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1、延迟焦化装置的腐蚀国家压力容器与管道安全工程技术研究中心 （合肥通用机械研究院）顾望平1延迟焦化装置S 蠕变S,O2H2S NH4HS NH4CLS TANSH2S2延迟焦化主要腐蚀机理3腐蚀分析n 减压渣油含硫化物、环烷酸、氮化物和盐等腐蚀介质， 在焦化炉高温下腐蚀介质部分分解，进分馏塔的腐蚀介 质有：NH3、HCL、H2S、H2O等； n 分馏塔 顶部低温部位有H2SNH4CLNH4HSH2O腐蚀环境 ，存在减薄与应力腐蚀机理； 中上部有氯化氨腐蚀； 底部与蜡油段有高温硫与环烷酸腐蚀（原料进分馏塔底 环烷酸被汽提到上层）； n 加热炉 对流段的烟气露点腐蚀与管内高温硫与环烷酸腐蚀； 辐射炉
2、管外的氧化腐蚀（主要原因），管内的高温硫腐 蚀；炉管的高温蠕变失效；4硫氢化氨沉积温度图 氯化氨沉积温度图121C80C200C5n 焦炭塔热疲劳损坏 裙座与塔体的连接焊缝裂纹; 堵焦伐焊缝裂纹; 上半节筒体腐蚀减薄; 中下部筒体鼓肚与裂纹; 塔体倾斜; 复合钢板复合层焊缝开裂 地脚螺栓损环； 筒体材质珠光体球化和石墨化； 裙座-筒节连接柔性槽孔开裂。6n 裙座开裂 n 柔性槽(钥匙孔/槽口/应力释放器)开裂是否有效在争论中，SEI的分析认为没有效果 n 珠光体球化及石墨化 碳钢材料金相的片状珠光体在长时间高温下形成球状， 20 号钢达到严重球化程度(5 级)后，其常温抗拉强度 将下降20.6
3、%，屈服极限下降24%，布氏硬度(HB)和铁素 体显微硬度分别降低17.7%和23.4%，延伸率和断面收缩 率则分别增加20%和15.6%。严重球化(5 级)的20 号钢 的高温短时抗拉强度的下降幅度介于19.424.7%之间。 20g 高温材质劣化最严重的程度是珠光体完全球化并伴 随严重石墨化。按规范，4级石墨化已是不能用了。 CrMo钢没有珠光体球化和石墨化问题7n API于1996年对54台焦炭塔调查 (1) 61%的焦炭塔发生了鼓胀变形； (2) 97%的焦炭塔发生了环向开裂； (3) 多数鼓胀和开裂位于锥体上方筒体的第3、4、5 层侧 板； (4) 78%经历了塔体裙座开裂。 n 焦
4、炭塔鼓胀原因 （1)母材与焊缝强度不匹配； （2)棘轮效应； （3)焦炭挤压； （4)热斑； （5)局部超压区； （6)焦炭床层着火；8nAPI 1950-1997调查说明各种材料损伤没有太大的差别 nAPI 1980-1997调查说明各种材料的开裂没有明显差别9n 冷却时硬化了焦阻碍筒体收缩的鼓胀机理，国外的 研究对设计的要求 焊缝金属的屈服限在母材屈服限的0%-+10%范围,打 磨焊缝齐平; 采用2.25Cr-1Mo材料或更高 采用更高的材料与设备的检验规范要求 垂直方向的壁厚一致 壁厚大于2英吋 监控壁温和应力11n 焦炭塔一个生焦循环周期内温度和应变变化特点轴向应力环向应力13裙座连接
5、处温度分布升温激冷14焦化工艺发展对设备的影响n 焦炭塔日趋大型化 美国材料趋于CrMo钢1950至1969年期间，选择碳钢、C-1/2Mo居多，1970-1979年期间，选择1Cr-1/2Mo者居多，1980至1997年期间，选择1Cr-1/2Mo、1-1/4Cr-1/2Mo者 居多，有的焦炭塔甚至选择2-1/4Cr-1Mo 目前我国选材已与国际相同； 但CrMo钢制的焦炭塔也出现了不同程度的鼓胀和开裂现 象考虑了CrMo钢的开裂修复、抗热棘轮变形性能以及经 济性等因素，又重新选择了碳钢作为焦炭塔的主体材料 。15n 整个生焦周期变化对焦炭塔应力应变水平的影响 在焦炭塔操作过程中，最不利的应
6、力是由加热-急冷诱 发的轴向应力，由此产生的轴向应变大于周向应变； 循环周期又对轴向应力应变波动范围的影响较大； n 控制初期急冷速率延长焦碳塔使用寿命通过疲劳分析预计：把初期高急冷流率降低 50 gpm，能够 使壁板疲劳寿命提高一倍。16 蒸汽汽提持续时间增加 1 小时，仅降低温度 15。因 此，用延长蒸汽汽提持续时间的方法来改善焦碳塔的长 期使用性能，效果不大。 吹蒸汽有两个目的：防止树状通道堵塞、提高瓦斯油收率。在焦床顶端未转化的液体进料向下流入通道，焦化后将堵塞通道； 急冷初期的壁板不均匀冷却是多数壁板失效的原因；17n NACE资料： 发生以下情况时，焦化塔就无法正常操作了： 壳体和
