煉油廠延遲焦化裝置焦炭塔制造技術改進分析

尹勇

（中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司煉油廠，黑龍江 大慶 163711）

焦炭塔是延遲焦化裝置的重要組成部分，其性能狀態直接影響煉油廠的生產作業效果。人們通過對焦炭塔制造技術予以改進，能夠提升延遲焦化作業水平，因此，為了推動煉油廠生產力的發展，應深入分析焦炭塔技術改進，以構建出一套更為行之有效的改進方案，優化焦炭塔的生產運行水平。

1 改進目的

在煉油廠的生產中，使用延遲焦化工藝的主要目的是，將重質原油、減壓渣油等高殘碳低價值的油品，轉化為石焦油，以及高價值的液體、氣體產品，實現煉油生產。其中，焦炭塔作為延遲焦化生產中的關鍵應用設備，其作用在于，對高殘碳油品進行脫碳處理，使其順利轉化為其他高價值產品。但在實際生產中，焦炭塔通常會長期交替處于充焦期間的高溫環境以及除焦期間的冷卻環境中，形成冷熱疲勞問題，因此，在經過一段時間的應用后，焦炭塔往往會存在局部變形、裂縫的情況，嚴重時，封頭、裙座處均會出現較為嚴重的開裂現象，使焦炭塔在運作中，面臨著巨大的塔體墜落風險，影響了正常的延遲焦化生產。為此，研究者擬對焦炭塔的制造技術，進行改進，以期優化其使用性能，消除開裂、變形等使用質量缺陷，保證煉油廠生產活動的安全、順利開展。

2 改進過程

2.1 制造用材料改進分析

在焦炭塔的運行中，所存在的變形、開裂問題，主要來源于材料高溫強度不足、制造加工工藝水平不到位、結構不合理這三個方面，因此，在技術改進中，研究者從材料、工藝、結構這三點入手，采取了改進措施，以期改善焦炭塔的運行效果。其中，在材料改進中，研究者將重點放在了增強材料高溫強度方面，以降低充焦、除焦環節中的溫差交變應力循環，對焦炭塔所造成的疲勞損壞，緩解塔體變形、裂縫問題。為此，研究者采用了15CrMoR 珠光體鉻鋼，代替傳統材料，制作焦炭塔的主體。一般來說，材料的高溫強度性能，主要取決于其力學性能、蠕變極限以及高溫持久極限，而15CrMoR 鋼材料，在900 ～920℃正火熱處理條件下，15CrMoR 鋼的力學性能可以達到，Akv160J/cm2、Ψ70%，蠕變極限可以達到147 ～44MPa。此外，高溫持久極限為，L·M法條件下58.4 ～303.5MPa、等溫線條件下110 ～330MPa，由此可見，其力學、蠕變極限、高溫持久極限這幾項性能都較為優越，因此，具備足夠的高溫強度，將該材料應用到焦炭塔主體結構制造中，能夠降低溫差交變對設備性能的影響，達到改善制造技術的效果。此后，研究者考慮到，原油的含硫量較高，容易對15CrMoR 鋼產生腐蝕作用，因此，在容易受硫元素腐蝕作用影響的泡沫層以上位置，研究者采用了15CrMoR+410S 的復合鋼材，以增強設備結構的耐腐蝕性，深入優化了制造技術的改進效果。

2.2 錐形封頭技術環節改進

錐形封頭部分作為焦炭塔結構中的重要組成部分，待研究者確定了其制造材料為15CrMoR 鋼后，還要對其加工技術進行改進，以優化該部分結構的穩定性、耐用性，提升焦炭塔制造技術水平，促進煉油廠生產能力的發展。就目前來看，焦炭塔的錐形封頭部分，其厚度通常為40mm，大端尺寸為φ8500，小端尺寸為φ1800。在制造加工中，需先用模具、壓力機，對材料進行分瓣熱壓，以實現初步成型，然后，再予以組焊、正火處理，最后經過校正后，才能完成封頭結構的制造。但15CrMoR 鋼板的屈服強度較高，不容易成形，同時，封頭結構的尺寸、厚度、強度也比較大，所以，研究者采用了大型卷板機滾制成型工藝，代替傳統的分瓣熱壓工藝，以確保封頭結構的順利成型。而在此過程中，大型卷板機在滾制封頭結構時，經常產生較大的軸向力以及徑向壓力，造成機架、軋輥以及封頭結構表面的損傷，影響加工質量。為此，研究者將用于卷制操作的小圓弧端面進行了打磨，并在機架上設置了一對對稱擋輥，然后，注入潤滑油脂，解決了壓力摩擦損壞問題，提高了封頭的力學性能，降低了其變形、開裂的概率，完成了該項技術環節的改進。

