚減薄情況

圖2 塔-1/4 上球封與上筒節(jié)密集測厚位置

2.3 無損檢測

2.3.1 表面磁粉檢測

(1)塔-1/3 裙座與下錐封焊縫經(jīng)磁粉檢測發(fā)現(xiàn)了長度為30～1 000 mm 的裂紋22 處。

(2)塔-1/3 的32 個裙座柔性槽上部全部開裂。

(3)塔-1/3 上球封與支座墊板焊縫發(fā)現(xiàn)4 處開裂。檢測結(jié)果見表3、裂紋位置見圖3。

表3 塔-1/3 上球封支座墊板磁粉檢測結(jié)果

圖3 塔-1/3 上球封與支座墊板焊縫磁粉檢測附圖

(4)塔-1/4 裙座與下錐封焊縫經(jīng)磁粉檢測發(fā)現(xiàn)了長度為100～1 000 mm 的裂紋24 處。

(5)塔-1/4 的32 個裙座柔性槽上部全部開裂。

(6)塔-1/4 上球封與支座墊板焊縫發(fā)現(xiàn)6 處開裂。檢測結(jié)果見表4、裂紋位置見圖4。

表4 塔-1/4 上球封支座墊板磁粉檢測結(jié)果

圖4 塔-1/4 上球封與支座墊板焊縫磁粉檢測

2.3.2 超聲檢測

未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。

2.4 金相分析及硬度測試

上述裂紋部位及減薄部位進(jìn)行金相分析及硬度測試未見異常。

3 缺陷分析及處理

3.1 減薄部位分布

上球封減薄與筒節(jié)減薄部位分布見圖5 和圖6。

圖5 焦炭塔上球封與上筒節(jié)減薄部位剖面俯視分布

圖6 焦炭塔上球封與上筒節(jié)減薄部位剖面立視分布

3.2 減薄原因分析

減薄原因一:使用單位認(rèn)為在操作時焦炭塔上段溫度為415 ℃，在此溫度下容器器壁強(qiáng)度有所下降，從而在上平臺和構(gòu)件自重的作用下發(fā)生局部變形，局部變形部位經(jīng)氣流沖刷造成器壁減薄;

減薄原因二:由于墊板、支腿和上平臺為一體，無法對墊板下部進(jìn)行有效保溫，因此該部位的散熱會較快，導(dǎo)致溫度較低、結(jié)焦不夠致密，使H2S 較容易通過產(chǎn)生高溫硫腐蝕，造成器壁減薄;

為了進(jìn)一步搞清減薄原因，又對該裝置另外兩臺焦炭塔(塔-1/1、塔-1/2)相應(yīng)減薄部位進(jìn)行外壁測厚，壁厚減薄分布見圖7 和圖8。

圖7 塔-1/1 上球封減薄部位分布

圖8 塔-1/2 上球封減薄部位分布

從圖7 和圖8 的測厚結(jié)果可以得出如下結(jié)論:越靠近平臺支腿側(cè)的壁厚減薄越嚴(yán)重。這主要是越靠近焊縫熱傳導(dǎo)越快，熱量損失越大，墊板溫度相對較低，較容易產(chǎn)生高溫硫腐蝕，這與減薄原因二的觀點(diǎn)基本吻合。

3.3 缺陷處理

(1)對上述裂紋進(jìn)行打磨消除，消除裂紋的打磨深度在2 mm 以內(nèi)時，應(yīng)做圓滑過渡處理，不進(jìn)行補(bǔ)焊;若消除裂紋的打磨深度超過2 mm，應(yīng)通過有資質(zhì)的返修單位進(jìn)行打磨消除裂紋，再進(jìn)行補(bǔ)焊。

(2)對減薄部位由原設(shè)計(jì)單位重新計(jì)算，外加貼板整固補(bǔ)強(qiáng)。按照以上方案對兩臺焦炭塔進(jìn)行返修，返修后投入生產(chǎn)，已有兩年左右時間未出現(xiàn)任何問題。保證了裝置在維持焦炭塔現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和材質(zhì)不變的情況下正常生產(chǎn)。

4 結(jié)語

根據(jù)TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》、結(jié)合焦炭塔工作運(yùn)行特點(diǎn)和焦炭塔的損傷機(jī)理，主要闡述了編制正確、合理的檢驗(yàn)方案，抓住重點(diǎn)檢驗(yàn)部位和檢測項(xiàng)目，提高檢驗(yàn)質(zhì)量，確保設(shè)備安全運(yùn)行的重要性。對焦炭塔易于減薄部位及其原因進(jìn)行了分析，并介紹了缺陷部位的返修方法，為提高焦炭塔的檢測質(zhì)量提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

［1］張印國，陳洪濤.焦炭塔腐蝕與防護(hù)［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2009，26(增刊1):87-89.

［2］彭蕾.焦炭塔裙座角焊縫開裂失效分析與處理［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2007，28(5):54-55.

［3］趙艷梅，鄭國芬.焦炭塔環(huán)焊縫裂因及安全分析［J］.化工設(shè)備與管道，2001，38(6):34-35.