浅谈焦炭塔设计要点.pdf

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1、浅谈焦炭塔设计要点范京薇(中石化广州工程有限公司，广东广州510620)摘要：本文根据设计经验及体会，对焦炭塔的设计要点做出了总结，为今后焦炭塔的设计提供借鉴和参考。关键词：焦炭塔；设计；选材；制造1工程概述炼油系统中的延迟焦化因投资低、能3n-r各种高硫、高沥青质的减压渣油，因而成为加工重质渣油的重要手段，而焦炭塔作为延迟焦化装置中的核心设备，从结构、材料的选择和强度的计算等多方面都备受关注。焦炭塔结构材料：上部采用S11306+15crMoR复合板，下部采用15CrMoR。2焦炭塔的工艺和操作条件特点因焦炭塔运行条件十分苛刻，我

2、们在进行焦炭塔的设计之前需要弄清楚焦炭塔的工艺和操作条件特点，下面介绍工艺特点和操作条件特点。2．1焦炭塔的工艺特点延迟焦化装置的生产工艺分为生焦和除焦两部分，生焦为连续操作，除焦为间歇操作，工业装置一般设有两台或四台焦炭塔。当原料油和循环油从分馏塔底抽出后再经加热炉快速加热至495℃左右后从底部进入焦炭塔，进行焦化反应；原料油在焦炭塔内生成焦炭积聚在塔内，油气从塔顶进入分馏塔，再通入冷却水使焦化反应生成的焦炭冷却到80℃左右后，最后通过高压水力除焦，使其从塔底排出；在一台焦炭塔进行反应生焦时，另一台焦炭塔正处于除焦阶段，即当一台塔

3、内焦炭积聚到一定高度后就将原料油切换到另一台焦炭塔后，在这台焦炭塔中通入蒸汽除去轻质烃类并注水冷却并除焦，而另一台便开始反应生焦。原料油在焦炭塔内发生缩合反应和裂解反应，缩合反应为放热反应，裂解反应为吸热反应。2．2焦炭塔的操作条件特点因焦炭塔的工艺特点，在焦炭塔内焦炭塔的切换周期一般为48小时，其中生焦24小时，除焦及其它辅助操作24小时，这种交替作用，焦炭塔处于反复加热和冷却的大幅度温度变化的低循环操作工况，且焦炭塔还存在高压水冲击等苛刻条件。3焦炭塔的结构和受力变形特点从工艺特点确定焦炭塔的结构形式时应考虑焦炭塔的操作条件、使

4、用寿命、安全性等方面的因素；焦炭塔内的反应是一个相变过程，受力情况十分复杂。3．1焦炭塔的结构特点焦炭塔是顶部为椭圆形封头或球形封头、中间部位为圆柱壳、底部为锥壳的空塔结构。国内焦炭塔的直径范围通常为4．6m至9．4m，高约25m至35m，当处理量一定时，高径比有一定的比例关系，过去一般为3～4，大型化后一般为2～3。封头顶部通常有公称大直径的除焦口；封头顶部设有油气口、消泡剂口，安全阀口，在油气口上设有急冷油I：1，在不同高度的罐壁外表面上设有中子料位计；在不同高度的罐壁外表面上还设有热电偶管嘴；锥体底部为公称大直径的出焦口；塔体

5、均采用裙座支撑；其保温现在通常采用改进的背带结构。3．2焦炭塔的受力变形特点焦炭塔在操作时受到如下应力作用：内压引起的薄膜应力；原料油和循环油沿塔壁施加的静压力；塔壁不同温度引起的热应力，而热应力又分为两种：一种是内外壁温差(径向)引起的轴向应力、环向应力，另一种是轴向温度不同引起的热应力。因为焦炭塔特殊的热应力作用，导致其产生低频疲劳破坏，具体破坏形式是塔体发生鼓胀变形和塔体焊缝开裂。4焦炭塔技术要点总结结合上文介绍，下面从选材、结构设计、法兰的计算与设计、制造和验收等方面对焦炭塔的技术要求进行归纳和总结。4．1焦炭塔的选材塔体的

6、变形和开裂与材质有关，随着焦炭塔的大型化，碳钢逐渐被淘汰，采用铬钼钢来代替，铬钼钢具有很好的耐高温蠕变性能，抗疲劳开裂性能，具有极好的塑性和韧性，现被普遍采用。焦炭塔下部塔壁上通常附着一层牢固而致密的由焦炭形成的保护层。焦炭层以上的塔壁是处于高温硫腐蚀环境中，因此上封头和上部筒体应选用S11306作为复层，泡沫层以下有焦炭保护，腐蚀轻，可不采用复合板；裙座筒体也应分两段，上段采用铬钼钢，下段采用Q245R或Q345R。4_2结构设计要点根据前文所述，焦炭塔易发生高温蠕变和焊缝疲劳开裂现象，设计时应考虑按照疲劳容器的结构来进行设计，根

7、据设计体会对结构要点总结如下：4．2．1筒体结构设计注意要点①各简体尽量采用内径对齐t②尽量控制简体厚度，避免变形不协调造成的局部应力，③考虑采用相对较宽的板幅，减少环焊缝的数量，④限制相邻筒节之间的壁厚差，以2-4mm为宜t⑤将不同厚的板之间的削边长度加长，一般为1：10的斜坡，以降低结构不连续引起的局部应力；⑥将环焊缝内外表面的余高全部磨平，对接焊缝采用x型坡IZl减少焊接变形和残余应力；⑦筒体上不开孔，采用无堵焦阀设计，⑧尽可能减少与塔体相连的焊接件，所有连接焊缝处应打磨光滑，减少应力集中。4．2．2裙座结构设计要点焦炭塔发生

8、疲劳开裂的最普遍部位是在裙座与封头的连2016年10月托，彳砰I237接处：(1)裙座与封头的连接方式可选用堆焊型和整体锻焊型。堆焊型实际上将普通对接型改进成圆弧过渡型，其可大大提高抗疲劳开裂能力，相对于整体锻焊型成本低，被普遍采用，