SEI第二届延迟焦化年会文〔3〕
型焦炭塔设计问题探讨
中国石化工程建设公司
顾天 贾桂茹 李出
2002年10月
型焦炭塔设计问题探讨
延迟焦化工艺加工渣油重手段目前越越受关注采先进技术改良焦炭塔设计提高焦炭塔操作稳定性延长焦炭塔寿命务急美国石油学会1996年1998年焦炭塔作第三次调查〔简称API调查〕收54份报告调查17家公司145台焦炭塔国1995年国十家炼油厂延迟焦化装置作调查公司国局部炼厂焦炭塔作调查文中性问题结合美国焦炭塔网站关资料进行讨
1关操作循环周期
2关塔体材料选择
3关复层材料选择
4关复层焊接材料选择
5关裙座结构型式
6焦炭塔膨胀缝
7关焦炭塔直径
8关焦炭塔保温
9关减缓焦炭塔热击措施
1关操作循环周期
目前国设计焦炭塔操作循环周期48时生焦时间24时提高处理力节省投资国外缩短生焦时间通常10～24时均生焦时间15～16时根API调查54份报告中15份生焦周期16时11份报告生焦时间18时〔见图1〕
目前生焦周期时间
调查份数
〔时〕
图1 生焦周期时间
目前焦炭塔设计提高材质等级改良设计结构采取系列抗疲劳措施疲劳寿命提高完全力适应缩短生焦周期工况例裙座塔体容易出现失效部位计算早期设计焦炭塔搭接结构疲劳寿命478次接结构598次改良堆焊结构达5503次锻焊结构疲劳寿命更长达14508次
外着装置型化焦炭塔直径需增受焦机械力限塔直径限增目前美国役焦炭塔直径28～29英尺提高单塔处理力通常采缩短循环周期方法实现
资料介绍鲁姆斯(Lummus)规定切换周期时间36时时间分配：
生焦 180时
切换塔 05时
吹气 05时
吹气 15时
水 10时
水 35时
排水 20时
顶底头盖拆卸 05时
水力焦 35时
装头盖压力试验 10时
塔预热升温 40时
闲 置 05时
总计365时
缩短循环周期会目前操作惯造成击否认生产开展必然趋势
2关塔体材料选择
国焦炭塔材质采碳钢数20g着技术进步延迟焦化装置型化需焦炭塔型化必然趋势2000年国第CrMo钢塔问世CrMo钢塔断出现目前止已12台CrMo钢塔投入
API调查1950～1959年量采碳钢C－Mo钢1980～1997年量CrMo钢见图2CrMo钢中常1Cr12Mo1 14Cr12Mo2 14Cr10Mo钢见图31970年CrMo钢塔数量断增加尤1 14Cr12Mo钢塔增加快1 14Cr12Mo钢1Cr12Mo钢相许应力高缺口敏感性耐热性更见表：
表1
材料
1Cr05Mo
注
许应力475℃(Mpa)
107
116
ASME VIII篇第分篇
高温屈服强度475℃(Mpa)
1765
1855
ASME II篇D分篇
1 14Cr12Mo钢国钢号14Cr1MoR调查舞阳钢厂生产性符合设计求准备设计1 14Cr12Mo钢型焦炭塔
API调查指出： 新塔材料选择趋提高CrMo合金元素含量进步提高焦炭塔寿命美国已开始采2 14Cr10Mo钢例福斯特维勒〔FosterWheeler〕公司印度设计直径29英尺焦炭塔部锥体采
2 1／4Cr10Mo钢部采 1 14Cr12Mo钢资料介绍美国目前正研究采3Cr10Mo钢制造焦炭塔
图2 材料选择趋势
〔壳体锥体〕
调查份数
材料选择趋势
〔壳锥材料〕
材
料
安装年份
图3 材料选择趋势
〔壳体锥体〕
调查份数
安装时期
材料选择趋势
〔壳锥材料〕
材
料
安装年份
3关复层材料选择
资料调查国外焦炭塔全部采锈钢复合板制造根国验焦炭塔中部层焦炭保护腐蚀轻复合板根SH／T3096－2001加工高硫原油重点装置设备设计选材导〞规定顶部泡沫层200mm处应采锈钢复合板复层0Cr13A10Cr13
