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摘 要：本文从工艺操作、高温硫腐蚀、低频疲劳破坏三方面分析了焦炭塔寿命缩短的原因，并提出了相关的应对措施，从而为焦炭塔的安全运行，寿命周期的延长提供了保障。
关键词：焦炭塔 工艺操作 高温硫腐蚀 低频疲劳破坏
焦炭塔是延迟焦化装置的主要设备，它是焦化反应和得到产品的地方，是延迟焦化装置的重要标志。由于焦化工艺过程的特殊性，决定了焦炭塔为有规律的周期性间歇生产。它的工艺操作特点是操作温度高，最高可达到495℃，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，由常压到操作压力的变化。因此，如果生产过程中不能严格按照操作规程操作，将严重影响焦炭塔的使用寿命，甚至出现事故。影响焦炭塔使用寿命的因素主要有：工艺操作、高温硫腐蚀、低频疲劳破坏。
一、工艺操作
焦炭塔在生产周期内都要经过赶空气试压、预热、生焦、冷焦、除焦等频繁操作步骤。每个工序的的操作是否符合要求，都能影响焦炭塔的使用寿命。①赶空气试压阶段。赶空气不彻底，瓦斯预热时极易爆炸。焦炭塔的试压标准为0.18～0.22MPa,最大不能大于0.3 MPa,超压不但减少焦炭塔的使用寿命，也威胁操作人员的人身安全。②预热、冷焦阶段。如果预热、冷焦速度过快，将引起焦炭塔结构变形、焊缝开裂等事故。因为大多数物质都是热胀冷缩的，对焦炭塔来说也是毫不例外的。每种钢材都有强度和应力，如果无数次激烈冷热交替变化，就会减弱强度和应力，引起焦炭塔的变形。③生焦阶段。注意焦炭塔顶压力、温度的变化在正常的控制范围内。④除焦阶段。放水时如果操作不当，容易引起焦炭塔吸扁，使焦炭塔失去使用功能。
在生产过程中，为了延长焦炭塔的使用寿命，必须采取以下措施：①赶空气时给汽必须缓慢，时间适当加长，在塔顶排放阀见汽后关闭放空阀进行试压。试压时严格按照设计标准进行，杜绝人为扩大或操作不当引起超压。试压前确认各个压力、温度仪表点是否好使。试压过程中，密切注意温度压力参数的变化。②预热冷焦时，按照工艺操作规程，控制合理的预热和冷焦速度。防止焦炭塔因变形引起寿命的减短。③生焦过程中，稳定加热炉的操作，防止油气进入焦炭塔的温度、压力超标。④冷焦放水时，待操作人员确定塔顶呼吸阀处于打开状态后，方可打开放水阀放水。
二、高温硫腐蚀
处于高温和高含硫原料条件下运行的焦炭塔其塔内壁可受到高温硫的严重腐蚀，因焦炭塔内壁通常附有一层牢固而致密的焦炭形成的保护层，从而起到了与腐蚀介质隔离的作用，因而塔内壁腐蚀一般不严重，但少数炼厂焦炭塔上端塔壁局部产生严重腐蚀，其部位是泡沫段、气液混相处以及塔外壁焊有立柱加强或保温不良的地方。塔内介质液面波动和高压水造成的冲刷则加强腐蚀。高温硫腐蚀的机理为化学硫腐蚀。具体类型如下：①硫化氢同铁在240℃以上就发生明显反应生成FeS。360～390℃之间达到最大。Fe+H2S→FeS+H2(大于200℃)。②在350～400℃的温度下，单质硫同铁很容易进行反应，同时在这个温度下，硫化氢也会分解出活性单质硫，活性单质硫和铁的作用极强烈。H2S →S+H2↑ Fe+S→FeS ③在200℃以上，尤其是在350～400℃复杂硫化物也分解出硫化氢，加强介质的硫化氢分解，使腐蚀加强。化学式如下：RCH2CH2SH+Fe→RCHCH2+FeS+H2 ↑(大于200℃)。由于高温硫腐蚀生成的硫化膜（对碳钢为硫化铁）的PBR（氧化物的离子体积砼金属原子体积比）为2.6～2.7，这样就在FeS硫化膜内产生较大的应力，在这种较大应力的作用下，硫化膜容易破裂，无法保持膜的致密性，也就无法隔断活性硫同金属基质的接触，这样腐蚀就会持续不断的进行。同时当流体介质有固体颗粒存在时，固体颗粒在高速流动时对膜的磨损作用使硫化膜更容易破裂、脱落，这样渐渐加速了钢材的硫腐蚀。
