大型焦炭塔几个设计问题的探讨1.docVIP

第二届延迟焦化年会论文 大型焦炭塔几个设计问题的探讨 中国石化工程建设公司 顾一天 贾桂茹 李出和 2002年10月 大型焦炭塔几个设计问题的探讨 延迟焦化工艺是加工渣油的重要手段，目前越来越受到人们的关注。采用先进技术改进焦炭塔设计，提高焦炭塔操作的稳定性，延长焦炭塔的寿命是当务之急。美国石油学会1996年至1998年对焦炭塔作了第三次调查（以下简称API调查），收到了54份报告，调查了17家公司的145台焦炭塔。我国1995年曾对国内十家炼油厂的延迟焦化装置作了调查。最近我公司也对国内部分炼厂的焦炭塔作了调查。本文就其中的一些共性问题再结合美国焦炭塔网站的有关资料进行讨论。 1、关于操作循环周期 2、关于塔体材料的选择 3、关于复层材料的选择 4、关于复层焊接材料的选择 5、关于裙座的结构型式 6、焦炭塔要不要膨胀缝 7、关于焦炭塔最大直径 8、关于焦炭塔的保温 9、关于减缓对焦炭塔热冲击的措施 1、关于操作循环周期 目前国内设计的焦炭塔操作循环周期大都是48小时，生焦时间为24小时。为了提高处理能力和节省投资，国外缩短了生焦时间，通常为10～24小时，平均生焦时间为15～16小时。根据API调查的54份报告，其中有15份生焦周期为16小时，有11份报告生焦时间为18小时（见图1）。 目前生焦周期时间 （小时） 图1 生焦周期时间 目前的焦炭塔设计，提高了材质等级，改进了设计结构，采取了一系列抗疲劳措施，疲劳寿命大大提高了，完全有能力适应缩短生焦周期的工况。例如，裙座与塔体是最容易出现失效的部位。据计算，早期设计的焦炭塔的搭接结构疲劳寿命为478次，对接结构为598次，而改进的堆焊结构可达5503次，锻焊结构疲劳寿命更长，达到14508次。 另外，随着装置大型化，焦炭塔的直径需要增大，但因为受除焦机械能力所限，塔直径不能无限增大，目前美国在役焦炭塔最大直径为28～29英尺。提高单塔处理能力，通常采用缩短循环周期的办法来实现。 据资料介绍，鲁姆斯(Lummus)规定的切换周期时间为36小时，时间分配如下： 生焦 18.0小时 切换塔 0.5小时 小吹气 0.5小时 大吹气 1.5小时 小给水 1.0小时 大给水 3.5小时 排水 2.0小时 顶底头盖拆卸 0.5小时 水力除焦 3.5小时 装头盖/压力试验 1.0小时 塔预热升温 4.0小时 闲 置 0.5小时 总计36.5小时 尽管缩短循环周期会给目前的操作习惯造成冲击。但不可否认，这是生产发展的必然趋势。 2、关于塔体材料的选择 过去我国的焦炭塔材质都采用碳钢，大多数是20g。随着技术进步及延迟焦化装置大型化的需要，焦炭塔大型化是必然趋势。从2000年我国第一个Cr-Mo钢塔问世以来，Cr-Mo钢塔不断出现，到目前为止已有12台Cr-Mo钢塔投入使用。 据API调查，1950～1959年，大量采用碳钢和C－Mo钢。1980～1997年大量使用Cr-Mo钢，见图2。CrMo钢中经常用的是1Cr-1/2Mo、1 1/4Cr-1/2Mo和2 1/4Cr-1.0Mo钢。见图3。从1970年以后，Cr-Mo钢塔的数量不断增加，尤其是1 1/4Cr-1/2Mo钢塔增加很快。因为1 1/4Cr-1/2Mo钢和1Cr-1/2Mo钢相比，许用应力高，对缺口敏感性小，耐热性更好。见下表： 表1 材料 1Cr-0.5Mo 1.25Cr-0.5Mo-Si 注 许用应力475℃(Mpa) 107 116 按ASME VIII篇第一分篇 高温屈服强度475℃(Mpa) 176.5 185.5 按ASME II篇D分篇 1 1/4Cr-1/2Mo钢，我国的钢号为14Cr1MoR，据调查，舞阳钢厂能生产，性能符合设计要求，我们准备设计1 1/4Cr-1/2Mo钢的大型焦炭塔。 API调查指出：新塔的材料选择趋向于提高Cr-Mo合金元素的含量。美国已开始采用2 1/4Cr-1.0Mo钢，例如福斯特.维勒（Foster-Wheeler）公司为印度设计的直径29英尺的焦炭塔下部锥体采用 2 1／4Cr-1.0Mo钢，上部采用 1 1/4Cr-1/2Mo钢。据资料介绍，美国目前正在研究采用3Cr-1.0Mo钢制造焦炭塔。 图2 材料选择的趋势（壳体和锥体） 安装时期 图3 材料选择的趋势（壳体和锥体） 安