复层采0Cr13A1(405钢)0Cr13〔410S〕种更呢？API调查美国1969前根采405钢1970年根采410S钢见图4资料介绍采405型锈钢应限制343℃长期处371～538℃会405型材料变脆超343℃〔650°F〕时410S锈钢作部构件
目前国405型〔0Cr13A1〕作复层锈钢复合板未见0Cr13A1脆化报导稳定起见焦炭塔壳体复层长期处430～495℃间选0Cr13〔410S〕
图4 材料选择趋势
〔壳／锥复层〕
份
数
安装时期
材料选择趋势
〔壳／锥复层〕
410S
材
料
安装年份
4关复层焊接材料选择
API调查1960年前三种材料ENiCrFe3ENiCrFe2308／309型锈钢焊条仅镍基材料ENiCrFe2率100％ENiCrFe3〔INCO182型〕率92％见图5309型锈钢评价坏份调查介绍第次操作期间产生范围龟裂全部消果抗硫腐蚀首先考虑素309型锈钢性镍基材料较果相应热膨胀系数关键采镍基材料采奥氏体锈钢更
认焦炭塔工作温度高达440～495℃周期变化膨胀应该首先考虑重素然镍基材料贵应选
图5 材料选择趋势
〔复层接头焊接材料〕
材
料
安装年份
5关裙座结构型式
焦炭塔裙座受力复杂容易出现裂纹部位API调查出裂纹位置见列图ABC裂纹占报告56％严重裂纹延伸筒体裂纹〔A〕占报告43％外外表开裂裂纹〔B〕占63％外表开裂裂纹占26％膨胀缝槽孔开裂〔D〕占76％ABCD四种裂纹塔占
78％
筒体裙座连接方式四种：
第种 般接型式见图6结构简单易产生应力集中裂纹
第二种 搭接型式见图7结构简单易产生应力集中裂纹裂纹扩展会造成塔体沉严重果
第三种 堆焊型见图8应力集中系数较产生裂纹性制造较复杂焊接工作量较裙座开槽孔〔膨胀缝〕利应力释放防止焊缝开裂
第四种 整体型见图9采整体锻件应力集中系数制造难度
1995年ASME石油化工设备效劳部份报告介绍四种结构应力分析进行拟分析结果说明第四种型式疲劳寿命长第三种型式次见表2
图6 焦炭塔裙座连接－ 般接型式
图7 焦炭塔裙座连接－ 搭接型式
图8 改良型裙座结构 图9 整体型裙座结构
表2 裙座连接处应力值应力集中系数疲劳寿命
般接型
图2
搭接型
图3
改良型
图4
整体型
图6
裙座连接处加热时应力值
〔psi〕
66627
裙座外表焊肉裙座相连锥体
72963
裙座外表焊肉裙座相连接锥体
54384
裙座外表裙座相接锥体
47262
裙座外表裙座相接锥体
裙座连接处冷时应力值〔psi〕
41440
裙座外表焊肉裙座锥体连接处
44117
裙座外表焊肉裙座相连接锥体
21834
裙座外外表裙座相接锥体
13824
裙座外外表裙座相接锥体
应力集中系数〔疲劳计算〕
15
15
10
10
计算疲劳寿命
(周期)
598
478
5503
10704
槽孔应力值
(加热时)
〔psi〕
68200
(槽孔顶部)
槽孔应力值
(冷时)
〔psi〕
22500
(槽孔顶部)
槽孔应力集中系数
15
槽孔计算疲劳寿命(周期)
3302
图10 整体裙座结构优化
1999年ASME份报告推荐裙座壳体锥体连接部位采整体锻焊结构〔图9〕代堆焊结构〔图8〕处高应力区取消环焊缝代机加工锻件验说明焊缝基材相裂纹更敏感整体锻焊结构焊接结构更抵抗裂纹选择合理结构尺寸提高焦炭塔疲劳寿命文中介绍八种结构尺寸整体锻件结构简图图10示应力状况寿命表3
表3
图8
图10A
图10B
图10C
图10D
图10E
图10F
图10G
图10H
加热应力(psi)
54384
56803
46683
51212
57237
45781
48512
59409
38570
冷应力(psi)
21834
21563
15469
15622
13014
10086
10733
17061
14643
