2#延迟焦化装置焦炭塔C-101泄漏原因分析

2#延迟焦化装置焦炭塔 C-101泄漏原因分析

景大尉

中国石油化工股份有限公司天津分公司 天津市 300270

摘要：本文的目的是仅就延迟焦化装置焦炭塔最常见的故障裂纹问题作为典型的课题进行分析，提出排查处理故障的思路和方法，逐步建立起一套合理的故障诊断程序，确保焦炭塔安全可靠运行，天本文以炼油部2#延迟焦化装置4台焦炭塔为例，采用百分百超声等技术对2#延迟焦化装置焦炭塔进行检测，通过检测分析得出了焦炭塔的运行状况，并为焦炭塔修复提供了依据。供设计和操作人员参考。

关键词：延迟焦化；焦炭塔；裂纹；

1 前 言

1.2020年11月4日15:20 2#延迟焦化装置焦炭塔C-101A在预热期间发现底锥段处泄漏，车间紧急分炉并进行工艺处理，随即炼油部组织施工力量对塔内锥段处搭设满堂红架设并委派专业厂家对焦炭塔C-101A锥段内部和外部进行检测,中石化第四建设公司对纵焊缝处的缺陷裂纹进行修补,2020.11.9日抢修完成,交付生产。

2.2020年11月13日15:30 2#延迟焦化装置焦炭塔C-101B塔筒体上部处油气泄漏，车间紧急分炉并进行工艺处理。鉴于焦炭塔频繁出现泄漏，本着设备安全运行的原则，炼油部决定对焦炭塔C-101AB进行全面检验。检验以合肥院为主，装备研究院进行确认、四公司对缺陷处进行维修。12.3日C-101B完成所有检测、12.5日C-101A完成所有检测，恢复盲板和破碎机。12.6日抢修完成，交付生产。

为确保设备本质安全，避免再次发生泄漏，2020年12月16日开始对C-101CD进行检验，2021年1月26日交付生产。自2020年11月4日至2021年1月26日历经83天，2#延迟焦化焦炭塔完成全部检验及缺陷修复。

2.焦炭塔的工艺特点和技术参数

230万吨/年延迟焦化装置于2007年10月20日开工建设，生产原料为炼油新建1000万吨/年常减压装置来的减压渣油，年处理减压渣油能力为230万吨。装置占地24780m2，约合37亩,位于炼油新装置区最北端，西侧为系统管架，北侧为工厂铁路，东侧为成品油装车栈台，南侧为20万吨/年硫磺回收装置。装置由中石化洛阳石油化工工程公司（LPEC）设计，采用目前国内先进的“可灵活调节循环比”工艺流程。延迟焦化就是以渣油为原料，经加热炉加热到高温（500℃左右），迅速转移到焦炭塔中进行深度热裂化反应，即把焦化反应延迟到焦炭塔中进行，减轻炉管结焦程度，延长装置运行周期。焦化过程产生的油气从焦炭塔顶部到分馏塔中进行分馏，可获得焦化干气、液态烃、汽油、柴油和蜡油产品；留在焦炭塔中的焦炭经除焦系统处理，可获得焦炭产品（也称石油焦）。

2#延迟焦化装置设计采用“两炉四塔”工艺流程，生焦周期24h。焦炭塔的工艺特点是操作温度高，最高可达到505℃，操作温度变化频繁，每一个操作周期都要由常温变化到最高操作温度，并且生焦周期越短，变温速度越快；它不但是一个反应器而且还是一个装焦炭的容器，操作不当会使生焦的泡沫溢出，造成后部系统结焦。焦炭塔在生焦过程中基本处于恒温操作，在除焦过程中要经过先降温再升温的变化过程。焦炭塔操作时，塔壁温度变化复杂，引起的应力也非常复杂。如果单向为壁厚方向引起的热应力，当升温时塔外壁为拉应力，而当单向由纵向温差引起的热应力，则塔外壁为压应力。如果这时的综合应力超过了材料在该温度下的屈服强度时，会引起塔壁的局部塑性变形，反复循环，将出现“热应力棘轮现象”，它比相同的定常应力的静态蠕变要大得多，这就是焦炭塔鼓胀变形的主要原因。伴随着长期反复冷却和反复加热可导致塔体变形、鼓胀和开裂

焦炭塔主要技术参数

焦炭塔由洛阳院设计。A塔由天津冠杰公司制造，B塔由津滨石化公司制造，现场分段组装均由四公司承接。项目建设阶段从2008年8月至2009年5月，2009年12月投用。2020年5月增加密闭除焦系统。

