【正文】 證明，生焦完成時的泡沫層及泡沫層以上塔體腐蝕較嚴(yán)重，估計是最高泡沫層以下焦炭塔受焦炭的保護(hù)，并且越向下，受保護(hù)的時間越長，未被保護(hù)的上部塔體受高溫氣體腐蝕和沖蝕，在吹汽、給水冷焦時，受酸性水的腐蝕，從而導(dǎo)致上部腐蝕較為嚴(yán)重。當(dāng)焦炭塔采用 CrMo 鋼及不銹鋼復(fù)合板后，其耐熱性提高，許用應(yīng)力增大、耐腐蝕性增強(qiáng)，在設(shè)計時應(yīng)考慮采用較高的溫度和壓力，使焦炭塔更適應(yīng)焦化裝置各種工況操作的變化。 焦炭塔的結(jié)構(gòu)形式 確定焦炭塔的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)充分考慮焦炭塔的操作特點、使用壽命、安全保障等方面的因素。焦炭塔雖然是一個空 筒設(shè)備，但其結(jié)構(gòu)型式、開口嘴子的設(shè)計也有多種型式。在上世紀(jì)六、七十年代和八十年代初，國內(nèi)設(shè)計的焦炭塔均設(shè)有堵焦閥，裝置開工預(yù)熱和正常操作時焦炭塔的預(yù)熱介質(zhì)自堵焦閥進(jìn)入，油品自塔底由甩油泵抽出，油氣自塔頂進(jìn)入分餾塔，由于堵焦閥處塔體受熱不均產(chǎn)生裂紋和變形以及經(jīng)常由于甩油不凈導(dǎo)致?lián)Q塔時塔內(nèi)突沸沖塔， 80年代以后國內(nèi)設(shè)計的焦炭塔均取消了堵焦閥，并增設(shè)了甩油罐。油氣預(yù)熱利用塔頂?shù)拇笸咚咕€，開工循環(huán)利用安全閥線或單獨設(shè)置的開工循環(huán)線。塔頂油氣出口線過去自鉆焦口法蘭下接出，現(xiàn)在一般單獨設(shè)油氣出口，并且急冷油入口斜向下安 裝在油氣出口法蘭以下或上部的管線上。另外目前在設(shè)置開口時均考慮自焦炭塔頂打入消泡劑和注入煉油廠的污泥或含水污油。實踐證明現(xiàn)在的改進(jìn)措施，均有利于焦炭塔的靈活操作，對減少塔出口結(jié)焦也十分有效。 焦炭塔的裙座結(jié)構(gòu)也正在不斷改進(jìn)，由過去的對接型式和搭接型式逐步發(fā)展為堆焊型式和整體鍛焊型式，四種結(jié)構(gòu)型式的計算疲勞壽命分別是 59 47550 10704 周期。在有條件的情況下，為了盡量延長焦炭塔的疲勞壽命，應(yīng)優(yōu)先考慮采用整體鍛焊結(jié)構(gòu)。另外，焦炭塔裙座采用蒸汽加熱措施對延長焦炭塔的 8 壽命也有一定的好處。過去焦炭塔頂 封頭均采用球形封頭，為了在焦炭塔高度不變的情況下提高其利用率，增加焦炭塔的容積，國內(nèi)目前大都采用橢圓封頭，針對φ 8400 21000mm 的球型封頭焦炭塔，若改為橢圓封頭，在總高度不變的條件下，其切線長度約可以增加到 23100mm，焦炭塔的筒體容積增加 ，對增加焦炭塔的處理能力十分有利。根據(jù)焦炭塔的使用經(jīng)驗，焦炭塔的頂部鉆焦口和底部出焦口的法蘭容易發(fā)生火災(zāi)，這主要是由于該法蘭的設(shè)計壓力較低（一般為）、經(jīng)常人工拆裝、金屬墊片不過關(guān)、內(nèi)部操作介質(zhì)溫度高所致。為了避免該類事件的發(fā)生，應(yīng)考慮采用 合理的法蘭結(jié)構(gòu)型式、質(zhì)量可靠的金屬墊片，除焦口在拆卸法蘭和裝配法蘭時應(yīng)科學(xué)、精心操作，另外在法蘭易泄漏部分設(shè)消防蒸汽環(huán)管，一旦油氣外泄漏著火，操作人員也能夠及時對其熄火。 焦炭塔的料位計和塔壁測溫點的設(shè)置也是焦炭塔設(shè)計應(yīng)考慮的因素。設(shè)置料位計的主要目的是觀察焦炭塔內(nèi)泡沫層和焦層的所處位置，有助于及時確定注入消泡劑和停止工藝進(jìn)料，對提高焦炭塔的利用率，指導(dǎo)焦化工藝操作、節(jié)約能耗和消泡劑耗量非常有利。目前國內(nèi)采用的大部分是國產(chǎn)的中子料位計，其使用的中子源活度為 50 毫居，相應(yīng)輻射劑量為距源點 1 米處，中子及γ射線總 輻射劑量小于 106希沃特／ 時 。其工作原理是中子源發(fā)出快中子，穿過塔壁和塔內(nèi)介質(zhì)，由于塔內(nèi)介質(zhì)中的氣體、泡沫層、焦炭的碳?xì)浔炔煌?