应力范围(psi)
76218
78366
62152
66834
70251
55867
59245
76470
53213
寿命
周期
5503
5067
10092
8126
7009
14508
11880
5449
17123
见样锻件结构结构尺寸寿命相例图13H疲劳寿命高达17123次堆焊结构〔图8〕疲劳寿命3倍图13G疲劳寿命5449次堆焊结构〔图8〕5503次低
种整体锻焊结构已日西班牙4台焦炭塔海炼油厂φ8800焦炭塔应
采整体锻焊结构塔钱增加10
API调查指出：87％裙座发生焊缝开裂仅13％裙座鼓包变形直线型裙座占没发生裂缝裙座83％没发生裂缝裙座75％焊缝磨两者结合起没发生裂缝裙座67％直线型设计焊缝磨
决定裙座结构型式时应该选择直线型设计〔裙座外壁壳体外壁成直线〕焊缝应磨圆滑光滑根具体情况选择堆焊结构整体锻焊结构条件情况量延长焦炭塔疲劳寿命应优先选择整体锻焊结构
6焦炭塔裙座开膨胀缝
焦炭塔操作温度高周期变化裙座部固定根底塔体裙座连接处会产生热膨胀引起周期变化热应力热应力值容易引起焊缝开裂提出裙座开设膨胀缝〔槽孔〕列图11示效减少膨胀差形起热应力开膨胀缝势必裙座开孔处引起局部应力开孔处离焊缝太焊缝处局部应力叠加产生集中应力引起开孔处部焊缝处开裂某石化总厂年发现4座焦炭塔开孔处全部出现裂纹例证
1995年ASME份报告开孔进行应力分析说明槽孔顶部集中应力达22500～68200psi应力分布见图12图13
图11 裙座开槽孔详图
根国外资料介绍减少孔槽处集中应力槽孔顶部离焊缝距离应3英寸槽孔边缘应磨圆滑
根API调查开槽裙座89％发生开裂开槽裙座22％开裂根公司φ8800焦炭塔应力分析开槽危险截面锥体部应力值1547Mpa≤15S183MPa安开槽槽孔部集中应力值较达178MPa认裙座宜开设膨胀缝
炼厂认开膨胀缝焊缝开裂现开膨胀缝出现裂缝进行具体分析进行应力分析
倒底开开膨胀缝建议进行详细应力分析确定妥
7关焦炭塔直径
着延迟焦化装置型化焦炭塔直径相应增API调查报告中直径28英尺福斯特维勒〔FOSTER Wheeher〕公司1998年印度设计670万吨／年延迟焦化装置8直径29英尺〔φ8840mm〕焦炭塔该公司年18台直径28英尺〔φ8534mm〕焦炭塔投产正建造直径29英尺〔φ8840mm〕焦炭塔正方案设计32英尺〔φ9728mm〕焦炭塔资料介绍鲁姆斯(Lummus)公司焦炭塔30英尺〔φ9120mm〕
国焦炭塔直径早期φ5400mm80年代建塔φ6100mm目前投产焦炭塔直径达φ8400mmφ8800mm
塔直径增受切焦系统力限制直径越高压水泵压力越见表4
表4 焦炭塔直径高压水泵压力关系
塔直径mm
高压水泵压力 MPa
φ5400
150
φ6100
180
φ6400
200
φ8400
280
φ8800
300
φ9000
310
综述认目前焦炭塔直径宜超φ9000mm
8关保温结构
焦炭塔保温完善渣油裂化反响关重果保温热量量损失反响温度降低裂化反响充分完成甚局部部位法结焦计算焦炭塔温度降低56℃液体收率降低1％
焦炭塔塔体外表保温坏减少局部应力塔壁腐蚀着极重作应引起高度重视塔体外表某部位缺少保温保温破损长期裸露特雨雪时会造成塔外温差陡增热应力增塔体变形焊缝开裂潜隐患炼厂焦炭塔接支腿加强焊缝开裂保温善应力着关系塔顶部位保温善引起塔壁接加速腐蚀直局部渗透泄漏
胜利炼油厂已换旧塔塔体检查发现塔体壁末结焦腐蚀产生处塔外壁均焊接件保温塔外壁保温塔壁温度降低易结焦塔壁失层保护屏障腐蚀加剧南京炼油厂样问题3＃4＃塔封头部圈钢板四根台支腿加强板处塔壁24毫米减17毫米外壁保温善塔油气露点温度时变成冷凝液旋流刷壁造成坑点腐蚀接端腐蚀加剧直断裂泄漏
