提高焦炭塔的可靠性和寿命的措施.docVIP

提高焦炭塔操作可靠性延长焦炭塔疲劳寿命的若干措施 中国石化工程建设公司 顾一天 2007年11月20号 焦炭塔是延迟焦化装置重要设备，操作压力约为0.1～0.7MPa（表），操作温度高达427～495℃，生产针状焦的焦炭塔操作压力达0.7～0.8MPa，操作温度达510～520℃。通常操作温度在常温至约500℃之间变化，一般每48小时为一个操作周期，生焦周期为24小时，焦炭塔反复处于骤冷骤热，承受高压水冲击等苛刻条件中。焦炭塔是炼油厂中操作条件最苛刻的疲劳容器之一。目前为了提高装置的处理量，生焦周期趋向缩短，一般为16－18小时，操作周期为32－36小时。这样对焦炭塔的疲劳寿命提出了更高要求。 焦炭塔的破坏形式包括：裙座鼓包和开裂、壳体鼓包和开裂、复层开裂、腐蚀和剥离。鼓包和开裂是影响焦炭塔完整性和可靠性的常见因素。焦炭塔每天都在经受严厉的热循环、压力循环、和机械循环，在这种环境下操作的焦炭塔用不了多久，在其环焊缝附近就会鼓胀，鼓胀可能引起不可接受的应力直至开裂。 焦炭塔的开裂，一般来说有以下原因： ·设计时未考虑低周疲劳和焦炭的压应力 ·没有采用实测的瞬时热应力或应力范围 ·操作切换和冷却程序更加苛刻 ·制造过程有缺点 ·焦化的操作周期越来越短（10－16小时） ·原料油性质不同，加工更加困难。 焦炭塔的失效发生在不同的操作周期，失效的频率随使用年限的增加而增加。通常发生穿透性裂纹所需要的典型时间间隔是3000－5000周期（24－36小时／每一个循环），但是有的炼厂报告在使用时间不长的情况下也发生开裂。正常情况下，如果焦炭塔是首次使用，头5年不应发生鼓胀和开裂。在发生鼓胀和开裂的地方，通常会测量到超常大的应力值，焦炭塔的轴向应力和周向应力峰值分别超过843.7Mpa和808.5MPa。平均轴向应力和周向应力为337.4MPa和281.2MPa。在循环过程中产生的超常应力将严重影响焦炭塔的寿命。 有资料介绍国外某公司建于90年代的大多数焦炭塔（至少8台）4～5年内壳体和裙座就出现穿透性裂纹。 提高焦炭塔的可靠性，延长疲劳寿命是焦炭塔设计、制造、操作等各方面所追求的共同目标，目前世界各国都在为此研究开发各项新技术。根据对国内外焦炭塔成熟的新技术的调查，一般采取以下措施： 一、提高焦炭塔塔体材质 美国石油学会于1968年、1980年和1996年对美国国内外145台焦炭塔的使用状况进行了三次调查研究，并提出了报告。报告表明，美国用于制造焦炭塔的材质主要有三种： （1）碳钢（例如A285C级）。 （2）碳钼钢（例如A204C级）。 （3）铬钼钢（例如SA387 Gr.11）。 用碳钢制造的焦炭塔已使用多年，其优点是制造容易，对于小直径的塔，价格便宜，投资省。缺点是耐热强度低，易变形，焊缝易开裂，维修费用高。 用碳钼钢的优点是耐热强度稍高，但制造较复杂，需要整体热处理。 用铬钼钢，耐热强度更高，抗腐蚀性好，尽管制造也有一定难度，需要热处理等，但高温性能好、疲劳寿命较长。 通常铬钼钢焦炭塔最早产生穿透裂纹的时间为12年；碳钼钢焦炭塔为8年； 碳钢焦炭塔只有7年。 据1996年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。Cr－Mo钢中常用的是1Cr-1/2Mo、1 1/4Cr-1/2Mo-Si和2 1/4Cr-1Mo钢，从1970年以后，Cr-Mo钢塔的数量不断增加，尤其是1 1/4Cr-1/2Mo-Si钢塔增加很快。因为1 1/4Cr-1/2Mo-Si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。见表1： 表1 焦碳塔所用不同钢材的性能比较 材料 1Cr-1/2Mo 1 1/4Cr-1/2Mo-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 1Cr-1/2Mo钢主要是珠光体组织而1 1/4Cr-1/2Mo-Si钢主要是贝氏体组织，后者钢板二分之一厚度处的冲击值更高且稳定。 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。例如采用2 1／4Cr-1.0Mo钢，因为它具有更高的屈服强度、蠕变强度和抗蠕变疲劳能力，因而能更好的抵抗热循环。为了进一步提高焦炭塔寿命，美国已开始采用2 1/4Cr-1Mo钢，例如福斯特·惠勒（Foster-Wheeler）公司为印度信诚石油公司（Reliance Petroleum Ltd）设计的直径29英尺的焦炭塔下部锥体采用2 1/4Cr-1Mo钢，上部壳体采用1 1/4Cr-1/2Mo-Si钢。据资料介绍，美国目前正在研究采用含3％Cr钢制造焦炭塔。