焦炭塔裙座焊缝裂纹分析及修复.pdf

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1、专论石Corros油ion＆化Prote工ction腐inP蚀与防护etrochemicalIndustry2011，28(5)·9·焦炭塔裙座焊缝裂纹分析及修复童晓东(中国石油化工股份有限公司扬子石化有限公司，江苏南京210048)摘要：焦炭塔长期运行在高温及充焦、除焦的冷热疲劳操作条件下，出现了塔体与裙座焊缝裂纹或穿透，尤以T101C塔的裂纹最为严重，其穿透的裂纹内侧长度达30mm，外表面裂纹长度已近3m，其余三塔外表面裂纹长度也有1～2m，均集中表现在除焦阀下方焊缝位置。文章通过对焦炭塔的使用状况及应力分析，指出了裙座焊缝裂纹产生

2、的原因。同时对焦炭塔返修和操作中应注意的问题进行了总结。关键词：焦炭塔裙座裂纹缺陷分析修复中图分类号：TE986文献标识码：A文章编号：1007—015X(2011)05—0009—05某装置4台焦炭塔于1995年8月投用，随除焦2缺陷分析周期间歇生产。2004年3月，焦炭塔T101CD两塔2．1焦炭塔温度变化相继发生裙座与筒体焊缝熔合线处泄漏，经逐台切焦炭塔在生产过程中最重要的工艺参数是温换检验，发现4台焦炭塔裙座焊缝外表面一周均已度，其中最关键的是塔底的进油温度和塔顶的油气出现断续裂纹，其中3台焦炭塔T101ACD已有局部出口温度；

3、其特点是周期性急剧变化，各阶段的最穿透现象，尤以T101C塔的裂纹最为严重。本文对大温度梯度见表1。焦炭塔裙座结构及应力进行了分析，找出裂纹产生表1最大温度梯度原因，采取了修复措施，确保了焦炭塔安稳运行。Table1M~imumtemperaturegradient℃／h1焦炭塔技术参数及工艺特点1．1焦炭塔(T101ABCD)基本技术参数设计压力：0．3MPa；设计温度：上部450oC，下部475oC；当预热温度达360oC时，塔底油已甩净，四通公称壁厚：球形封头26mm，锥体36mm，上部阀由老塔切换至新塔，480oC左右的高温渣油

4、迅速筒体26mm，下部筒体34mm；进入焦炭塔中生焦，这时内外壁同一部位温度和轴主体材质：20g钢；向、环向壁温差达100℃以上，现场外壁记录为焊缝系数：0．85(塔顶)／1．0(塔底)；365℃，这是在保温基本完好的情况下，如果局部内径×高度：西6000mmx31318mm；保温脱落，其内外壁温差可达200oC以上。由于渣工作介质：焦炭、油气和水。油是侧向进料，使淹塔液泛的轨迹移至设备的对1．2焦炭塔工艺特点面，这就造成简体在同一截面上温差较大。某焦炭(1)间歇操作，一个循环周期需48h；(2)反复塔曾实测同一截面温差最大达228oC

5、。温差会随进行加压和卸压，其压力呈周期性波动，波动范围进料逐渐减小，但由于内壁温度高于外壁壁温，于为0～0．22MPa；(3)操作温度发生周期性大幅度是内壁产生了压应力，外壁产生了拉应力，与内压变化，在冬天尤甚，波动范围从常温到450℃；(4)膜应力迭加。由此可见，温度周期性变化使塔壁产除焦时，高压水对器壁有猛烈冲击；(5)除焦时先生极高的瞬间温差应力，此温差应力在局部可超过从上向下钻孔，再从下向上除焦，此时塔器是头重脚轻，对设备受力不利，易造成塔体倾斜，各方向受收稿日期：2011—05—28；修改稿收到日期：2011—07—04。力不

6、均；(6)塔上部为泡沫段，约6—7m高为空作者简介：童晓东(1965一)，男，江苏南京人，高级工程师，塔；(7)塔内反应是一相变过程，从进料时液态到1987年毕业于南京化工学院化工机械专业，现在中国石油吹汽冷却，介质从液态变成固态焦炭。因此，焦炭化工股份有限公司扬子石化有限公司机动部从事设备管理塔的塔壁受力情况是十分复杂的。工作。E—mail：ypctxd@163．eom。石油化工腐蚀与防护第28卷其材料的屈服极限，迫使焦炭塔局部处于高应力低连接处附近区域。周疲劳的工作条件；高温还会使焦炭塔体的材料发对于计算几何模型，有限元离散均采用3

7、D单元。生变异，高温蠕变可使塔体微观表面产生开裂，使温度场分析选用8节点的Solid70单元，应力场分析其焊缝中埋藏缺陷发生扩展，从而引起损伤J。选用8节点的Solid45单元。计算模型的网格划分方2．2焦炭塔应力分析法采用映射网格划分和体扫掠网格划分两种。针对焦炭塔堵焦阀下部裙座焊缝已经由裂纹2．2．2热应力分析模型以及边界条件扩展为穿透，已严重影响正常生产，对这一损伤机在焦炭塔的热应力分析中，热应力的计算采用理做了详尽的科学分析和计算，主要从材料性能、ANSYS软件中的问接方法，首先计算焦炭塔在一个应力分析和结构优选、疲劳寿命计算比

8、较等方面做生产周期内随时间而变化的温度分布情况，然后根了具体地分析和研究。据所计算的温度场和外载荷条件计算和分析焦炭塔2．2．1建立几何模型的应力分布情况。在温度场的模拟计算中，焦炭塔考虑到塔体上的堵焦阀，