腐蚀观点出发塔体宜焊接支吊架加强板支腿等焊接件
API调查询问保温支持圈焊缝问题29％户说焊缝处贯穿塔壁裂纹52％户说裂纹没延伸成贯穿裂纹API调查报告指出早期设计井架焦台附件焊塔顶连接板塔体发现裂纹焊塔体线支吊架相似情况
焦炭塔承受热疲劳载荷求外表形状圆滑渡宜外表焊接保温钉保温支持圈必焊接件应焊缝圆滑渡假设塔体采CrMo钢CrMo钢裂纹敏感性更强更塔体焊保温钉保温支持圈焦炭塔应参考加氢反响器保温结构采背带〞背带〞焊保温钉固定保温支持圈部保温材料应耐500℃外外表应保护层例铝合金瓦楞板等
API调查指出塔裙座处保温应拆式便该处检查
国局部炼厂焦炭塔工况调查保温结构损坏情况拟严重应该引起厂重视
焦炭塔工况特殊性保温特殊求保温施工难度较施工求较高完全般塔器保温目前国已焦炭塔保温专业施工队伍确保焦炭塔施工质量提供利条件
9关减缓焦炭塔热击措施
API调查发现塔开裂生焦周期时间长短没关系塔操作参数方初始急冷速率防护冷措施塔开裂影响冶金组织影响更
水蒸汽汽提水急冷转换国外户防护冷程序急冷水高速喷射塔中心保持畅通流道然低流率进入初急冷水流率逐渐升高减少瞬时温降造成温差应力样效防止焊缝开裂见图1415防护流持续时间拟短约少1分钟10分钟紧接着初始急冷水流入防护流300加仑／分1100加仑／分
热油进入空塔前先水蒸汽作初始预热塔体水蒸汽塔底流塔顶利邻正生焦塔顶部油气转预热塔烃蒸汽空塔顶部流动 塔底流分馏塔油气预热塔体减轻热油流入时塔体遭受热击样效减少热裂纹产生
余留容积
国焦炭塔冷焦通常做法先少量蒸汽吹入塔汽提焦炭中油气进入分馏塔量蒸汽通焦炭塔吹出焦炭中未缩合成焦炭重污油进入放空塔中时焦炭冷然通入少量冷焦水冷焦水汽化蒸汽进入放空塔焦炭进步冷水冷焦冷焦水溢流冷焦水处理系统焦炭冷适宜温度底部排水冷焦水罐冷焦水池焦化装置操作未水直接水样焦炭速度太快焦炭塔热击太会减少焦炭塔寿命焦化装置操作中发现吹汽水会出现焦炭冷太慢焦炭塔中心通道堵塞水通畅现象采防护流措施防止现象发生
B塔
B塔
加热炉
图14
入口温度
防护流
终急冷
流量 加仑／分
入口温度°F
初
流速
急冷水流量
时间分
图15
参 考 文 献
1石油化工装置设备腐蚀防护手册P118～134P98中国石化出版社
21996 API COKE DRUM SURVEY
Final Report
July 211998
3焦炭塔现状调查缺陷分析
金陵石化公司炼油厂 陈世陵 1990年7月
4延迟焦化装置设备状况分析
金陵石油化工公司李祖贻石油化工腐蚀防护1994年第3期
5ANALYSES OF ALTERNATE SKIRT ATTACHMENTS TO COKE DRUMS PVPV01315FitnessforService and Decisions for Petroleum and Chemical Equipment ASME1995
6INNOVATIONS IN DELAYED COKING COKE DRUM DESIGN
PVPVol388FractureDesign Analysis of Pressure VesselsHeat ExchangersPiping Componentsand Fitness for Service1999
ASME1999
7UNDERSTANDING FAILURE MECHANISMS TO IMPROVE
RELIABILITY OF COKE DRUMS
PVPVol395OperationsApplicationsand Components1999
ASME1999
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型焦炭塔设计问题探讨