7、接管处的穿壁疲劳裂缝的频率和严重性已经发展 到不安全的程度 鼓胀和变形严重到认为塔的结构上已经不够坚固了 变形严重到管道和塔不对中，使管道再也无法与塔正确 连接 ；18广石化焦炭塔失效评定n 4台焦炭塔96年投用，直径6000，壁厚26mm，材料 20g。 n 05年6月生焦周期由48小时改为40小时；06年由于焦炭 塔变形大又改回48小时； n 检验情况：2000年与2002年检验无问题，2005年发现 变形和裂纹，07年由通用院检验； 变形检查焦炭塔位号T101/1T101/2T101/3T101/4鼓凸变形筒节数4662 单侧最大变形鼓凸量mm53526040 塔倾斜21 厚度测定未见异
8、常减薄 裙座材料检查符合20g要求 硬度检查比2000年整体略微降低 裂纹检查： 1) 筒体底部环焊缝、下锥体纵焊缝T101四塔共发现19条裂纹，深度1mm，最长20mm 2) 裙座柔性槽100%开裂，大部分是贯穿性裂纹，最长22珠光体球化分6级，4级为中度球化，5级为完全球化，6级为严重球化。23n 检查分析 鼓凸检查和垂直度检查已超过SHS01007-2004塔器设 备维护检修规程的规定； 材质中度球化，是碳钢材质劣化的一种现象 n 操作分析 n 两种工况相比20小时生焦的总冷却时间少了1.5小时， 可能是变形的主要原因 n 小吹气时间比指导意见少0.5小时也是个原因；时间资料小吹气大吹气
9、水冷焦总冷却时间24广石化12.58.512指导意见1.52710.520广石化127.510.5指导意见24n安全评估 对筒体底部筒节、裙座角焊缝、柔性槽开孔处的热机械 疲劳寿命预测，分别是3.7、4.3和1.4年； 四台焦炭塔筒体鼓胀区的材质和强度在今后使用期内是 安全的； 鼓胀程度与国内与国外相比，属于安全范围；n结论：四台焦炭塔的鼓胀变形目前尚不影响正常使用， 但必须对鼓胀变形及其发展趋势加以监控；n建议：加强在线监测，恢复48小时生焦操作；结合改造 更新焦炭塔；25炉管测温方法炉管表面热电偶(安装在迎火面600,火焰高度2/3 范围） 光学温度计（600C0以上范围） 红外测温计（注
10、意三原子气体温度干扰和炉管 表面黑度影响； 红外热像仪测试炉管表面温度的误差小于2% 固定加热炉的光学和红外测温计可以连续扫描 ，软件建立历史数据库，预测发展并安全评定26炉管表面热电偶 以显示炉管表皮 温度为目的，安 装在热强度最高 点； 以反映炉管内结 焦倾向为目的， 安装在结焦可能 性最高的点； 热电偶的安装要 避免各种因素的 干扰；27清焦与烧焦 蒸汽空气烧焦控制参数 炉膛温度炭钢炉管 485铬钼钢炉管 590 水蒸汽压力 0.98MPa 注意：观察炉管颜色和堵管可能 机械清焦 用柔性管或可移动机械头 清焦彻底，不损坏炉管，不锈钢炉管应该用；28炉 管 失 效29炉管失效模式n 常见的
11、有壁厚减薄、变形、破裂、鼓包、 腐蚀等； 管外腐蚀失效机理氧化、高温硫腐蚀、低 温硫酸腐蚀、高温钒盐腐蚀，停工期间的应 力腐蚀（如不锈钢的氯、连多硫酸腐蚀等， 炭钢的硫化物腐蚀） 管内腐蚀失效机理高温硫腐蚀、氢腐蚀、 氧腐蚀、电化学腐蚀、碱腐蚀等； 材料失效蠕变、石墨化、珠光体球化、渗 炭、脱炭等；30炉管损坏31炉管报废标准（除转化炉和乙烯裂解炉） 鼓包、裂缝或网状裂纹； 卧式炉管两托架之间的弯曲度大于2D； 腐蚀减薄、爆皮小于设计最小值； 外径达到45； 胀口超过规定值； 胀口腐蚀，脱落、露头32选材n 选材原则 含酸渣油220以上，酸值1.5-1.8mgKOH/g以上采用18- 8或31
12、6L材料；（至焦化炉之前用321或316材料）； 含硫油240以上用Cr5Mo材料， 分馏塔与汽提塔用OCr13复合板；塔盘用OCr13；分馏塔 至焦化炉管线用Cr9Mo； 焦化炉对流管用Cr5Mo，辐射管用Cr9Mo； 焦炭塔材料选15CrMoR，14Cr1MoR，塔内泡沫焦以上 200mm用OCr13（405S)复合板，焊条用ENiCrFe-2 ； 大油气线用OCr13复合板卷制；33小结 快速冷却是焦炭塔变形、材质劣化的主要原因； 在役碳钢焦炭塔的鼓包、表面裂纹、塔体倾斜和材质劣 化，不会出现安全问题；加强监测的条件下还有一定的 寿命，必要时进行安全评估； 目前焦炭塔大型化设计选用的CrMo钢材料和优良的 设计结构将比以前的设计有更高的寿命； CrMo钢材料也有鼓包、表面裂纹、塔体倾斜的问题 ，只是时间没到； 摸索最佳的冷却工艺，解决提高处理量和保护设备两者 的矛盾；34谢 谢35