为了延长焦炭塔的使用寿命，防止高温硫腐蚀对焦炭塔的破坏，在高温部位，尤其在高温含固体颗粒介质的部位采用Cr5Mo和含铬13%以上的不锈钢。这是因为在Fe-Cr合金表面生成的硫化物膜为三层结构：FeS、FeCr2S4、铁铬硫化物。由于基体中的高Cr的作用，生成尖晶石硫化物FeCr2S4,形成较致密的膜，可抑制腐蚀的继续进行。
三、低频疲劳破坏
低频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。其主要原因有以下两点：①与工艺操作有关，在焦炭塔操作时，油气预热温度达不到规定的值，出现偏低现象，当焦炭塔进行四通切换时，使得焦炭塔温差急剧变化，从而产生较大的热应力。②在频繁而严重的加热和冷却循环下，焦炭塔裙座焊缝及其附近部位将受到较大的交变热应力，并且在急剧升温和急剧冷却阶段受到大于材料屈服应力的热应力载荷周期性作用。为了降低疲劳破坏对焦炭塔的破坏，延长焦炭塔的使用寿命，可以采取以下措施：①裙座与追星底盖间采用带空气囊的保温结构。②塔体与裙座的连接采用搭接焊缝结构。③焦炭塔裙座焊缝高度应不小于裙座壁厚的1.8倍，且把焊缝表面磨光并圆滑过渡，不得留有棱角。④在裙座的顶部开槽，槽沿圆周均布，对被开槽削弱的界面应进行稳定校核。在满足强度和稳定的条件下，应尽量减薄裙座的壁厚，以提高裙座顶部的挠性。⑤严格控制操作条件和遵守操作规程，尽量减小温度梯度和对塔的热冲击。必须按规定的冷焦时间逐步降低塔壁温度，控制单位骤冷因数在0.5～0.8之间。⑥完善保温结构。⑦采用与塔体分离的独立梯子平台结构，避免或减缓塔体变形和塔顶部腐蚀。
四、结语
由于焦炭塔操作的复杂性，影响其使用寿命的因素是多种多样的，在实际生产过程中，必须合理操作。在焦炭塔的设计阶段，应根据原料的腐蚀性，尽量采取耐腐蚀性的钢材。例如近年来新设计的焦炭塔材质采用15CrMoR+0Cr13Al復合板，它不仅抗高温硫腐蚀而且还抗高温氧化性及抗疲劳性。从而大大增加焦炭塔的使用寿命。
参考文献
[1]瞿斌,延迟焦化装置技术问答,中国石化出版社,2007-07-01版123～129
[2]梁朝林,沈本贤,延迟焦化,中国石化出版社,2007-07-01版68～78
[3]徐成裕,邓新军,傅钢强,焦化装置焦炭塔技术问答,中国石化出版社,2006-01-01版 72～76
关键词：焦炭塔 工艺操作 高温硫腐蚀 低频疲劳破坏
焦炭塔是延迟焦化装置的主要设备，它是焦化反应和得到产品的地方，是延迟焦化装置的重要标志。由于焦化工艺过程的特殊性，决定了焦炭塔为有规律的周期性间歇生产。它的工艺操作特点是操作温度高，最高可达到495℃，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，由常压到操作压力的变化。因此，如果生产过程中不能严格按照操作规程操作，将严重影响焦炭塔的使用寿命，甚至出现事故。影响焦炭塔使用寿命的因素主要有：工艺操作、高温硫腐蚀、低频疲劳破坏。
一、工艺操作
焦炭塔在生产周期内都要经过赶空气试压、预热、生焦、冷焦、除焦等频繁操作步骤。每个工序的的操作是否符合要求，都能影响焦炭塔的使用寿命。①赶空气试压阶段。赶空气不彻底，瓦斯预热时极易爆炸。焦炭塔的试压标准为0.18～0.22MPa,最大不能大于0.3 MPa,超压不但减少焦炭塔的使用寿命，也威胁操作人员的人身安全。②预热、冷焦阶段。如果预热、冷焦速度过快，将引起焦炭塔结构变形、焊缝开裂等事故。因为大多数物质都是热胀冷缩的，对焦炭塔来说也是毫不例外的。每种钢材都有强度和应力，如果无数次激烈冷热交替变化，就会减弱强度和应力，引起焦炭塔的变形。③生焦阶段。注意焦炭塔顶压力、温度的变化在正常的控制范围内。④除焦阶段。放水时如果操作不当，容易引起焦炭塔吸扁，使焦炭塔失去使用功能。
在生产过程中，为了延长焦炭塔的使用寿命，必须采取以下措施：①赶空气时给汽必须缓慢，时间适当加长，在塔顶排放阀见汽后关闭放空阀进行试压。试压时严格按照设计标准进行，杜绝人为扩大或操作不当引起超压。试压前确认各个压力、温度仪表点是否好使。试压过程中，密切注意温度压力参数的变化。②预热冷焦时，按照工艺操作规程，控制合理的预热和冷焦速度。防止焦炭塔因变形引起寿命的减短。③生焦过程中，稳定加热炉的操作，防止油气进入焦炭塔的温度、压力超标。④冷焦放水时，待操作人员确定塔顶呼吸阀处于打开状态后，方可打开放水阀放水。