中国石化工程建设公司
顾天 贾桂茹 李出
2002年10月
型焦炭塔设计问题探讨
延迟焦化工艺加工渣油重手段目前越越受关注采先进技术改良焦炭塔设计提高焦炭塔操作稳定性延长焦炭塔寿命务急美国石油学会1996年1998年焦炭塔作第三次调查〔简称API调查〕收54份报告调查17家公司145台焦炭塔国1995年国十家炼油厂延迟焦化装置作调查公司国局部炼厂焦炭塔作调查文中性问题结合美国焦炭塔网站关资料进行讨
1关操作循环周期
2关塔体材料选择
3关复层材料选择
4关复层焊接材料选择
5关裙座结构型式
6焦炭塔膨胀缝
7关焦炭塔直径
8关焦炭塔保温
9关减缓焦炭塔热击措施
1关操作循环周期
目前国设计焦炭塔操作循环周期48时生焦时间24时提高处理力节省投资国外缩短生焦时间通常10～24时均生焦时间15～16时根API调查54份报告中15份生焦周期16时11份报告生焦时间18时〔见图1〕
目前生焦周期时间
调查份数
〔时〕
图1 生焦周期时间
目前焦炭塔设计提高材质等级改良设计结构采取系列抗疲劳措施疲劳寿命提高完全力适应缩短生焦周期工况例裙座塔体容易出现失效部位计算早期设计焦炭塔搭接结构疲劳寿命478次接结构598次改良堆焊结构达5503次锻焊结构疲劳寿命更长达14508次
外着装置型化焦炭塔直径需增受焦机械力限塔直径限增目前美国役焦炭塔直径28～29英尺提高单塔处理力通常采缩短循环周期方法实现
资料介绍鲁姆斯(Lummus)规定切换周期时间36时时间分配：
生焦 180时
切换塔 05时
吹气 05时
吹气 15时
水 10时
水 35时
排水 20时
顶底头盖拆卸 05时
水力焦 35时
装头盖压力试验 10时
塔预热升温 40时
闲 置 05时
总计365时
缩短循环周期会目前操作惯造成击否认生产开展必然趋势
2关塔体材料选择
国焦炭塔材质采碳钢数20g着技术进步延迟焦化装置型化需焦炭塔型化必然趋势2000年国第CrMo钢塔问世CrMo钢塔断出现目前止已12台CrMo钢塔投入
API调查1950～1959年量采碳钢C－Mo钢1980～1997年量CrMo钢见图2CrMo钢中常1Cr12Mo1 14Cr12Mo2 14Cr10Mo钢见图31970年CrMo钢塔数量断增加尤1 14Cr12Mo钢塔增加快1 14Cr12Mo钢1Cr12Mo钢相许应力高缺口敏感性耐热性更见表：
表1
材料
1Cr05Mo
注
许应力475℃(Mpa)
107
116
ASME VIII篇第分篇
高温屈服强度475℃(Mpa)
1765
1855
ASME II篇D分篇
1 14Cr12Mo钢国钢号14Cr1MoR调查舞阳钢厂生产性符合设计求准备设计1 14Cr12Mo钢型焦炭塔
API调查指出： 新塔材料选择趋提高CrMo合金元素含量进步提高焦炭塔寿命美国已开始采2 14Cr10Mo钢例福斯特维勒〔FosterWheeler〕公司印度设计直径29英尺焦炭塔部锥体采
2 1／4Cr10Mo钢部采 1 14Cr12Mo钢资料介绍美国目前正研究采3Cr10Mo钢制造焦炭塔
图2 材料选择趋势
〔壳体锥体〕
调查份数
材料选择趋势
〔壳锥材料〕
材
料
安装年份
图3 材料选择趋势
〔壳体锥体〕
调查份数
安装时期
材料选择趋势
〔壳锥材料〕
材
料
安装年份
3关复层材料选择
资料调查国外焦炭塔全部采锈钢复合板制造根国验焦炭塔中部层焦炭保护腐蚀轻复合板根SH／T3096－2001加工高硫原油重点装置设备设计选材导〞规定顶部泡沫层200mm处应采锈钢复合板复层0Cr13A10Cr13
