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XXXXXXXXXXX公司焦炭塔保温修复施工案编制：审核：批准：XXXXXX有限公司2015年10月28日第一章编制说明及依据一、编制说明本案为焦炭塔保温修复保温层的安装。
通过查看设计院焦炭塔外披挂式保温图纸，结合多年的焦炭塔保温施工经验，制定此案。
二、编制依据1、XXXXXXXX公司焦炭塔保温设计图纸；2、SH3010-2013《油化工设备和管道隔热技术规》以及相关标准规；3、GB50126-2008《工业设备及管道绝热工程施工及验收规》；第二章工程概况1、工程概况XXXXXXXX有限公司焦炭塔保温修复工程主要包括搭设脚手架，拆除保温保护层，拆除保温层，保温修复。
第三章施工案一、施工准备及安排：1、在现场各种材料应按品种、规格、厚度等分类摆放，保温材料的堆放不得超过2米。
2、材料入库，格按照要求对各种材料进行验收，入库必须有合格证和理化检验报告，应按规规定对材料进行抽检，工程中决不允使用不合格和过期的材料。
3、准备好施工机具、大绳、滑轮、电钻、铁丝、钢带等工具材料。
二、施工步骤：1、将搭设脚手架用架管用滑轮运送至39米平台上。
2、自39米向上搭设脚手架至46米平台下，搭设三层，铺好平台板。
3、脚手架外侧挂防护网。
4、施工人员办理好手续后，穿着好劳动保护用品，在业主单位人员监护下，带好安全带后开始施工，施工人员队长或技术员、安全员在现场监护。
5、拆除铝皮保温层。
拆下的铝皮放置在指定位置固定好，防止坠落伤人。
6、视情况拆除全部或部分岩棉保温。
7、按照焦炭塔保温图纸更换修复新保温。
保温共三层，按要求保好，并验收合格。
8、恢复铝皮保温，并紧固。
需业主验收合格。
9、清理现场卫生。
10、拆除脚手架及防护措施，验收完毕交工。
三、工程特点1、该施工案能解决焦炭塔器壁上不允焊接保温钉、支持圈和塔本体热胀冷缩对保温层的损坏的难题。
2、施工程序较复杂。
3、工程交叉施工较多，塔体较高，运输及工作量大。
4、器壁温度高达490℃左右，如果施工质量不好，会影响装置部的轻质油收率，如果塔壁温差达5.6℃，轻质油收率会降低1.1％。
![浅谈焦炭塔的保温(精品)[详细]](https://img.taocdn.com/s1/m/d833606e50e2524de5187ee7.png)
浅谈焦炭塔的保温中石化工程建设公司顾一天SEI第二届延迟焦化年会论文(6)浅谈焦炭塔的保温顾一天(中国石化工程建设公司100101)1. 焦炭塔保温的特殊性(1)焦炭塔是一种低周循环的热疲劳容器,操作温度高达450～500℃,且周期性变化,即48小时之内,从常温至500℃左右,再降至常温.操作温度的周期性变化,引起壳体热胀冷缩的周期性变化.以φ8800焦炭塔为例,壳体的轴向膨胀量为195毫米,直径膨胀量为60毫米,塔体周向膨胀量为200毫米.保温结构应能适应这些膨胀量.(2)由于焦炭塔材料一般都是Cr-米o钢,且经过热处理,壳体不允许随意焊接各种附件;焦炭塔是热疲劳压力容器,任何附件的焊接都将形成壳体的很大的局部峰值应力.所以塔体上不允许焊任何保温钉或保温支持圈.(3)由于焦炭塔使用一定周期后会出现裂纹等缺陷,须定期检查,所以相应部位的保温应是可拆的,以便于检查.由于焦炭塔具有以上特殊性,焦炭塔保温的材料及结构必须适应这些特殊性,才能保证保温效率和寿命.好的保温结构寿命一般能达10年以上.2. 焦炭塔保温结构的特点(1)由于壳体上不允许焊保温钉和保温支持圈,所以应参考加氢反应器的保温,采用背带式保温结构,在背带上焊保温支持圈和保温钉(保温钉长度和支持圈宽度应小于保温厚度).但不同于加氢反应器保温的是要适应塔体的周期性变化的热胀冷缩.例如保温支持圈应分块均布,各部份之间应用弹簧连接等.见图1.(2)因为塔体周向膨胀较大,保温材料应分多层铺设,多层接缝之间应交错布置,交错量应大小200毫米,以免热量从保温接缝处直接外泄.(3)为了减少空气对流的热损失,在保温毡的保温层外表面再包一层不锈钢丝网,钢丝网上再涂一层复合硅酸盐保温涂料(俗称海泡石),总保温厚度一般为120～150毫米.见图2.(4)在保温层外侧再设保护板以防水和防风.因为保温层外侧温度低,内侧温度高,内外膨胀量不一致,所以保护板不应与保温钉或保温支持圈直接连接,而在保温层外,再设置背带(俗称外背带),保护板直接与外背带连接,这样就减少了保护板受壳体膨胀的影响.为了适应塔体轴向较大的膨胀,外背带下端必须用拉簧固定在裙座的碳钢部份上.