煉油廠延遲焦化裝置焦炭塔制造技術(shù)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(tài)直接影響煉油廠的生產(chǎn)作業(yè)效果。人們通過對焦炭塔制造技術(shù)予以改進，能夠提升延遲焦化作業(yè)水平，因此，為了推動煉油廠生產(chǎn)力的發(fā)展，應(yīng)深入分析焦炭塔技術(shù)改進，以構(gòu)建出一套更為行之有效的改進方案，優(yōu)化焦炭塔的生產(chǎn)運行水平。

1 改進目的

在煉油廠的生產(chǎn)中，使用延遲焦化工藝的主要目的是，將重質(zhì)原油、減壓渣油等高殘?zhí)嫉蛢r值的油品，轉(zhuǎn)化為石焦油，以及高價值的液體、氣體產(chǎn)品，實現(xiàn)煉油生產(chǎn)。其中，焦炭塔作為延遲焦化生產(chǎn)中的關(guān)鍵應(yīng)用設(shè)備，其作用在于，對高殘?zhí)加推愤M行脫碳處理，使其順利轉(zhuǎn)化為其他高價值產(chǎn)品。但在實際生產(chǎn)中，焦炭塔通常會長期交替處于充焦期間的高溫環(huán)境以及除焦期間的冷卻環(huán)境中，形成冷熱疲勞問題，因此，在經(jīng)過一段時間的應(yīng)用后，焦炭塔往往會存在局部變形、裂縫的情況，嚴(yán)重時，封頭、裙座處均會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的開裂現(xiàn)象，使焦炭塔在運作中，面臨著巨大的塔體墜落風(fēng)險，影響了正常的延遲焦化生產(chǎn)。為此，研究者擬對焦炭塔的制造技術(shù)，進行改進，以期優(yōu)化其使用性能，消除開裂、變形等使用質(zhì)量缺陷，保證煉油廠生產(chǎn)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(jié)構(gòu)不合理這三個方面，因此，在技術(shù)改進中，研究者從材料、工藝、結(jié)構(gòu)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(huán)節(jié)中的溫差交變應(yīng)力循環(huán)，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?zhèn)鹘y(tǒng)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(xué)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(xué)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(xué)、蠕變極限、高溫持久極限這幾項性能都較為優(yōu)越，因此，具備足夠的高溫強度，將該材料應(yīng)用到焦炭塔主體結(jié)構(gòu)制造中，能夠降低溫差交變對設(shè)備性能的影響，達到改善制造技術(shù)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(chǎn)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(fù)合鋼材，以增強設(shè)備結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性，深入優(yōu)化了制造技術(shù)的改進效果。

2.2 錐形封頭技術(shù)環(huán)節(jié)改進

錐形封頭部分作為焦炭塔結(jié)構(gòu)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(shù)進行改進，以優(yōu)化該部分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、耐用性，提升焦炭塔制造技術(shù)水平，促進煉油廠生產(chǎn)能力的發(fā)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(xiàn)初步成型，然后，再予以組焊、正火處理，最后經(jīng)過校正后，才能完成封頭結(jié)構(gòu)的制造。但15CrMoR 鋼板的屈服強度較高，不容易成形，同時，封頭結(jié)構(gòu)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?zhèn)鹘y(tǒng)的分瓣熱壓工藝，以確保封頭結(jié)構(gòu)的順利成型。而在此過程中，大型卷板機在滾制封頭結(jié)構(gòu)時，經(jīng)常產(chǎn)生較大的軸向力以及徑向壓力，造成機架、軋輥以及封頭結(jié)構(gòu)表面的損傷，影響加工質(zhì)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(shè)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(xué)性能，降低了其變形、開裂的概率，完成了該項技術(shù)環(huán)節(jié)的改進。

2.3 封頭過渡段加工技術(shù)環(huán)節(jié)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(jīng)常容易出現(xiàn)開裂問題，嚴(yán)重時會造成塔體墜落，因此，優(yōu)化過渡段加工工藝，提高該部分穩(wěn)定性，是此次技術(shù)改進的重點之一。一般來說，常規(guī)焦炭塔的過渡段尺寸為，截面620×201mm、φ8800mm，毛坯質(zhì)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(huán)，最后，通過機械加工，使其轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K的過渡段形態(tài)。結(jié)合上述制造加工過程，該技術(shù)環(huán)節(jié)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(shè)置為1560 ～1660℃、鍛造溫度設(shè)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(zhǔn)度、利用射線檢測保證檢測效果、設(shè)計專門支撐吊運工具防止變形，實現(xiàn)了對各項技術(shù)環(huán)節(jié)重點的落實質(zhì)量把控，達到了改進該項技術(shù)環(huán)節(jié)的目的，緩解了過渡段開裂問題。