复层采0Cr13A1(405钢)0Cr13〔410S〕种更呢？API调查美国1969前根采405钢1970年根采410S钢见图4资料介绍采405型锈钢应限制343℃长期处371～538℃会405型材料变脆超343℃〔650°F〕时410S锈钢作部构件
目前国405型〔0Cr13A1〕作复层锈钢复合板未见0Cr13A1脆化报导稳定起见焦炭塔壳体复层长期处430～495℃间选0Cr13〔410S〕
图4 材料选择趋势
〔壳／锥复层〕
份
数
安装时期
材料选择趋势
〔壳／锥复层〕
410S
材
料
安装年份
4关复层焊接材料选择
API调查1960年前三种材料ENiCrFe3ENiCrFe2308／309型锈钢焊条仅镍基材料ENiCrFe2率100％ENiCrFe3〔INCO182型〕率92％见图5309型锈钢评价坏份调查介绍第次操作期间产生范围龟裂全部消果抗硫腐蚀首先考虑素309型锈钢性镍基材料较果相应热膨胀系数关键采镍基材料采奥氏体锈钢更
认焦炭塔工作温度高达440～495℃周期变化膨胀应该首先考虑重素然镍基材料贵应选
图5 材料选择趋势
〔复层接头焊接材料〕
材
料
安装年份
5关裙座结构型式
焦炭塔裙座受力复杂容易出现裂纹部位API调查出裂纹位置见列图ABC裂纹占报告56％严重裂纹延伸筒体裂纹〔A〕占报告43％外外表开裂裂纹〔B〕占63％外表开裂裂纹占26％膨胀缝槽孔开裂〔D〕占76％ABCD四种裂纹塔占
78％
筒体裙座连接方式四种：
第种 般接型式见图6结构简单易产生应力集中裂纹
第二种 搭接型式见图7结构简单易产生应力集中裂纹裂纹扩展会造成塔体沉严重果
第三种 堆焊型见图8应力集中系数较产生裂纹性制造较复杂焊接工作量较裙座开槽孔〔膨胀缝〕利应力释放防止焊缝开裂
第四种 整体型见图9采整体锻件应力集中系数制造难度
1995年ASME石油化工设备效劳部份报告介绍四种结构应力分析进行拟分析结果说明第四种型式疲劳寿命长第三种型式次见表2
图6 焦炭塔裙座连接－ 般接型式
图7 焦炭塔裙座连接－ 搭接型式
图8 改良型裙座结构 图9 整体型裙座结构
表2 裙座连接处应力值应力集中系数疲劳寿命
般接型
图2
搭接型
图3
改良型
图4
整体型
图6
裙座连接处加热时应力值
〔psi〕
66627
裙座外表焊肉裙座相连锥体
72963
裙座外表焊肉裙座相连接锥体
54384
裙座外表裙座相接锥体
47262
裙座外表裙座相接锥体
裙座连接处冷时应力值〔psi〕
41440
裙座外表焊肉裙座锥体连接处
44117
裙座外表焊肉裙座相连接锥体
21834
裙座外外表裙座相接锥体
13824
裙座外外表裙座相接锥体
应力集中系数〔疲劳计算〕
15
15
10
10
计算疲劳寿命
(周期)
598
478
5503
10704
槽孔应力值
(加热时)
〔psi〕
68200
(槽孔顶部)
槽孔应力值
(冷时)
〔psi〕
22500
(槽孔顶部)
槽孔应力集中系数
15
槽孔计算疲劳寿命(周期)
3302
图10 整体裙座结构优化
1999年ASME份报告推荐裙座壳体锥体连接部位采整体锻焊结构〔图9〕代堆焊结构〔图8〕处高应力区取消环焊缝代机加工锻件验说明焊缝基材相裂纹更敏感整体锻焊结构焊接结构更抵抗裂纹选择合理结构尺寸提高焦炭塔疲劳寿命文中介绍八种结构尺寸整体锻件结构简图图10示应力状况寿命表3
表3
图8
图10A
图10B
图10C
图10D
图10E
图10F
图10G
图10H
加热应力(psi)
54384
56803
46683
51212
57237
45781
48512
59409
38570
冷应力(psi)
21834
21563
15469
15622
13014
10086
10733
17061
14643
应力范围(psi)