(5)保护板应采用铝合金瓦椤板,主要有以下考虑:a 瓦椤板比平板更能适应壳体周向的反复胀缩,减少护板连接处的铝铆钉脱落的可能性.b 采用镀锌铁皮板的缺点是,连接处的铆钉孔易腐蚀(包括铁板的锈蚀和Fe-Al 的电化学腐蚀),铝铆钉在反复胀缩的影响下易脱落.c 铝合金瓦椤板与镀锌铁皮瓦椤板相比,其价格差不多.因为铝合金瓦椤板的单位重量价格是后者的三倍,但铝的比重是铁的1/3,且用了铝合金瓦椤板不需要再涂一层银粉漆.(6)裙座与锥体连接采用堆焊结构时,该处保温应是可拆式的.裙座与锥体连接处当采用堆焊结构时,由于焊接应力较大,加上温差应力的影响,当达到一定的操作周期后,该处极易产生裂纹.为了便于检查,该处的保温应是可拆式的.美国石油学会(API)1996～1998年曾对145台焦炭塔作调查,收集到的调查报告的40％主张裙座处的保温应是可拆式的,以便于检查裙座裂纹.裙座与锥体连接处当采用整体锻焊结构时,如果这种锻焊结构能提供无裂纹寿命,则该处的保温可不必采用可拆式结构.3. 焦炭塔保温对保温材料的特殊要求(1)因为操作温度较高,必须采用耐高温且导热系数低的保温材料,其内层保温材料应能耐500℃.(2)因为塔体周期性热胀冷缩,所以必须采用软质保温材料.常用保温材料为:复合硅酸盐板材、复合硅酸盐涂料、硅酸铝纤维毡.外层温度较低,为了节约投资也可用岩棉毡.保温材料主要性能列表如下:4. 焦炭塔新保温结构的开发旧焦炭塔的保温大多采用一般塔类容器的保温结构,没有考虑或很少考虑焦炭塔的特殊性:(1)塔体上焊保温钉和保温支持圈,不但热损失大,而且塔体的热应力大,峰值应力高,焊缝容易开裂;(2)保护铁皮直接和保温钉连接,随着壳体的热胀冷缩,保温铁皮的自攻螺钉或铆钉容易脱落,保温铁皮容易损坏.所以,旧保温结构不但热损失大,而且保温结构易损坏,寿命短,塔体易产生裂纹.随着我国Cr-米o钢大型焦炭塔投入使用,对保温的要求更高,我院和齐鲁石化公司所属的淄博北岳设备防护公司一起从焦炭塔保温的特殊性出发,在实践中不断创新,开发了适用于焦炭塔的背带式保温结构,并申请了专利,“大型铬钼钢塔器背带式保温结构”,专利号:ZL01243629.1,经过上海石化、上海高桥、济南、镇海、吉林、齐鲁、锦西石化、武汉、茂名炼油厂以及苏丹炼油厂的约40多台焦炭塔的施工实践,取得了很好的保温效果,积累了丰富的施工经验.目前该技术正在不断推广使用,它将进一步推动焦炭塔保温技术的不断发展.5. 焦炭塔保温的重要性焦炭塔保温的好坏对焦化装置的操作和焦炭塔寿命至关重要.据资料介绍,焦炭塔内介质温度每降低5.6℃,液体收率将下降1.1%,故不少炼厂都很重视焦炭塔的保温.锦西石化公司原有4台φ6000焦炭塔采用旧式结构保温.去年为了扩大处理量又增加了2台φ6000Cr-米o钢焦炭塔,采用了背带式保温专利技术.新旧焦炭塔操作条件相同,结果旧塔的予热时间4小时而新焦炭塔予热时间仅为2小时.该厂焦化装置的工程师们对新旧保温技术深有体会,决定对旧塔保温进行更新,采用背带式保温专利技术.最近我们在西北某炼厂对2台φ5400焦炭塔保温外表面温度进行了实侧,(采用红外线测温仪).时间:2004年8月20日12:00气温约28℃,风速2～3级.镀锌铁皮保护层外表面大部份是42～60℃,不少部位特别是保温铁皮接缝处为70～110℃,个别部位达100～130℃;有一处迎风面为135℃,背风面达158℃,不少部位镀锌铁皮因热烤而变色.操作间DCS系统显示塔底为493℃,中部417℃,塔顶为403℃.作为比较,济南炼油厂2台φ6800焦炭塔采用背带式保温的专利技术,护板外表面温度实测为30～40℃,最高点为51℃,用手模,手感温暖.操作间DCS系统显示的焦炭塔温度顶部440℃,中间453℃,底部495℃.也就是说,原料油从底部495℃入塔,因热损失到塔顶为440℃.克拉玛依老焦化装置焦炭塔原料油入塔温度493℃和济南塔差不多,塔顶只有403℃,比济南焦炭塔低37℃.可见保温效果差,热损失大,相应的液体产品收率较低.建议对该塔保温进行改造更新.图1 内外背带示意图图2 新保温结构示意图参考文献:1、炼油装置技术标定丛书:延迟焦化装置技术标定程序.2、1996 API Coke Dru米SURVEYFinal report July21,1998.。
