朱偉

摘 要：通過(guò)對(duì)兩段提升管催化裂化裝置再生系統(tǒng)設(shè)備裂紋調(diào)查，分析了應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生的原因，并對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋提出了解決的辦法，消除了裝置的設(shè)備隱患。

關(guān)鍵詞：兩段提升管催化裂化；應(yīng)力腐蝕；裂紋；分析；措施

前言

山東石大科技集團(tuán)有限公司20萬(wàn)噸/年兩段提升管催化裂化裝置自2002年4月改造并一次性開車成功，該技術(shù)由中國(guó)石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院首次成功應(yīng)用于工業(yè)化試驗(yàn)，由于一段提升管催化裂化為同軸式沉降——再生器結(jié)構(gòu)，為了便于催化劑的流化，我們?cè)黾哟呋瘎构?，這使得操作難度和水平有了不同程度的提高。運(yùn)行后期兩段提升管催化裂化裝置的二段提升管、燒焦罐的外旋殼體、煙道管的彈簧支座等焊縫部位相繼出現(xiàn)了大量穿透性裂紋，并出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅到裝置的安全，平穩(wěn)及長(zhǎng)周期運(yùn)行。為了解上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)科研單位對(duì)裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行了認(rèn)真地調(diào)查和分析，生產(chǎn)車間和機(jī)動(dòng)科對(duì)裂紋進(jìn)行補(bǔ)救和處理，積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本次對(duì)大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，確認(rèn)了裂紋產(chǎn)生的原因，并將采取的措施。

1 兩段提升管催化裂化裝置主要設(shè)備裂紋現(xiàn)狀

1.1 主要設(shè)備

設(shè)備名稱1：催化劑燒焦罐

主要尺寸：Φ1800/2200×9200mm×12

設(shè)計(jì)壓力（表）：0.35Mpa 設(shè)計(jì)溫度：750℃

操作壓力（表）：0.15Mpa 操作穩(wěn)定：650-700℃

介質(zhì)：催化劑、煙氣

設(shè)備名稱2：外置旋風(fēng)分離器

主要尺寸：Φ1000×5425mm×10

主體材質(zhì)：15CrMoR

龜甲網(wǎng)材質(zhì)：Ocr13 襯里：JA-95

耐磨層厚度：20mm

1.2 裂紋分布及狀況

兩段提升管催化裂化裝置自02年6月投產(chǎn)，運(yùn)行10年后相繼出現(xiàn)了大量裂紋，其中催化劑燒焦罐煙道支座處筒體上共發(fā)現(xiàn)6條穿透性裂紋，這些縱向、橫向裂紋的最長(zhǎng)約為0.5m，且裂紋形狀有條狀和樹枝狀，分布極不均勻，隨后在催化劑燒焦缸外旋筒體上的焊縫出現(xiàn)長(zhǎng)約20cm的穿透性裂紋，該裂紋為縱向裂紋。

2 設(shè)備裂紋成因分析

2010年3月開始，首先在催化劑燒焦罐煙道彈簧支座筒體上發(fā)現(xiàn)有裂紋產(chǎn)生，當(dāng)時(shí)對(duì)裂紋進(jìn)行補(bǔ)焊加強(qiáng)處理，同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)其它外表宏觀裂紋的檢查，檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)彈簧支座及筋板焊縫周圍有大量的穿透性橫向或縱向裂紋?，F(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊時(shí)裂紋向焊縫兩側(cè)的母材延伸，同時(shí)不斷出現(xiàn)新的裂紋，通過(guò)對(duì)鋼材的化學(xué)成分，顯微組織，強(qiáng)度試驗(yàn)表明，這些裂紋呈現(xiàn)出典型的應(yīng)力腐蝕裂紋形態(tài)，以下對(duì)應(yīng)力腐蝕的原因進(jìn)行詳細(xì)地分析和說(shuō)明。

2.1 煙氣組分分析

由于這次設(shè)備開裂問(wèn)題均發(fā)生在再生器煙氣系統(tǒng)，如催化劑燒焦罐的外部旋風(fēng)分離器，以及煙道，而反應(yīng)器等設(shè)備卻沒(méi)有出現(xiàn)類似情況，因此，可以判斷再生煙氣中存在腐蝕性介質(zhì)，我們對(duì)燒焦缸的煙氣的主要成分和微量極性氣體組分進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表1所示。

數(shù)據(jù)表示出導(dǎo)致設(shè)備開裂的煙氣的共同規(guī)律：

（1）富氧操作，催化劑燒焦罐的煙氣中過(guò)剩氧含量較大，一般大于390，煙氣氧化性氣氛較強(qiáng)，CO含量極少，幾乎為零，相反，再生器處于相對(duì)貧氧狀態(tài)，CO等還原性物質(zhì)的含量較多。

（2）結(jié)果顯示催化劑燒焦缸煙氣中存在一定量的SO3，煙氣SO3是由SO2轉(zhuǎn)化來(lái)的，轉(zhuǎn)化率的大小直接與煙氣中的過(guò)剩氧含量有關(guān)。催化劑燒焦缸中過(guò)剩氧含量較多，對(duì)應(yīng)與其煙氣中SO3含量相對(duì)較多，SO3氣體存在與否對(duì)于煙氣酸露點(diǎn)溫度的高低具有至關(guān)重要的作用。

