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焦化裝置焦炭塔焊縫裂紋原因分析及解決措施

2019-03-12 11:38:52 作者：本網(wǎng)整理來源：第三屆腐蝕與安全會議分享至：

延遲焦化裝置焦炭塔情況簡述

某煉油廠焦化裝置采用“兩加熱爐四焦炭塔”工藝路線，焦化氣體回收部分采用富氣壓縮和汽、柴油二級吸收工藝，常減壓裝置、柴油加氫裝置及煤油加氫裝置來的混合氣及液態(tài)烴進入焦化氣體回收部分處理。該延遲焦化裝置以加工高硫混合減壓渣油為主，原油的品種較雜，硫含量較高，設備腐蝕壓力較大。

焦炭塔作為延遲焦化裝置的重要設備，安全平穩(wěn)運行決定了焦化裝置的長周期生產(chǎn)。正常運行期間，作為疲勞容器焦炭塔溫變較大，長時間使用，焦炭塔本體會發(fā)生高溫蠕變。

目前，國內焦炭塔材質均已升級為鉻鉬鋼，蠕變現(xiàn)象已不多見，但是塔內焊縫位置出現(xiàn)大量裂紋，有些裂紋甚至發(fā)生穿透，造成高溫油氣大量泄漏，發(fā)生著火事故。本文就通過焦炭塔焊縫裂紋的處理，探討裂紋產(chǎn)生的原因，并提出解決措施。

腐蝕案例

焦炭塔錐段焊縫分布焦炭塔泄漏裂紋外部圖焦化裝置焦炭塔在裙座人孔觀察口部位發(fā)現(xiàn)有白煙冒出，伴隨輕微硫化氫氣味。初步判斷泄漏位置在筒體與下錐段B12或B13兩道焊縫處，將此處下方保溫拆開能明顯發(fā)現(xiàn)泄漏位置，肉眼可見，裂紋在B13焊縫下部熱影響區(qū)，外部顯示為環(huán)焊縫上部熱影響區(qū)，裂紋大約長20cm，中部有大約5-6cm裂紋較寬。

焦炭塔焊縫裂紋原因分析

焦炭塔主要腐蝕損傷模式為以上幾種，但考慮到失效形式主要為裂紋而不是減薄、點蝕、鼓凸等表現(xiàn)，所以認定為裂紋主要產(chǎn)生原因為低頻熱疲勞開裂和硫化氫應力破壞開裂。由于原料腐蝕較為嚴重，內部進行檢查時，除了焊縫裂紋外，塔內壁坑蝕嚴重，且有沖刷痕跡，焊縫兩側尤為明顯。

1低頻熱疲勞腐蝕開裂

焦化裝置焦炭塔材質為1.25Cr0.5MoSi，強度較高。由于焦炭塔操作條件特別，塔溫及塔壓處于變化中，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(huán)焊縫及焊縫熱影響區(qū)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(huán)疲勞引起筒體部分產(chǎn)生塑性變形，在環(huán)焊縫幾何形狀不連續(xù)處形成應力集中。

在裝置投產(chǎn)3年以后，為了提高加工能力多產(chǎn)焦炭，該裝置采取縮短生焦周期的方式，每次生焦周期由24小時縮短為20小時，縮短生焦周期主要是縮短升溫、降溫過程，導致溫度變化更加劇烈，熱疲勞和塑性降低導致更易產(chǎn)生裂紋。

2硫化氫應力腐蝕開裂

對焦化裝置焦炭塔焊縫進行檢查，內部錐體段焊縫裂紋全部出現(xiàn)在焊縫下部熱反應區(qū)。B塔泄漏處內部裂紋在焊縫下部熱反應區(qū)，外部顯示為焊縫上部熱反應區(qū)，焦炭塔內部裂紋氣刨時發(fā)現(xiàn)，塔壁內部裂比表面上顯示的還要長，裂紋焊接大約40cm左右。初步判斷，該塔制造時，錐體段鋼板可能存在強行拼接操作，整體熱處理時，應力沒有完全消除，導致長時間運行出現(xiàn)應力開裂。

另外，該裝置長期摻煉高硫重質原油，原料性質較差，原料腐蝕較為嚴重。焦炭塔內部檢查時，除了焊縫裂紋外，塔內壁坑蝕較為嚴重，且還有沖刷痕跡，焊縫兩側尤為明顯。由于加工原料的劣質化，塔內壁所承受的腐蝕日益加劇，在內部應力為完全消除的情況下，最終導致焊縫下部熱反應區(qū)處應力腐蝕開裂。

焦炭塔焊縫檢測及裂紋處理措施

1貫穿性裂紋處理措施

2表面裂紋處理措施

3熱處理措施及硬度檢測

4后續(xù)整改預防措施

結論

焦化裝置的焦炭塔是周期性熱脹冷縮的疲勞過程，對接環(huán)焊縫及焊縫熱影響區(qū)在快速的升溫、降溫過程中反復承受熱交變應力作用，在環(huán)焊縫幾何形狀不連續(xù)處形成應力集中，極易產(chǎn)生裂紋。因此應嚴格控制焦炭塔生焦周期，嚴格按照設計核算控制并延長生焦周期，延長升溫、降溫時間，減少疲勞次數(shù)，減緩裂紋產(chǎn)生的速度和數(shù)量。其次，焦炭塔操作時，一定保證均勻，特別是預熱時，保證預熱速度的均勻，不要忽快忽慢，以免對設備焊縫產(chǎn)生較大的影響。

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責任編輯：韓鑫

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