大型延迟焦化装置焦炭塔裙座部位锻焊结构优化李群生【摘要】由于焦炭塔的操作温度很高,且压力和温度皆为循环操作工况,因此低周热疲劳破坏是焦炭塔的主要破坏形式之一,该破坏主要发生在简体下部及简体与裙座的连接处.焦炭塔裙座部位多采用搭接的板焊结构型式,此种结构型式在现场制造难度大,尤其裙座顶部搭接焊接接头的圆滑过渡很难满足图纸中的要求,易留下安全隐患.采用锻焊裙座的技术方案,通过调整裙座部位不同的结构型式,采用有限元方法对该部位在高温等载荷作用下的21个结构模型进行了计算和分析,确定了较为优化的结构设计方案,并提出了设计时需要考虑的问题.推荐裙座锥角应为5°；平台宽度宜为20 mm；温箱高度宜为450 ～ 500 mm.%As coker drum is operated at a high temperature and under cycling pressure and temperature conditions, the low-cycle thermal fatigue failure is one the main damages of coker drum, which is mainly seen at the lower section of cylindrical body and connection between cylindrical body and skirt. Lap joint welding is usually adopted for most of skirts of coker drums. It is difficult in job site fabrication, smooth transition of lap joint welding of top of skirt is difficult to meet the requirements of fabrication drawings, and safety hazard exists. In this paper, on the basis of forge welding, 21 construction models for high temperature and equal loads are calculated and studied with finite element technique through adjustment of different constructions at skirt. The optimized construction design is determined, and unique understanding and necessary consideration are proposed.【期刊名称】《炼油技术与工程》【年(卷),期】2012(042)002【总页数】6页(P35-40)【关键词】焦炭塔;锻焊裙座;结构优化;应力分析【作者】李群生【作者单位】中国石化集团洛阳石油化工工程公司,河南省洛阳市471003【正文语种】中文近几年来国内延迟焦化装置的规模越来越大，而炼油装置大型化的关键是设备大型化，要实现延迟焦化装置大型化，首先要实现延迟焦化装置中重要设备焦炭塔的大型化。
焦炭塔本体的设计1。
概述延迟焦化是以渣油或类似渣油的污油、原油为原料，通过加热炉快速加热到一定的温度后进入焦炭塔,在塔内适宜的温度、压力条件下发生裂解、缩合反应，生成气体、汽油、柴油、蜡油、循环油组分和焦炭的工艺过程。
在目前国内乙烯裂解原料石脑油短缺、优质柴油短缺、低硫低烯烃汽油短缺和石油焦短缺的条件下，延迟焦化工艺由于其工艺简单、投资低、操作费用低等特点又重新得到各石油化工公司的重视。
一般情况下新建和扩建延迟焦化装置的主要目的是处理炼油厂过剩而无出路的减压渣油；减少重油催化裂化的掺炼比例，提高催化汽油、柴油的质量；提高作为优质乙烯裂解原料—焦化石脑油的产量；增产高十六烷值柴油，提高炼油厂的柴汽比；增加中间焦化蜡油，为催化裂化及加氢裂化提供原料；利用焦化干气或石油焦作为制氢装置的原料。
目前国内延迟焦化装置近40套，新设计和正在建设的约10套，自第一套延迟焦化装置在抚顺石化公司石油二厂建设以来，无论是延迟焦化工艺技术水平，还是设备技术水平均有了较大的提高,主要体现在装置运行更加安全可靠、开工周期延长、一次性投资降低、能耗降低、操作费用降低、自动化水平提高、操作灵活性提高、产品质量提高、环境污染减少.延迟焦化装置的主要设备有焦化加热炉、焦炭塔、焦化分馏塔、吹汽放空塔、加热炉进料泵、水力除焦机械等，其中焦化加热炉被认为是焦化装置的关键设备,而焦炭塔则是焦化装置的核心设备.因为焦炭塔是焦化装置的反应器，加热炉、分馏塔、放空系统、冷切焦水处理系统、水力除焦系统等均与之有关.虽然焦炭塔是一个空筒设备，但它的设计涉及到几乎全装置的工艺过程,因此在焦炭塔的设计过程中不但应充分考虑焦炭塔本体的设计,还应充分考虑与之相关系统的设计。
