焦炭塔檢驗及缺陷分析

程紹平，焦 政，劉秀生

(1.合肥通用機械研究院，安徽，合肥 230031;2.安徽氯堿化工集團，安徽 合肥 230011)

延遲焦化是以渣油和類似渣油的各種重質油、污油及原油為原料，通過加熱爐快速加熱到一定的溫度后進入焦炭塔，在塔內適宜的溫度、壓力條件下發生裂解、縮合反應，生成氣體、汽油、柴油、蠟油、循環油組分和焦炭的工藝過程，而焦炭塔則是焦化裝置的主要設備之一。早期大部分焦炭塔的材質基本上為20G，再加上惡劣操作環境和設計上的原因，導致了焦炭塔在使用過程中容易產生多種缺陷。

1 概況

某公司焦炭塔(塔-1/3、塔-1/4)技術參數如下:

設計壓力:0.41 MPa;設計溫度:475 ℃;容器規格:φ5 400 mm×16 mm×28 980 mm;主體材質:20 G;主體厚度:封頭26 mm/30 mm 筒體26 mm/28 mm;工作介質:焦炭、油氣;操作壓力:不超過0.23 MPa;操作溫度:上段/下段不超過415 ℃/不超過495 ℃。

該兩臺設備均在1996 年5 月投入使用，在2003 年6 月、2006 年1 月和2008 年4 月分別進行檢驗，主要問題是上球封和塔體上段減薄。

2 焦炭塔檢驗

根據焦炭塔(塔-1/3、塔-1/4)的工作特點和使用狀況(其長期在高溫、生焦、除焦的冷熱疲勞作用下運行，受高溫蠕變、低周熱疲勞、急冷急熱溫差熱應力等影響)，檢驗方案的內容應包括:宏觀檢驗;壁厚測定;無損檢測(表面磁粉，超聲抽查);金相檢驗及硬度測試等。

2.1 宏觀檢查

(1)內外觀檢查:裙座與下錐封焊縫發現多處裂紋;32 個裙座柔性槽上部全部開裂;上球封與支座墊板焊縫發現多處開裂。

(2)結構檢查:未見異常。

(3)幾何尺寸:合格。

2.2 壁厚測定

上球封、上筒節與支座墊板兩側焊縫位置腐蝕嚴重，詳見表1。

表1 塔-1/3 壁厚測定結果

表2 塔-1/4 壁厚測定結果

圖1 塔-1/3 上球封與上筒節密集測厚位置及壁厚減薄情況

圖2 塔-1/4 上球封與上筒節密集測厚位置

2.3 無損檢測

2.3.1 表面磁粉檢測

(1)塔-1/3 裙座與下錐封焊縫經磁粉檢測發現了長度為30～1 000 mm 的裂紋22 處。

(2)塔-1/3 的32 個裙座柔性槽上部全部開裂。

(3)塔-1/3 上球封與支座墊板焊縫發現4 處開裂。檢測結果見表3、裂紋位置見圖3。

表3 塔-1/3 上球封支座墊板磁粉檢測結果

圖3 塔-1/3 上球封與支座墊板焊縫磁粉檢測附圖

(4)塔-1/4 裙座與下錐封焊縫經磁粉檢測發現了長度為100～1 000 mm 的裂紋24 處。

(5)塔-1/4 的32 個裙座柔性槽上部全部開裂。

(6)塔-1/4 上球封與支座墊板焊縫發現6 處開裂。檢測結果見表4、裂紋位置見圖4。

表4 塔-1/4 上球封支座墊板磁粉檢測結果

圖4 塔-1/4 上球封與支座墊板焊縫磁粉檢測

2.3.2 超聲檢測

未發現超標缺陷。

2.4 金相分析及硬度測試

上述裂紋部位及減薄部位進行金相分析及硬度測試未見異常。

3 缺陷分析及處理

3.1 減薄部位分布

上球封減薄與筒節減薄部位分布見圖5 和圖6。

圖5 焦炭塔上球封與上筒節減薄部位剖面俯視分布

圖6 焦炭塔上球封與上筒節減薄部位剖面立視分布

3.2 減薄原因分析

減薄原因一:使用單位認為在操作時焦炭塔上段溫度為415 ℃，在此溫度下容器器壁強度有所下降，從而在上平臺和構件自重的作用下發生局部變形，局部變形部位經氣流沖刷造成器壁減薄;

減薄原因二:由于墊板、支腿和上平臺為一體，無法對墊板下部進行有效保溫，因此該部位的散熱會較快，導致溫度較低、結焦不夠致密，使H2S 較容易通過產生高溫硫腐蝕，造成器壁減薄;

為了進一步搞清減薄原因，又對該裝置另外兩臺焦炭塔(塔-1/1、塔-1/2)相應減薄部位進行外壁測厚，壁厚減薄分布見圖7 和圖8。

圖7 塔-1/1 上球封減薄部位分布

圖8 塔-1/2 上球封減薄部位分布

從圖7 和圖8 的測厚結果可以得出如下結論:越靠近平臺支腿側的壁厚減薄越嚴重。這主要是越靠近焊縫熱傳導越快，熱量損失越大，墊板溫度相對較低，較容易產生高溫硫腐蝕，這與減薄原因二的觀點基本吻合。

3.3 缺陷處理

(1)對上述裂紋進行打磨消除，消除裂紋的打磨深度在2 mm 以內時，應做圓滑過渡處理，不進行補焊;若消除裂紋的打磨深度超過2 mm，應通過有資質的返修單位進行打磨消除裂紋，再進行補焊。

(2)對減薄部位由原設計單位重新計算，外加貼板整固補強。按照以上方案對兩臺焦炭塔進行返修，返修后投入生產，已有兩年左右時間未出現任何問題。保證了裝置在維持焦炭塔現有結構和材質不變的情況下正常生產。

4 結語

根據TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規則》、結合焦炭塔工作運行特點和焦炭塔的損傷機理，主要闡述了編制正確、合理的檢驗方案，抓住重點檢驗部位和檢測項目，提高檢驗質量，確保設備安全運行的重要性。對焦炭塔易于減薄部位及其原因進行了分析，并介紹了缺陷部位的返修方法，為提高焦炭塔的檢測質量提供經驗和借鑒。

［1］張印國，陳洪濤.焦炭塔腐蝕與防護［J］.石油化工腐蝕與防護，2009，26(增刊1):87-89.

［2］彭蕾.焦炭塔裙座角焊縫開裂失效分析與處理［J］.石油化工設備技術，2007，28(5):54-55.

［3］趙艷梅，鄭國芬.焦炭塔環焊縫裂因及安全分析［J］.化工設備與管道，2001，38(6):34-35.