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）

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。

2 改进过程

2.1 制造用材料改进分析

在焦炭塔的运行中，所存在的变形、开裂问题，主要来源于材料高温强度不足、制造加工工艺水平不到位、结构不合理这三个方面，因此，在技术改进中，研究者从材料、工艺、结构这三点入手，采取了改进措施，以期改善焦炭塔的运行效果。其中，在材料改进中，研究者将重点放在了增强材料高温强度方面，以降低充焦、除焦环节中的温差交变应力循环，对焦炭塔所造成的疲劳损坏，缓解塔体变形、裂缝问题。为此，研究者采用了15CrMoR 珠光体铬钢，代替传统材料，制作焦炭塔的主体。一般来说，材料的高温强度性能，主要取决于其力学性能、蠕变极限以及高温持久极限，而15CrMoR 钢材料，在900 ～920℃正火热处理条件下，15CrMoR 钢的力学性能可以达到，Akv160J/cm2、Ψ70%，蠕变极限可以达到147 ～44MPa。此外，高温持久极限为，L·M法条件下58.4 ～303.5MPa、等温线条件下110 ～330MPa，由此可见，其力学、蠕变极限、高温持久极限这几项性能都较为优越，因此，具备足够的高温强度，将该材料应用到焦炭塔主体结构制造中，能够降低温差交变对设备性能的影响，达到改善制造技术的效果。此后，研究者考虑到，原油的含硫量较高，容易对15CrMoR 钢产生腐蚀作用，因此，在容易受硫元素腐蚀作用影响的泡沫层以上位置，研究者采用了15CrMoR+410S 的复合钢材，以增强设备结构的耐腐蚀性，深入优化了制造技术的改进效果。

2.2 锥形封头技术环节改进

锥形封头部分作为焦炭塔结构中的重要组成部分，待研究者确定了其制造材料为15CrMoR 钢后，还要对其加工技术进行改进，以优化该部分结构的稳定性、耐用性，提升焦炭塔制造技术水平，促进炼油厂生产能力的发展。就目前来看，焦炭塔的锥形封头部分，其厚度通常为40mm，大端尺寸为φ8500，小端尺寸为φ1800。在制造加工中，需先用模具、压力机，对材料进行分瓣热压，以实现初步成型，然后，再予以组焊、正火处理，最后经过校正后，才能完成封头结构的制造。但15CrMoR 钢板的屈服强度较高，不容易成形，同时，封头结构的尺寸、厚度、强度也比较大，所以，研究者采用了大型卷板机滚制成型工艺，代替传统的分瓣热压工艺，以确保封头结构的顺利成型。而在此过程中，大型卷板机在滚制封头结构时，经常产生较大的轴向力以及径向压力，造成机架、轧辊以及封头结构表面的损伤，影响加工质量。为此，研究者将用于卷制操作的小圆弧端面进行了打磨，并在机架上设置了一对对称挡辊，然后，注入润滑油脂，解决了压力摩擦损坏问题，提高了封头的力学性能，降低了其变形、开裂的概率，完成了该项技术环节的改进。

2.3 封头过渡段加工技术环节改进

封头的过渡段是指锥形封头与裙座连接的位置，该位置经常容易出现开裂问题，严重时会造成塔体坠落，因此，优化过渡段加工工艺，提高该部分稳定性，是此次技术改进的重点之一。一般来说，常规焦炭塔的过渡段尺寸为，截面620×201mm、φ8800mm，毛坯质量50t 左右。在制造加工中，需要先做出3 个大圆弧段，再将其焊接为一个整体的矩形截面圆环，最后，通过机械加工，使其转变为最终的过渡段形态。结合上述制造加工过程，该技术环节的改进点主要包括，精炼、锻造、压弯、组对焊接、无损检测、整体精加工。在此过程中，研究者将精炼浇筑温度设置为1560 ～1660℃、锻造温度设置在1200℃、采用模具压弯以控制变形、采用窄间隙手工焊工艺以提高焊接精准度、利用射线检测保证检测效果、设计专门支撑吊运工具防止变形，实现了对各项技术环节重点的落实质量把控，达到了改进该项技术环节的目的，缓解了过渡段开裂问题。

2.4 焊接技术环节改进

在泡沫层以上的焦炭塔结构部分，处于硫化物的影响范围内，很容易受到腐蚀，而产生破损，尤其是焊点这种力学性能、耐腐蚀性能较为薄弱的部分，因此，在制造技术改进中，研究者对焊接工艺进行了改进，以期强化15CrMoR+410S复合钢材的可靠性，增强焦炭塔质量。在此过程中，基础的焊接程序为，先手工电弧焊基层、后堆焊覆层，研究者通过严谨地落实了焊前预热、焊后消氢热处理，并将温度控制在160 ～250℃，待焊完后，立即升温到350 ～400℃，以实现消氢处理，有效预防了焊缝硬度超标、焊纹这两种常见的焊点质量缺陷，优化了设备结构的力学性能，达到了焊接工艺改进的目的。

2.5 应力热处理技术环节改进

待焊接工艺完毕后，部分制造过程中产生的应力会残存在焦炭塔的结构中，导致其结构中逐步出现裂缝问题，影响设备结构的稳定性，因此，需要采用应力热处理技术，来去除残存应力，以保证焦炭塔设备的制造效果。现阶段，在焦炭塔制造技术中，常用的热应力处理工艺主要为，将塔体分段，吊入专用加热电炉中，进行应力热处理，再将组装，最后，采用局部热处理措施，对组装焊缝进行二次处理，以消除残存应力。但由于该方法操作成本较高、效率较低，而且应力处理不充分，容易影响后续的焦炭塔使用效果。为此，研究者用内燃工艺代替了传统的电炉加热工艺，以实现该项制造技术工艺环节的改进。其中，该工艺的作用原理是通过使燃油在容器内部燃烧所产生的热量，塑造热处理环境，消除设备结构中残存的应力，以达到无须分段，即可实现应力热处理的效果。

2.6 裙座结构改进

目前，大部分焦炭塔的裙座结构均为下裙座结构，该结构容易受由温差应力引起的塔体下段鼓胀问题影响，出现裂缝现象，导致塔体失稳，不利于炼油厂的安全生产，因此，研究者采用了高支撑上裙座结构，代替了传统的下裙座结构，以降低应力因素对塔体稳定性的影响。在此过程中，高支撑上裙座结构，可以使充焦段悬空，改善该部分的受力方式，使塔体下段结构的受热膨胀，不受裙座约束，以保持裙座结构的稳定、可靠状态，实现对制造技术的优化。

3 结果分析

经过上述分析后，研究者通过围绕焦炭塔制作工艺、制作结构方案、制作材料选择这三个技术重点，开展了该技术改进工作，形成了一套较为全面的技术改进方案，然后，将该方案应用到了炼油厂的焦炭塔制作中，并将制作出的焦炭塔投入实际使用中。

经过较长一段时间的实际使用后，研究者发现，该焦炭塔依然保持着良好的运行状态，且未出现裂纹、裂缝、腐蚀等问题，由此可见，其耐久性、稳定性，明显优于传统制造技术下的焦炭塔设备，因此，上述焦炭塔制造技术改进方案可行。

4 结语

综上所述，增强焦炭塔制造技术的改进效果，有助于炼油厂作业水平的发展。在上述分析中，研究者通过优化制造用材料、制造加工工艺、结构方案这几个制造技术方面，实现了制造技术改进，并对应用改进后制造技术，所制造出的焦炭塔进行了实际使用测试，发现其具备更好的性能，因此，上述改进方案可行。