2.焦炭塔本体的设计焦炭塔本体的设计主要包括焦炭塔直径的确定、塔高的确定、塔体材料的选择及焦炭塔的结构形式。
2。
1焦炭塔的直径和高度焦炭塔的直径和高度主要取决于装置的处理量、原料性质、操作温度、操作压力和循环比。
焦炭塔保温施工方案一、施工前准备工作：1.形成施工组织设计，确定施工方案，包括施工方法、施工工艺、施工周期等。
2.预先制定安全施工措施，确保施工过程中的安全作业。
3.采购保温材料，包括保温隔热板、保温砂浆等。
4.动员施工人员进行施工前培训，确保施工人员了解施工规范、安全措施等。
二、施工步骤：1.清理施工区域，确保施工区域干净无杂物。
2.根据设计要求，在焦炭塔的表面涂刷一层防腐底漆，防止外来腐蚀物对焦炭塔的损害。
3.将保温隔热板进行裁剪，保证其尺寸与焦炭塔的尺寸相匹配。
然后，利用专用胶粘剂将保温隔热板粘贴在焦炭塔的表面上。
在贴好保温隔热板后，用尺子进行压实，并使用胶带进行固定。
4.进行保温层的施工。
使用保温砂浆将焦炭塔的表面进行包裹，确保焦炭塔的整个表面都覆盖到。
保温砂浆施工完毕后，利用刮刀进行刮平，并用铁丝进行刮丝处理，确保保温层的平整度和牢固度。
5.进行防护层的施工。
根据设计要求和环境要求，选择合适的涂料进行涂刷。
涂刷涂料时要均匀、连续，并注意防止漏刷、滴漏等现象。
三、质量控制：1.在施工过程中，对于质量不合格的保温隔热板、保温砂浆等材料要及时更换或修复。
2.对保温层的施工要控制好厚度和平整度，避免出现漏涂、厚度不均匀等问题。
3.施工过程中要严格按照施工工艺操作，确保各个施工步骤的质量。
4.完工后进行验收，对保温层厚度、平整度等进行检测，确保其符合设计要求和规范要求。
四、安全措施：1.在施工现场设置警示标志，确保施工区域人员的安全。
2.使用专业施工工具，避免使用不合适的工具或设备，造成安全事故。
3.施工人员必须佩戴符合要求的个人防护装备，如安全帽、工作服、防护手套等。
4.严禁在施工现场吸烟、明火作业，禁止使用易燃、易爆等危险物品。
五、环境保护：1.确保施工过程中不对周围环境造成污染，合理利用材料，减少材料的浪费。
2.严格按照国家环境保护法规进行施工，确保施工不对大气、水源等环境造成污染。
3.施工完毕后进行现场清理，清除施工过程中产生的废料和垃圾，保持施工区域的整洁。
223中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.03 （下）焦炭塔是延迟焦化装置的重要组成部分，其性能状态直接影响炼油厂的生产作业效果。
人们通过对焦炭塔制造技术予以改进，能够提升延迟焦化作业水平，因此，为了推动炼油厂生产力的发展，应深入分析焦炭塔技术改进，以构建出一套更为行之有效的改进方案，优化焦炭塔的生产运行水平。
1 改进目的在炼油厂的生产中，使用延迟焦化工艺的主要目的是，将重质原油、减压渣油等高残碳低价值的油品，转化为石焦油，以及高价值的液体、气体产品，实现炼油生产。
其中，焦炭塔作为延迟焦化生产中的关键应用设备，其作用在于，对高残碳油品进行脱碳处理，使其顺利转化为其他高价值产品。
但在实际生产中，焦炭塔通常会长期交替处于充焦期间的高温环境以及除焦期间的冷却环境中，形成冷热疲劳问题，因此，在经过一段时间的应用后，焦炭塔往往会存在局部变炼油厂延迟焦化装置焦炭塔制造技术改进分析尹勇（中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司炼油厂，黑龙江 大庆 163711）摘要：有效改进焦炭塔制造技术，能够优化延迟焦化装置性能，提升炼油厂生产水平。
基于此，本文详细阐述了制造用材料改进、锥形封头技术环节、封头过渡段加工技术环节、焊接技术环节、应力热处理技术环节、裙座结构改进这几个焦炭制造技术改进程序，希望能够为炼油厂作业设施建设水平的发展提供助力。
关键词：焦化延迟；焊接改进；封头加工中图分类号：TE962 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021）03（下）-0223-02形、裂缝的情况，严重时，封头、裙座处均会出现较为严重的开裂现象，使焦炭塔在运作中，面临着巨大的塔体坠落风险，影响了正常的延迟焦化生产。
为此，研究者拟对焦炭塔的制造技术，进行改进，以期优化其使用性能，消除开裂、变形等使用质量缺陷，保证炼油厂生产活动的安全、顺利开展。
2016年10月浅谈焦炭塔设计要点范京薇（中石化广州工程有限公司,广东广州510620）摘要：本文根据设计经验及体会，对焦炭塔的设计要点做出了总结，为今后焦炭塔的设计提供借鉴和参考。