（3）分析結(jié)果顯示煙氣中存有一定的NOX，其極易溶于水，加之煙氣中有一定量的水蒸汽，在金屬內(nèi)壁遇冷至露點(diǎn)溫度以下既會(huì)形成硝酸鹽水溶液，而NO3-是極易引發(fā)低碳鋼，低合金剛材料產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的敏感陰離子。分析結(jié)果表明，只要存在低濃度的硝酸鹽溶液，在一定條件就可以造成應(yīng)力腐蝕破裂。

2.2 煙氣酸露點(diǎn)腐蝕

催化劑燒焦缸煙氣中的水蒸汽在設(shè)備金屬器壁如果遇冷凝結(jié)成水，則煙氣中的NO2，SO3，SO2等極性氣體極易溶于水，形成酸性溶液，從而構(gòu)成應(yīng)力腐蝕開裂所必須的腐蝕介質(zhì)和電化學(xué)反應(yīng)條件，露點(diǎn)溫度對(duì)催化劑燒焦罐煙氣系統(tǒng)設(shè)備腐蝕問(wèn)題至關(guān)重要。

煙氣酸露點(diǎn)的溫度高低取決于煙氣中的水蒸汽的分壓和SO3的濃度，如果設(shè)備壁溫較長(zhǎng)時(shí)間處于煙氣酸露點(diǎn)溫度以下，有可能在設(shè)備金屬內(nèi)壁表面結(jié)露，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生。經(jīng)檢測(cè)表明，發(fā)生裂紋的催化劑燒焦缸的酸露點(diǎn)溫度較高，大致在120-140℃，而該罐的平均溫僅為80℃，而壁溫較低的部位正是裂紋集中發(fā)生的部位。

2.3 應(yīng)力因素

催化劑燒焦罐煙道彈簧支座由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，支座的底環(huán)板和頂環(huán)板之間所用筋板數(shù)量較多，為正常設(shè)計(jì)的2-3倍，焊接時(shí)在焊接部位產(chǎn)生很大的焊接殘余應(yīng)力，在外加載荷的作用下導(dǎo)致拉伸應(yīng)力的產(chǎn)生，加速了應(yīng)力腐蝕開裂。

總之，在現(xiàn)場(chǎng)焊接殘余應(yīng)力存在的情況下，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)焊后熱處理，那么它的焊接殘余應(yīng)力水平是相當(dāng)高的，在合適的腐蝕環(huán)境下，會(huì)造成設(shè)備的應(yīng)力腐蝕開裂。通過(guò)焊后消除應(yīng)力熱處理，可以使焊接殘余應(yīng)力水平大幅降低。

3 催化劑燒焦罐裂紋的處理

（1）運(yùn)行時(shí)采取的對(duì)策。運(yùn)行時(shí)采取的對(duì)策即對(duì)裂紋進(jìn)行常規(guī)補(bǔ)焊。a.對(duì)催化劑燒焦罐的外旋裂紋補(bǔ)焊16MnR補(bǔ)強(qiáng)板，減緩裂紋擴(kuò)散。b.燒焦罐煙道彈簧與支座進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，更換彈簧支座位置并在筒體上焊保護(hù)性套管，減少底環(huán)板和頂環(huán)板間筋板的數(shù)量，對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理。c.割除厚彈簧支座及各焊接加強(qiáng)板，減少開裂處筒體的受力情況，消除拉伸應(yīng)力。

（2）大修時(shí)采取的修復(fù)措施。a.對(duì)于外旋裂紋進(jìn)行打磨，視內(nèi)壁襯里損壞情況進(jìn)行修復(fù)，焊縫補(bǔ)焊處理。b.對(duì)于穿透性裂紋采取打磨，預(yù)熱補(bǔ)焊的方式進(jìn)行處理，打磨的母材距離裂紋的兩端不得小于20mm，同時(shí)采用圓形或橢圓形予以圓滑過(guò)渡，以減少應(yīng)力集中。c.補(bǔ)焊工作全部結(jié)束后，表面探傷合格，100%X射線探傷合格。

4 修復(fù)使用效果

自2013年5月投入使用以來(lái)，該設(shè)備沒(méi)有出現(xiàn)類似裂紋，裝置運(yùn)行良好。采用打磨，預(yù)熱補(bǔ)焊的方法修復(fù)能有效解決應(yīng)力腐蝕開裂問(wèn)題。同時(shí)，更換彈簧支座，減少焊接應(yīng)力，并進(jìn)行焊后熱處理也能修復(fù)應(yīng)力腐蝕開裂的難題，采用這些方法處理大量裂紋既消除了設(shè)備隱患，又大大縮短了檢修處理工期，節(jié)約了大量資金，可供同行業(yè)參考。

參考文獻(xiàn)

[1]龔宏，金桂蘭.應(yīng)力腐蝕開裂及其對(duì)策[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，1999，10.

[2]楊德鳳，劉凱，張金銳，等.從催化裂化煙氣分析結(jié)果探討再生設(shè)備的腐蝕開裂[J].石油煉制與化工，2001，32（3）：49-53.