76218
78366
62152
66834
70251
55867
59245
76470
53213
寿命
周期
5503
5067
10092
8126
7009
14508
11880
5449
17123
见样锻件结构结构尺寸寿命相例图13H疲劳寿命高达17123次堆焊结构〔图8〕疲劳寿命3倍图13G疲劳寿命5449次堆焊结构〔图8〕5503次低
种整体锻焊结构已日西班牙4台焦炭塔海炼油厂φ8800焦炭塔应
采整体锻焊结构塔钱增加10
API调查指出：87％裙座发生焊缝开裂仅13％裙座鼓包变形直线型裙座占没发生裂缝裙座83％没发生裂缝裙座75％焊缝磨两者结合起没发生裂缝裙座67％直线型设计焊缝磨
决定裙座结构型式时应该选择直线型设计〔裙座外壁壳体外壁成直线〕焊缝应磨圆滑光滑根具体情况选择堆焊结构整体锻焊结构条件情况量延长焦炭塔疲劳寿命应优先选择整体锻焊结构
6焦炭塔裙座开膨胀缝
焦炭塔操作温度高周期变化裙座部固定根底塔体裙座连接处会产生热膨胀引起周期变化热应力热应力值容易引起焊缝开裂提出裙座开设膨胀缝〔槽孔〕列图11示效减少膨胀差形起热应力开膨胀缝势必裙座开孔处引起局部应力开孔处离焊缝太焊缝处局部应力叠加产生集中应力引起开孔处部焊缝处开裂某石化总厂年发现4座焦炭塔开孔处全部出现裂纹例证
1995年ASME份报告开孔进行应力分析说明槽孔顶部集中应力达22500～68200psi应力分布见图12图13
图11 裙座开槽孔详图
根国外资料介绍减少孔槽处集中应力槽孔顶部离焊缝距离应3英寸槽孔边缘应磨圆滑
根API调查开槽裙座89％发生开裂开槽裙座22％开裂根公司φ8800焦炭塔应力分析开槽危险截面锥体部应力值1547Mpa≤15S183MPa安开槽槽孔部集中应力值较达178MPa认裙座宜开设膨胀缝
炼厂认开膨胀缝焊缝开裂现开膨胀缝出现裂缝进行具体分析进行应力分析
倒底开开膨胀缝建议进行详细应力分析确定妥
7关焦炭塔直径
着延迟焦化装置型化焦炭塔直径相应增API调查报告中直径28英尺福斯特维勒〔FOSTER Wheeher〕公司1998年印度设计670万吨／年延迟焦化装置8直径29英尺〔φ8840mm〕焦炭塔该公司年18台直径28英尺〔φ8534mm〕焦炭塔投产正建造直径29英尺〔φ8840mm〕焦炭塔正方案设计32英尺〔φ9728mm〕焦炭塔资料介绍鲁姆斯(Lummus)公司焦炭塔30英尺〔φ9120mm〕
国焦炭塔直径早期φ5400mm80年代建塔φ6100mm目前投产焦炭塔直径达φ8400mmφ8800mm
塔直径增受切焦系统力限制直径越高压水泵压力越见表4
表4 焦炭塔直径高压水泵压力关系
塔直径mm
高压水泵压力 MPa
φ5400
150
φ6100
180
φ6400
200
φ8400
280
φ8800
300
φ9000
310
综述认目前焦炭塔直径宜超φ9000mm
8关保温结构
焦炭塔保温完善渣油裂化反响关重果保温热量量损失反响温度降低裂化反响充分完成甚局部部位法结焦计算焦炭塔温度降低56℃液体收率降低1％
焦炭塔塔体外表保温坏减少局部应力塔壁腐蚀着极重作应引起高度重视塔体外表某部位缺少保温保温破损长期裸露特雨雪时会造成塔外温差陡增热应力增塔体变形焊缝开裂潜隐患炼厂焦炭塔接支腿加强焊缝开裂保温善应力着关系塔顶部位保温善引起塔壁接加速腐蚀直局部渗透泄漏
胜利炼油厂已换旧塔塔体检查发现塔体壁末结焦腐蚀产生处塔外壁均焊接件保温塔外壁保温塔壁温度降低易结焦塔壁失层保护屏障腐蚀加剧南京炼油厂样问题3＃4＃塔封头部圈钢板四根台支腿加强板处塔壁24毫米减17毫米外壁保温善塔油气露点温度时变成冷凝液旋流刷壁造成坑点腐蚀接端腐蚀加剧直断裂泄漏