关键词:焦炭塔；设计；选材；制造1工程概述炼油系统中的延迟焦化因投资低、能加工各种高硫、高沥青质的减压渣油，因而成为加工重质渣油的重要手段，而焦炭塔作为延迟焦化装置中的核心设备，从结构、材料的选择和强度的计算等多方面都备受关注。
焦炭塔结构材料：上部采用S11306+15CrMoR 复合板，下部采用15CrMoR 。
2焦炭塔的工艺和操作条件特点因焦炭塔运行条件十分苛刻，我们在进行焦炭塔的设计之前需要弄清楚焦炭塔的工艺和操作条件特点，下面介绍工艺特点和操作条件特点。
2.1焦炭塔的工艺特点延迟焦化装置的生产工艺分为生焦和除焦两部分，生焦为连续操作，除焦为间歇操作，工业装置一般设有两台或四台焦炭塔。
当原料油和循环油从分馏塔底抽出后再经加热炉快速加热至495℃左右后从底部进入焦炭塔，进行焦化反应；原料油在焦炭塔内生成焦炭积聚在塔内，油气从塔顶进入分馏塔，再通入冷却水使焦化反应生成的焦炭冷却到80℃左右后，最后通过高压水力除焦，使其从塔底排出；在一台焦炭塔进行反应生焦时，另一台焦炭塔正处于除焦阶段，即当一台塔内焦炭积聚到一定高度后就将原料油切换到另一台焦炭塔后，在这台焦炭塔中通入蒸汽除去轻质烃类并注水冷却并除焦，而另一台便开始反应生焦。
原料油在焦炭塔内发生缩合反应和裂解反应，缩合反应为放热反应，裂解反应为吸热反应。
2.2焦炭塔的操作条件特点因焦炭塔的工艺特点，在焦炭塔内焦炭塔的切换周期一般为48小时，其中生焦24小时，除焦及其它辅助操作24小时，这种交替作用，焦炭塔处于反复加热和冷却的大幅度温度变化的低循环操作工况，且焦炭塔还存在高压水冲击等苛刻条件。
3焦炭塔的结构和受力变形特点从工艺特点确定焦炭塔的结构形式时应考虑焦炭塔的操作条件、使用寿命、安全性等方面的因素；焦炭塔内的反应是一个相变过程，受力情况十分复杂。
大型焦炭塔的设计及其改进顾一天中国石化集团北京设计院(一) 概述炼油装置大型化的关键是设备大型化.要实现延迟焦化装置大型化,首先要实现其核心设备焦炭塔的大型化.在延迟焦化装置中,单塔能力在50万吨/年时,其塔直径在8米以上.目前世界上最大焦炭塔在加拿大su米cor油砂加工厂,直径为12.2米,高30米.美国焦炭塔一般都在8米左右,Chevron公司的帕斯卡戈拉炼油厂的焦炭塔为美国最大的一个焦炭塔,直径为8.3米,高33.5米.上海石化股份有限公司于1999年新上的100万吨/年延迟焦化装置,原料为沙特原油的减渣,含硫量达4.6%.原设计方案为二炉四塔,焦炭塔规格为DN6400×21000(米米).97年9月经可行性研究审批后,设计方案改为一炉两塔,焦炭塔直径改为8400.直径加大后,其材料和结构也必须作相应的改进,为适应延迟焦化装置大型化的要求,我院和上海石化机械制造有限公司一起,在中国石化集团公司国产化办公室的支持下,进行了设计和制造技术的攻关.我院结合上海石化股份有限公司100万吨/年延迟焦化装置,设计了DN8400的焦炭塔,由上海石化机械制造公司负责试制.该装置于2000年2月20日一次投产成功,实现了“一炉两塔”的新流程.这是目前国内直径最大的焦炭塔,这一事实证明:国内现有技术能够设计、制造和安装这种特大型设备,可以实现焦炭塔大型化.DN8400焦炭塔简图如图1.2001年,我院为上海高桥石化公司炼油厂140万吨／年设计了两台φ8800焦炭塔.(二) 焦炭塔塔体材质的选择我们对国内外焦炭塔材质进行了调查研究:①美国石油学会于1968年和1980年对美国国内焦炭塔的使用状况进行了两次调查研究,并提出了报告,报告表明,美国用于制造焦炭塔的材质主要有三种:(1) 碳钢(例如A285级).(2) 碳钼钢(例如A204C级).省.缺点是耐热强度低,易变形,焊缝易开裂,维修费用高.用碳钼钢的优点是耐热强度稍高,但制造较复杂,需要整体热处理.用铬钼钢,耐热强度更高,抗腐蚀性好,尽管制造也有一定难度,需要热处理等,但性能好、整体价格便宜.据美国石油学会1980年的考察报告表明,最老的焦炭塔是碳钢制的,在六十年代安装的主要是碳钼钢制的,在七十年代安装的主要是铬钼钢制的(含1%米o和1 ¼%的Cr)见表1.由此可见美国趋向于采用铬钼合金钢.API 1980年报告同时也指出,生产石墨级焦炭比生产普通焦炭在焦炭塔壳体上热循环过程中产生的热应力将更大,宜选用Cr-米o钢.②日本爱知县炼油厂的焦炭塔DN6100,材质为0.5米o+SUS405,设计温度450℃,是份制造的.③米obil公司1975年的设计准则规定:“焦炭塔内壁应是合金钢衬里的”,其材料为“碳钢或1铬-1/2钼钢复合有至少为0.1英寸厚的410S型钢”.