2.3 封頭過渡段加工技術環節改進

封頭的過渡段是指錐形封頭與裙座連接的位置，該位置經常容易出現開裂問題，嚴重時會造成塔體墜落，因此，優化過渡段加工工藝，提高該部分穩定性，是此次技術改進的重點之一。一般來說，常規焦炭塔的過渡段尺寸為，截面620×201mm、φ8800mm，毛坯質量50t 左右。在制造加工中，需要先做出3 個大圓弧段，再將其焊接為一個整體的矩形截面圓環，最后，通過機械加工，使其轉變為最終的過渡段形態。結合上述制造加工過程，該技術環節的改進點主要包括，精煉、鍛造、壓彎、組對焊接、無損檢測、整體精加工。在此過程中，研究者將精煉澆筑溫度設置為1560 ～1660℃、鍛造溫度設置在1200℃、采用模具壓彎以控制變形、采用窄間隙手工焊工藝以提高焊接精準度、利用射線檢測保證檢測效果、設計專門支撐吊運工具防止變形，實現了對各項技術環節重點的落實質量把控，達到了改進該項技術環節的目的，緩解了過渡段開裂問題。

2.4 焊接技術環節改進

在泡沫層以上的焦炭塔結構部分，處于硫化物的影響范圍內，很容易受到腐蝕，而產生破損，尤其是焊點這種力學性能、耐腐蝕性能較為薄弱的部分，因此，在制造技術改進中，研究者對焊接工藝進行了改進，以期強化15CrMoR+410S復合鋼材的可靠性，增強焦炭塔質量。在此過程中，基礎的焊接程序為，先手工電弧焊基層、后堆焊覆層，研究者通過嚴謹地落實了焊前預熱、焊后消氫熱處理，并將溫度控制在160 ～250℃，待焊完后，立即升溫到350 ～400℃，以實現消氫處理，有效預防了焊縫硬度超標、焊紋這兩種常見的焊點質量缺陷，優化了設備結構的力學性能，達到了焊接工藝改進的目的。

2.5 應力熱處理技術環節改進

待焊接工藝完畢后，部分制造過程中產生的應力會殘存在焦炭塔的結構中，導致其結構中逐步出現裂縫問題，影響設備結構的穩定性，因此，需要采用應力熱處理技術，來去除殘存應力，以保證焦炭塔設備的制造效果。現階段，在焦炭塔制造技術中，常用的熱應力處理工藝主要為，將塔體分段，吊入專用加熱電爐中，進行應力熱處理，再將組裝，最后，采用局部熱處理措施，對組裝焊縫進行二次處理，以消除殘存應力。但由于該方法操作成本較高、效率較低，而且應力處理不充分，容易影響后續的焦炭塔使用效果。為此，研究者用內燃工藝代替了傳統的電爐加熱工藝，以實現該項制造技術工藝環節的改進。其中，該工藝的作用原理是通過使燃油在容器內部燃燒所產生的熱量，塑造熱處理環境，消除設備結構中殘存的應力，以達到無須分段，即可實現應力熱處理的效果。

2.6 裙座結構改進

目前，大部分焦炭塔的裙座結構均為下裙座結構，該結構容易受由溫差應力引起的塔體下段鼓脹問題影響，出現裂縫現象，導致塔體失穩，不利于煉油廠的安全生產，因此，研究者采用了高支撐上裙座結構，代替了傳統的下裙座結構，以降低應力因素對塔體穩定性的影響。在此過程中，高支撐上裙座結構，可以使充焦段懸空，改善該部分的受力方式，使塔體下段結構的受熱膨脹，不受裙座約束，以保持裙座結構的穩定、可靠狀態，實現對制造技術的優化。

3 結果分析

經過上述分析后，研究者通過圍繞焦炭塔制作工藝、制作結構方案、制作材料選擇這三個技術重點，開展了該技術改進工作，形成了一套較為全面的技術改進方案，然后，將該方案應用到了煉油廠的焦炭塔制作中，并將制作出的焦炭塔投入實際使用中。

經過較長一段時間的實際使用后，研究者發現，該焦炭塔依然保持著良好的運行狀態，且未出現裂紋、裂縫、腐蝕等問題，由此可見，其耐久性、穩定性，明顯優于傳統制造技術下的焦炭塔設備，因此，上述焦炭塔制造技術改進方案可行。

4 結語

綜上所述，增強焦炭塔制造技術的改進效果，有助于煉油廠作業水平的發展。在上述分析中，研究者通過優化制造用材料、制造加工工藝、結構方案這幾個制造技術方面，實現了制造技術改進，并對應用改進后制造技術，所制造出的焦炭塔進行了實際使用測試，發現其具備更好的性能，因此，上述改進方案可行。