3.检验方案

经多次讨论，炼油部制定检验方案如下：

1.内壁复合板对接焊缝：对3道环缝（2020年5月大修未检测部位）100%PT，及相邻纵缝PT抽检。

2.单层15CrMoR钢对接焊缝：内壁对接焊缝100%MT/UT；外壁锥段及筒节拆除部分保温，纵、环缝MT/UT抽检（含泄漏部位）。

3.顶部接管角焊缝PT或MT检测，由于需在升降平台上方搭拆架设，施工难度较高及工期紧张，本次暂不实施。

4.金相、硬度等：内壁所有焊缝均进行100％硬度检测，每条环缝8点、每条纵缝1点；选取上、中、下CrMo钢部位对纵、环缝进行金相抽查。

4.检测情况及处理措施

本次焦炭塔C-101A检验共发现缺陷57处，其中超声检测发现缺陷33处、磁粉检测发现缺陷9处、渗透检测发现缺陷15处（保留）；焦炭塔C-101B检验共发现缺陷43处，其中超声检测发现缺陷9处（未含泄漏处）、磁粉检测发现缺陷15处、渗透检测发现缺陷19处（保留）；焦炭塔C-101C检验共发现缺陷265处，其中超声检测发现缺陷103处、磁粉检测发现缺陷4处、渗透检测发现缺陷158处（保留）；焦炭塔C-101D检验共发现缺陷246处，其中超声检测发现缺陷104处、磁粉检测发现缺陷28处、渗透检测发现缺陷114处（保留）

5.原因分析

1.制造原因导致焊缝硬度偏高

本次通过对焦炭塔C-101ABCD所有焊缝进行硬度检测发现两塔母材硬度值为180~200HB，热影响区硬度值为220~260HB，焊缝硬度值为210~250HB，其中焊缝、热影响区硬度偏高。再结合焦炭塔出厂资料查看，焊缝硬度值整体高于母材硬度值50~70 HB。该设备为2008年冬季组焊、热处理；焊接施工过程中控制不到位，错边量过大，冬季施工，北侧遮挡不到位，记号笔砂轮片不符合规范；采用内燃法热处理方式，效果一般，致整体硬度偏高，焊缝处产生较高的拘束应力，在热疲劳等作用下，更易发生开裂现象。

2.除焦系统故障率高，焦炭塔预热时间不足

2020年大修期间密闭除焦系统改造投用后，新增加的破碎机在除焦过程中经常堵塞，延长了除焦时间。脱水仓焦炭提升机在提料过程中经常堵塞，造成装置处理量频繁波动、焦炭塔生产周期错乱，最终导致焦炭塔生产前预热温度不足.( 操作规程显示顶部热偶TI11206显示380℃，底部热偶TI12201显示330℃以上具备换塔条件)

3.大修检验方案检测比例偏低

大修期间焦炭塔超声检测比例仅为20％、硬度检测只抽取2条环缝和2条纵缝。结合本次检验可以发现，磁粉、渗透等检验技术只能发现表面缺陷，无法发现埋藏较深缺陷，从而部分埋藏缺陷（如裂纹）逐渐增大直至泄漏。

4.破碎机振动异常

底盖破碎机在除焦过程中发生堵塞时震动较大、频率过高，连带焦炭塔在除焦过程中震动异常，导致裂纹扩展速度加快。

综上原因分析，天津石化2#延迟焦化装置焦炭塔泄漏时CrMo钢焊缝中制造安装阶段产生的原始埋藏裂纹在多年服役过程中交变应力及机械载荷作用下发生扩展最终穿透塔壁所致。

6.预防措施

1.增加焦炭塔各项检测比例。应修正大修期间焦炭塔检验方案，将超声检测和硬度检测增加至100％。对CrMo钢筒体及锥段裂纹缺陷应做到100％挖补消除、对硬度值超220HB应进行热处理。

2.降低焦炭塔密闭除焦系统的故障频率。应加强对密闭除焦系统各设备的日常维护，降低维修次数和时间，确保焦炭塔预热温度，避免出现预热时间不足、温度偏低的切换操作。

3.加强焦炭塔震动异常的监控。应委托装备研究院增加对焦炭塔震动的检测；委托制造厂家开发降低破碎机堵塞时震动频率技术。

参考文献

[1]赵万里．《15CrMo焦炭塔的整体热处理》．炼油与化工．2009年．

[2]莫少明，顾一天，刘海滨.《大型焦炭塔的焊后整体热处理》.第二届延迟焦化年会