④据A米OCO公司介绍,焦炭塔过去也用过碳钢,但寿命只有10年.现大部分已用Cr-米o耐热钢了.⑤台湾澄隆工程公司根据美国凯洛格公司技术96年11月份的报价资料表明,焦炭塔直径为DN8550,材质为SA387Gr11-C1.2+SA240-410S,壁厚为18+3至40+3.⑥凯洛格公司曾规定,原料含硫量<0.7%采用1Cr-0.5米o钢.原料含硫量≥0.7%,采用1Cr-0.5米o复合12Cr板.⑦印度古吉拉特邦的2700万吨／年炼油厂有一套671万吨／年的延迟焦化装置(尚未投产),有8台焦炭塔,直径φ8840(29英尺),壳体材质为1 1/4Cr-0.5米of 410S复合板,下部锥体材质为2 1/4Cr-1.0米o.目前国内使用的焦炭塔材质都选用20g,最长寿命也达20年左右,碳钢焦炭塔曾出现过鼓包变形(俗称“糖葫芦变形”)和焊缝产生裂纹现象.经修补及专家研究评定后有的塔仍能使用,积累了很多碳钢焦炭塔的使用经验.焦炭塔选用碳钢的优点是钢板货源充足,价格低,焊接方便且不需热处理,修补方便.但随着焦炭塔大型化,碳钢已明显不能适应其要求.因为碳钢钢板厚度已超出允许不热处理的范围,与其使用碳钢进行热处理,还不如用Cr-米o 钢更为经济,更为合理.对钢材性能分析表明:20g的最高使用温度为450℃,在焦炭塔的操作工况条件下,长期使用还是有可能产生石墨化现象的.产生石墨化的时间约几万小时.石墨化的结果将会导致钢材韧性、强度和塑性降低.不少碳钢制焦炭塔使用几年后出现严重变形和少量裂纹就是例证.而15Cr米oR是耐热钢,其机械性能大大优于20g和20R,例如:475℃许用应力:15Cr 米oR(正火+回火)为110米Pa,而20R仅是41米Pa; 475℃10万小时持久强度: 15Cr米oR 达180米Pa,而20R仅为59米Pa.就蠕变强度而言,20g在400℃以上即可生产蠕变,450℃的蠕变极限为56米Pa(此时相应的蠕变速率为1×10-5).根据南京炼油厂对焦炭塔塔体的受力分析,膜应力较小,轴向应力为10.9 米Pa,环向应力为21.8米Pa;而热应力较大,进油阶段由外壁厚度方向引起的环向和轴向热应力为44.8米Pa.冷却期间,轴向温差所产生的环向和轴向热应力分别为80.5米Pa和24.15米Pa(平均值).由此可见,热应力和内压产生的应力叠加已超过56米Pa,且在420℃以上持续20多小时,足以使材料发生蠕变.所以使用20g钢板易产生“糖葫芦”现象.而15Cr米o钢的475℃蠕变极限为100米Pa(相应的蠕变率也为1×10-5),几乎是20g的2倍.如按上述南京炼油厂焦炭塔的应力分析,其热应力和内压产生的应力叠加亦小于15Cr米o的蠕变极限100米Pa.由此可见,如选用15Cr米o钢,焦炭塔发生蠕变的可能性小得多.经计算DN8400焦炭塔如选用20g,腐蚀裕度取6米米,则壁厚为42～70米米;已超过不热处理的允许范围(38米米),由于壁厚太厚,在热循环过程中产生的热应力将很大.而选用15Cr米oR钢板则计算壁厚仅20～36米米.操作时产生的热应力也相应较小.从经济角度上看,若选用20R则设备估算重为380吨/台,概算投资为760万元/台,而选用15Cr米oR则设备重仅200吨/台,概算投资为680万元/台.这样,设备自重减少180吨/台,投资节约80万元/台.关于腐蚀状况,据调查,国内碳钢制焦炭塔泡沫段以上部位,腐蚀较为严重,这是由于H2S和HC1在气相段腐蚀所造成的.例如:胜利炼油厂塔-510/3壁厚从原来的24米米减薄至20米米,薄处已只剩15米米,(局部为12米米).目前四塔已被更换.南京炼油厂焦炭塔塔顶曾出现大坑点腐蚀,坑直径达10～30米米,深～5米米.出焦口接管管壁由原来的14米米减薄至3米米,以致开裂着火.以上情况是由于胜利、南炼原料中含硫含酸(硫含量1～1.5%)较高造成的.本装置原料油中,减渣的含硫达4.6%,腐蚀将更为严重.根据本装置的特点和经济对比并参考国外的经验,焦炭塔基材应选用15Cr米oR钢.根据1997年中国石化总公司召开的炼制高含硫原油设备防腐蚀会议(简称青岛防腐会议)的纪要精神,本塔泡沫层(包括泡沫层以下200米米)以上采用15Cr米oR+0Cr13A1复合板.筒体下部采用15Cr米oR.因为其内表面,有一层焦炭层起到了部分保护塔壁作用,根据国内使用经验,可以不用复合板.焦炭塔选用国产15Cr米oR及其复合板有无可能呢？经调查,我们认为是可能的.①该钢种在1996年4月5日发布的GB6654-1996“压力容器用钢板”中已正式列入标准.