腐蚀观点出发塔体宜焊接支吊架加强板支腿等焊接件
API调查询问保温支持圈焊缝问题29％户说焊缝处贯穿塔壁裂纹52％户说裂纹没延伸成贯穿裂纹API调查报告指出早期设计井架焦台附件焊塔顶连接板塔体发现裂纹焊塔体线支吊架相似情况
焦炭塔承受热疲劳载荷求外表形状圆滑渡宜外表焊接保温钉保温支持圈必焊接件应焊缝圆滑渡假设塔体采CrMo钢CrMo钢裂纹敏感性更强更塔体焊保温钉保温支持圈焦炭塔应参考加氢反响器保温结构采背带〞背带〞焊保温钉固定保温支持圈部保温材料应耐500℃外外表应保护层例铝合金瓦楞板等
API调查指出塔裙座处保温应拆式便该处检查
国局部炼厂焦炭塔工况调查保温结构损坏情况拟严重应该引起厂重视
焦炭塔工况特殊性保温特殊求保温施工难度较施工求较高完全般塔器保温目前国已焦炭塔保温专业施工队伍确保焦炭塔施工质量提供利条件
9关减缓焦炭塔热击措施
API调查发现塔开裂生焦周期时间长短没关系塔操作参数方初始急冷速率防护冷措施塔开裂影响冶金组织影响更
水蒸汽汽提水急冷转换国外户防护冷程序急冷水高速喷射塔中心保持畅通流道然低流率进入初急冷水流率逐渐升高减少瞬时温降造成温差应力样效防止焊缝开裂见图1415防护流持续时间拟短约少1分钟10分钟紧接着初始急冷水流入防护流300加仑／分1100加仑／分
热油进入空塔前先水蒸汽作初始预热塔体水蒸汽塔底流塔顶利邻正生焦塔顶部油气转预热塔烃蒸汽空塔顶部流动 塔底流分馏塔油气预热塔体减轻热油流入时塔体遭受热击样效减少热裂纹产生
余留容积
国焦炭塔冷焦通常做法先少量蒸汽吹入塔汽提焦炭中油气进入分馏塔量蒸汽通焦炭塔吹出焦炭中未缩合成焦炭重污油进入放空塔中时焦炭冷然通入少量冷焦水冷焦水汽化蒸汽进入放空塔焦炭进步冷水冷焦冷焦水溢流冷焦水处理系统焦炭冷适宜温度底部排水冷焦水罐冷焦水池焦化装置操作未水直接水样焦炭速度太快焦炭塔热击太会减少焦炭塔寿命焦化装置操作中发现吹汽水会出现焦炭冷太慢焦炭塔中心通道堵塞水通畅现象采防护流措施防止现象发生
B塔
B塔
加热炉
图14
入口温度
防护流
终急冷
流量 加仑／分
入口温度°F
初
流速
急冷水流量
时间分
图15
参 考 文 献
1石油化工装置设备腐蚀防护手册P118～134P98中国石化出版社
21996 API COKE DRUM SURVEY
Final Report
July 211998
3焦炭塔现状调查缺陷分析
金陵石化公司炼油厂 陈世陵 1990年7月
4延迟焦化装置设备状况分析
金陵石油化工公司李祖贻石油化工腐蚀防护1994年第3期
5ANALYSES OF ALTERNATE SKIRT ATTACHMENTS TO COKE DRUMS PVPV01315FitnessforService and Decisions for Petroleum and Chemical Equipment ASME1995
6INNOVATIONS IN DELAYED COKING COKE DRUM DESIGN
PVPVol388FractureDesign Analysis of Pressure VesselsHeat ExchangersPiping Componentsand Fitness for Service1999
ASME1999
7UNDERSTANDING FAILURE MECHANISMS TO IMPROVE
RELIABILITY OF COKE DRUMS
PVPVol395OperationsApplicationsand Components1999
ASME1999
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