2.4 焊接技術(shù)環(huán)節(jié)改進

在泡沫層以上的焦炭塔結(jié)構(gòu)部分，處于硫化物的影響范圍內(nèi)，很容易受到腐蝕，而產(chǎn)生破損，尤其是焊點這種力學(xué)性能、耐腐蝕性能較為薄弱的部分，因此，在制造技術(shù)改進中，研究者對焊接工藝進行了改進，以期強化15CrMoR+410S復(fù)合鋼材的可靠性，增強焦炭塔質(zhì)量。在此過程中，基礎(chǔ)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(yán)謹?shù)芈鋵嵙撕盖邦A(yù)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(xiàn)消氫處理，有效預(yù)防了焊縫硬度超標(biāo)、焊紋這兩種常見的焊點質(zhì)量缺陷，優(yōu)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，達到了焊接工藝改進的目的。

2.5 應(yīng)力熱處理技術(shù)環(huán)節(jié)改進

待焊接工藝完畢后，部分制造過程中產(chǎn)生的應(yīng)力會殘存在焦炭塔的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)中逐步出現(xiàn)裂縫問題，影響設(shè)備結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此，需要采用應(yīng)力熱處理技術(shù)，來去除殘存應(yīng)力，以保證焦炭塔設(shè)備的制造效果。現(xiàn)階段，在焦炭塔制造技術(shù)中，常用的熱應(yīng)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(yīng)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(yīng)力。但由于該方法操作成本較高、效率較低，而且應(yīng)力處理不充分，容易影響后續(xù)的焦炭塔使用效果。為此，研究者用內(nèi)燃工藝代替了傳統(tǒng)的電爐加熱工藝，以實現(xiàn)該項制造技術(shù)工藝環(huán)節(jié)的改進。其中，該工藝的作用原理是通過使燃油在容器內(nèi)部燃燒所產(chǎn)生的熱量，塑造熱處理環(huán)境，消除設(shè)備結(jié)構(gòu)中殘存的應(yīng)力，以達到無須分段，即可實現(xiàn)應(yīng)力熱處理的效果。

2.6 裙座結(jié)構(gòu)改進

目前，大部分焦炭塔的裙座結(jié)構(gòu)均為下裙座結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)容易受由溫差應(yīng)力引起的塔體下段鼓脹問題影響，出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，導(dǎo)致塔體失穩(wěn)，不利于煉油廠的安全生產(chǎn)，因此，研究者采用了高支撐上裙座結(jié)構(gòu)，代替了傳統(tǒng)的下裙座結(jié)構(gòu)，以降低應(yīng)力因素對塔體穩(wěn)定性的影響。在此過程中，高支撐上裙座結(jié)構(gòu)，可以使充焦段懸空，改善該部分的受力方式，使塔體下段結(jié)構(gòu)的受熱膨脹，不受裙座約束，以保持裙座結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、可靠狀態(tài)，實現(xiàn)對制造技術(shù)的優(yōu)化。

3 結(jié)果分析

經(jīng)過上述分析后，研究者通過圍繞焦炭塔制作工藝、制作結(jié)構(gòu)方案、制作材料選擇這三個技術(shù)重點，開展了該技術(shù)改進工作，形成了一套較為全面的技術(shù)改進方案，然后，將該方案應(yīng)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(jīng)過較長一段時間的實際使用后，研究者發(fā)現(xiàn)，該焦炭塔依然保持著良好的運行狀態(tài)，且未出現(xiàn)裂紋、裂縫、腐蝕等問題，由此可見，其耐久性、穩(wěn)定性，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)制造技術(shù)下的焦炭塔設(shè)備，因此，上述焦炭塔制造技術(shù)改進方案可行。

4 結(jié)語

綜上所述，增強焦炭塔制造技術(shù)的改進效果，有助于煉油廠作業(yè)水平的發(fā)展。在上述分析中，研究者通過優(yōu)化制造用材料、制造加工工藝、結(jié)構(gòu)方案這幾個制造技術(shù)方面，實現(xiàn)了制造技術(shù)改進，并對應(yīng)用改進后制造技術(shù)，所制造出的焦炭塔進行了實際使用測試，發(fā)現(xiàn)其具備更好的性能，因此，上述改進方案可行。