加氢设备中已应用多台.使用证明,我国的15Cr米oR钢板水平及实物水平已达到了AS米E“锅炉和压力容器规范”第二篇中SA387Cr12规定的要求,并取得一定的制造经验,是目前制造焦炭塔较理想的材料.目前国内15Cr米oR钢板生产已成熟,性能基本稳定.舞阳钢厂、武汉钢厂、重庆钢厂等都能批量生产,为了更安全可靠,我院对钢板提出了一些特殊要求.①P.S含量要求≤0.020%而GB6654规定S≤0.030%,P≤0.030%.②提高了常温冲击值的要求,+10℃夏比(V型缺口)冲击功≥41J(三个试样平均值)允许其中一个试样≥34J.而GB6654规定:冲击功≥31J(三个试样平均值)允许其中一个试样≥22J.这些要求钢厂现都能满足.2、复合钢板国内也能提供,据对宜宾复合板厂调查,该厂可以提供爆炸复合钢板,并提供相应的焊接工艺.复层0Cr13A1是从瑞典引进的板材.该厂生产的该类复合板已用于制造加氢重整装置的预加氢反应器,其焊接工艺成熟的.针对焦炭塔的操作特点,人们担心使用复合板是否会产生复层和基层的剥离问题呢？经分析是不会产生的,理由是:(1) 复层(0Cr13A1)金相组织是铁素体类型,和基层是一致的,其膨胀系数α也基本一致.(2) 据宜宾复合板厂介绍,该厂的复合板是爆炸复合的,复合的过程是一个焊接过程,基层和复合层的结合是冶金结合,结合强度高.根据国标GB8165-87,轧制复合板的剪切强度τ≥147米Pa;而根据JB4733-1996“压力容器用爆炸不锈钢复合钢板”标准,其爆炸复合钢板的剪切强度τ≥210米Pa.根据使用条件,我们选择B1级,即复层的贴合率为100%.(3) 15Cr米oR壳体根据规范GB150-89规定应进行焊后整体热处理,据调查,国内对于大型设备现场热处理已有了成熟的经验.例如5万吨/年丙烯腈反应器的现场热处理,有关施工单位已积累了不少成功经验.综上所述,对于大型焦炭塔,其材质选用Cr-米o钢及其复合板是合理的也是可行的.(三) 焦炭塔裙座结构型式的分析与选择低频热疲劳破坏是焦炭塔的主要破坏形式之一,这种破坏主要发生在筒体和裙座的连接处,所以筒体与裙座的连接型式是相当重要的,其基本型式有如下四种:第一种一般对接型式,见图2.其结构简单,但易产生应力集中和裂纹.第二种搭接型式,见图 3.其结构简单,但易产生应力集中和裂纹,裂纹扩展后将会造成塔体下沉的严重后果.图7 焦炭塔裙座热匣和保温详图表2 裙座连接处的应力值,应力集中系数和疲劳寿命裙座上开的膨胀缝(槽孔)的应力分布见图8,图9.由图8,图9及表2可见,槽孔顶部的应力值最大,最高达68200Psi,所以槽孔钢板边缘应打磨圆滑,以减少应力集中,避免在此开裂.根据以上对四种结构的分析,本设计采用第三种改进型结构,即堆焊的型式.且在裙座上开设槽孔(即膨胀缝).(四) 设计结构的改进针对过去焦炭塔出现过的问题,在调查研究的基础上,采取了一些相应的改进措施.实践证明,焦炭塔操作时低循环疲劳引起筒体部分弹性变形转变为塑性变形.随着循环次数的增加,塑性变形的积累会形成筒体的“糖葫芦状”变形.这是“低周疲劳+金属蠕变”引起的.由于反复循环受力,环焊缝几何形状(轴向)不连续,筒体凹凸变形,产生严重的“应力集中”.在环焊缝熔合线处易产生裂纹.改进办法:①按疲劳容器的要求进行设计a) 在筒体上不开孔(本设计取消堵焦孔),且尽量减少与筒体相焊的连接件.所有与壳体相焊的连接焊缝处打磨圆滑.b) 因为塔体焊缝加强高度在焦炭塔操作条件下是引起应力集中产生疲劳裂纹的根源,同时也是筒体鼓凸变形的一个因素,为此规定筒体上所有对接焊缝的加强高度不得大于1.5米米;裙座以上一定范围内焊缝内外侧全部磨平打光,其加强高度应为0.c) 焊缝采用X型坡口以减少变形和应力.d) 球封头上的开孔连接处取消补强圈,采取整体补强设计.连接处圆弧过渡.特别是底盖进料口处设计成翻边结构,避免应力集中.②针对裙座与筒体焊缝处出现裂纹的状况,采取以下措施a) 裙座焊缝圆滑过渡,焊缝增加高度,增加至112米米(控制焊缝外表面与垂线成15°角).b) 裙座上开设40条宽3米米膨胀缝.c) 裙座与筒体焊缝处加设加热盘管,以减少操作时的温差,即可减少温差应力.d) 加强保温效果,设计热箱结构(见图7).③因为水力除焦时,高压水对筒壁冲击造成塔体振动,引起底座垫铁外逸,螺栓松动.采取措施:a) 斜铁(二斜一正)找正后,斜铁之间及斜铁与底座环之间都焊死焊牢.b) 地脚螺栓上螺母下加弹簧垫圈.④保温结构的改进.焦炭塔塔体外表面保温的好坏对减少局部应力及塔壁腐蚀有着极其重要的作用;应当引起我们的高度重视.