二、高温硫腐蚀
处于高温和高含硫原料条件下运行的焦炭塔其塔内壁可受到高温硫的严重腐蚀，因焦炭塔内壁通常附有一层牢固而致密的焦炭形成的保护层，从而起到了与腐蚀介质隔离的作用，因而塔内壁腐蚀一般不严重，但少数炼厂焦炭塔上端塔壁局部产生严重腐蚀，其部位是泡沫段、气液混相处以及塔外壁焊有立柱加强或保温不良的地方。塔内介质液面波动和高压水造成的冲刷则加强腐蚀。高温硫腐蚀的机理为化学硫腐蚀。具体类型如下：①硫化氢同铁在240℃以上就发生明显反应生成FeS。360～390℃之间达到最大。Fe+H2S→FeS+H2(大于200℃)。②在350～400℃的温度下，单质硫同铁很容易进行反应，同时在这个温度下，硫化氢也会分解出活性单质硫，活性单质硫和铁的作用极强烈。H2S →S+H2↑ Fe+S→FeS ③在200℃以上，尤其是在350～400℃复杂硫化物也分解出硫化氢，加强介质的硫化氢分解，使腐蚀加强。化学式如下：RCH2CH2SH+Fe→RCHCH2+FeS+H2 ↑(大于200℃)。由于高温硫腐蚀生成的硫化膜（对碳钢为硫化铁）的PBR（氧化物的离子体积砼金属原子体积比）为2.6～2.7，这样就在FeS硫化膜内产生较大的应力，在这种较大应力的作用下，硫化膜容易破裂，无法保持膜的致密性，也就无法隔断活性硫同金属基质的接触，这样腐蚀就会持续不断的进行。同时当流体介质有固体颗粒存在时，固体颗粒在高速流动时对膜的磨损作用使硫化膜更容易破裂、脱落，这样渐渐加速了钢材的硫腐蚀。
为了延长焦炭塔的使用寿命，防止高温硫腐蚀对焦炭塔的破坏，在高温部位，尤其在高温含固体颗粒介质的部位采用Cr5Mo和含铬13%以上的不锈钢。这是因为在Fe-Cr合金表面生成的硫化物膜为三层结构：FeS、FeCr2S4、铁铬硫化物。由于基体中的高Cr的作用，生成尖晶石硫化物FeCr2S4,形成较致密的膜，可抑制腐蚀的继续进行。
三、低频疲劳破坏
低频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。其主要原因有以下两点：①与工艺操作有关，在焦炭塔操作时，油气预热温度达不到规定的值，出现偏低现象，当焦炭塔进行四通切换时，使得焦炭塔温差急剧变化，从而产生较大的热应力。②在频繁而严重的加热和冷却循环下，焦炭塔裙座焊缝及其附近部位将受到较大的交变热应力，并且在急剧升温和急剧冷却阶段受到大于材料屈服应力的热应力载荷周期性作用。为了降低疲劳破坏对焦炭塔的破坏，延长焦炭塔的使用寿命，可以采取以下措施：①裙座与追星底盖间采用带空气囊的保温结构。②塔体与裙座的连接采用搭接焊缝结构。③焦炭塔裙座焊缝高度应不小于裙座壁厚的1.8倍，且把焊缝表面磨光并圆滑过渡，不得留有棱角。④在裙座的顶部开槽，槽沿圆周均布，对被开槽削弱的界面应进行稳定校核。在满足强度和稳定的条件下，应尽量减薄裙座的壁厚，以提高裙座顶部的挠性。⑤严格控制操作条件和遵守操作规程，尽量减小温度梯度和对塔的热冲击。必须按规定的冷焦时间逐步降低塔壁温度，控制单位骤冷因数在0.5～0.8之间。⑥完善保温结构。⑦采用与塔体分离的独立梯子平台结构，避免或减缓塔体变形和塔顶部腐蚀。
四、结语
由于焦炭塔操作的复杂性，影响其使用寿命的因素是多种多样的，在实际生产过程中，必须合理操作。在焦炭塔的设计阶段，应根据原料的腐蚀性，尽量采取耐腐蚀性的钢材。例如近年来新设计的焦炭塔材质采用15CrMoR+0Cr13Al復合板，它不仅抗高温硫腐蚀而且还抗高温氧化性及抗疲劳性。从而大大增加焦炭塔的使用寿命。
参考文献
[1]瞿斌,延迟焦化装置技术问答,中国石化出版社,2007-07-01版123～129
[2]梁朝林,沈本贤,延迟焦化,中国石化出版社,2007-07-01版68～78
[3]徐成裕,邓新军,傅钢强,焦化装置焦炭塔技术问答,中国石化出版社,2006-01-01版 72～76