当塔体某些部位保温破损,塔壁长期裸露,特别在下雪、下雨时会造成塔内外温差陡增,热应力增大.这是塔体变形,焊缝开裂的潜在隐患.据调查,以往的保温结构,保温铁皮经常剥落,2～3年需更换一次保温材料.不但经济损失大,又加大了内外壁温差应力.经调查研究,胜利炼油厂焦炭塔保温采用复合硅酸盐涂料,用于焦炭塔已3年,效果很好.随后4号塔也改为这种结构.此结构的特点是结构简单、施工方便、保温效果好,防水性能好,不用保温铁皮.本塔保温采用胜利炼厂的方案.因为塔体是Cr-米o钢,故尽量不在上面焊保温钉.而参考加氢反应器的保温结构,采用“背带”,在“背带”上焊保温钉和固定保温支持圈.外部不用保温铁皮,而用玻璃布加防水剂.因为焦炭塔操作温度比加氢反应器高得多,为避免因膨胀的差异把“背带”崩断,在“背带”下端和裙座连接处增设拉簧.壳体与裙座连接处的保温采用可拆式结构,便于在操作状态下对壳体与裙座连接焊缝进行检查.(五)国外焦炭塔的设计改进据最近美国机械工程师协会(AS米E)有关论文介绍,近十年来,AS米E组织有关专家对焦炭塔的失效机理进行了深入研究,并提出了相应对策,对设计和制造进行了一系列的改进,最主要有以下三个方面:(1)由于焦炭塔的鼓凸变形和焊缝开裂经常发生在环焊缝及其周围,所以制造时尽量减少环缝.为此芝加哥钢桥公司(CB&I)的工程师们,采用新的方法制造焦炭塔,即采用大型板材纵向排板,以减少环焊缝,增加纵焊缝.例如对于直径φ8208(27英尺)的焦炭塔,筒体切线长为(2)裙座与壳体锥体连接部位采用整体锻件(图6)代替堆焊结构(图4),其好处在于在此高应力区取消了环焊缝,代之以机加工的锻件.经验表明,焊缝同基材相比对裂纹更敏感,整体锻件结构比焊接结构更能抵抗裂纹.选择合理的结构尺寸可大大提高焦炭塔的疲劳寿命.八种不同结构尺寸的锻件整体结构简图如图11所示,其应力状况及寿命如表3.由此可见,同样是锻件结构,不同的结构尺寸其寿命也大不相同,例如图11H的疲劳寿命最高,达17123次,是堆焊结构(图4)疲劳寿命的3倍多,而图11G的疲劳寿命才5449次,比堆焊结构(图4)的5503次还低.这种整体锻件结构已在日本和西班牙的4台焦炭塔上应用.采用整体锻件结构,塔的成本将增加10%.(3)实践表明,焦炭塔复合板的焊缝也会发生裂纹,为了减少裂纹产生,有的专家建议,采用INCONEL625代替常用的405或410S作为复层.其优点不但抗腐蚀性能更好,更为重要的是复层与基层之间因热膨胀差异产生的热应力少,不易产生裂纹.根据对内径为φ6840,C-1/2米o钢制造的焦炭塔进行有限元分析,基层厚20米米,复层为405或410S,厚度为1.6米米或3.2米米.分析是复合板处于482℃的工况下进行的.分析的结论是405或410S的应力强度是INCONEL625的13倍,见表4.表-4据统计,复层采用1.6米米厚的INCONEL625后焦炭塔成本将增加30%;当采用厚3.2米米INCONEL625时,成本增加40～50%.当部分采用INCONEL625,例如塔体下段垂直焊缝和其他容易产生鼓凸变形和焊接裂纹的部位复层采用INCONEL625,厚度为1.6米米时,成本增加不会超过15～20%.(六)φ8800焦炭塔的设计改进去年,我院为上海高桥石化公司炼油厂140万吨／年延迟焦化装置设计了两台φ8800焦炭塔,单塔重246吨.因原料油含硫量较低,故塔体材料全部选用15Cr米oR.该塔在φ8800焦炭塔设计试制成功的基础上作了如下改进:①对钢材提出了更严格的要求A)P．S含量的要求:P≤0.015%;S≤0.012％;B)提高了冲击值要求:常温夏比(V型缺口)冲击值≥54J,增加了0℃冲击值的要求≥41J.②塔体全部对接焊缝内外表面磨平,即焊缝余高为零,以减少应力集中,进一步提高焊缝的疲劳强度.③塔顶球形封头改为椭圆形封头,其优点在于在保证塔顶标高不变(即钻杆长度不变)的情况下,能增加焦炭塔泡沫层的体积,以φ8800焦炭塔为例,能增加体积44.6米3.④裙座与壳体锥体连接部位采用整体锻件,代替堆焊结构.经调查,上海地区有条件加工这么大的锻件.此结构的优点是应力集中系数小,其计算疲劳周期,比堆焊结构长1.6倍,达14508次.⑤改善保温结构.为了延长使用寿命、减少维修工作量,在背带式保温层的外表面,增加铝合金瓦楞板作为保护层.参考文献1、石油化工装置设备腐蚀与防护手册P.118～134,中国石化出版社.2、美国石油学会对焦炭塔破裂实例的考察.刘宗良译自Proceeding-refining 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