，對中子的吸收慢化不同，塔外壁接收到的中子通量也不同。測量在此中子通量及其隨時間的變化，則可以確定塔內(nèi)物料的相對密度的大小及其變化，由此判定物料狀態(tài)是油氣、泡沫還是焦炭。通常每個焦炭塔設(shè)置料位計 1～ 4 點不等，設(shè) 3 點的較多。三個點的設(shè)置位置應(yīng)根據(jù)生焦率、進(jìn)料量、生焦時間、泡沫層高度確定。每檢測點由中子源、檢測器、電子線路、主控室接口及二控 PC 數(shù)據(jù)處理、顯示系統(tǒng)等構(gòu)成。塔上部件 均有效地密封在防火、防水、防電磁干擾的外殼內(nèi)，并安裝在塔壁外的支架上，在塔體設(shè)計時應(yīng)考慮料位計的安裝位置及結(jié)構(gòu)形式。上述料位計每一檢測點只能檢測塔內(nèi)某一點的料位，另外一種料位計點發(fā)射源和接收器在焦炭塔相對的兩側(cè)，發(fā)射源發(fā)射的射線是水平向下約 30o的扇面，其對面的是長約 2～ 3米的棒形接收器，該料位計可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)檢測塔內(nèi)的料位，若采用該類型料位計，在焦炭塔設(shè)計時應(yīng)考慮在塔的兩側(cè)設(shè)計安裝料位計支架。 焦炭塔塔壁溫度的變化基本也可以判斷焦層、泡沫層的位置，該措施在國內(nèi) 9 外也得到普遍應(yīng)用。根據(jù)焦炭塔內(nèi)的反應(yīng)模式 ，泡沫層區(qū)的塔壁溫度最高，焦層區(qū)由于焦炭的隔熱作用，塔壁溫度比進(jìn)料溫度低，氣相區(qū)由于氣體的溫度低且傳熱較差，導(dǎo)致塔壁溫度比反應(yīng)區(qū)溫度也低。根據(jù)不同點塔壁溫度的變化，由低到高再到低來確定泡沫層是否已經(jīng)過此點。另外塔壁溫度的設(shè)置對焦炭塔的吹汽、給水、油氣預(yù)熱過程也有一定的指導(dǎo)作用。測溫點的熱電偶和塔壁應(yīng)有效接觸，采用埋置式較合理，在焦炭塔的制造過程中就要預(yù)放焊接板。 焦炭塔的制造、熱處理、安裝和試壓 焦炭塔的制造從煉鋼開始，當(dāng)焦炭塔的規(guī)格及材質(zhì)確定后，向煉鋼廠提出要求，冶煉符合設(shè)計要求的鋼板，國內(nèi)大型煉 鋼廠均可以生產(chǎn)滿足要求的焦炭塔鋼板，復(fù)合板由專門的復(fù)合板制造廠生產(chǎn)。焦炭塔裙座采用整體鍛件結(jié)構(gòu)時，應(yīng)在制造廠事先鍛造完成，整體運到現(xiàn)場，針對大直徑的焦炭塔應(yīng)充分考慮其運輸?shù)碾y度。采用堆焊結(jié)構(gòu)可現(xiàn)場焊接。焦炭塔體一般采用分節(jié)制造現(xiàn)場組裝的安裝方法，可以在地面組裝完畢，整體吊裝就住，也可以分塊吊裝現(xiàn)場焊接。當(dāng)焦炭塔采用鉻鉬鋼或較大壁厚碳鋼時，均應(yīng)熱處理，可以分段在制造廠進(jìn)行熱處理，現(xiàn)場組裝焊接后對焊縫進(jìn)行局部熱處理；也可以分段運到現(xiàn)場，在現(xiàn)場熱處理爐進(jìn)行熱處理，在組焊后局部熱處理。焦炭塔使用前的試壓應(yīng)采用水，試 壓水可由冷焦水泵送入 , 在正常操作時試壓一般采用蒸汽試壓 ,試驗壓力應(yīng)考慮溫度的影響。 3. 焦炭塔相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計 在設(shè)計焦炭塔時應(yīng)充分考慮其相關(guān)系統(tǒng)，主要是吹汽放空、給水冷焦及冷焦水處理、水力除焦及切焦水處理、油氣預(yù)熱等和焦炭塔操作密切相關(guān)的系統(tǒng)。 焦炭塔的進(jìn)料來自焦化加熱爐，加熱爐為連續(xù)操作，焦化油通過四通閥連續(xù)送至焦炭塔 A 或 B，四通閥和四通閥兩側(cè)的球型隔斷閥實行聯(lián)鎖控制操作，焦炭塔為間斷進(jìn)料，其進(jìn)料時間即為生焦時間，在一個塔的生焦時間內(nèi)，另一個必須經(jīng)過處理后達(dá)到生焦條件。一個焦炭塔兩次開始進(jìn)料的時間間隔 為焦炭塔的操作周期。焦炭塔的操作周期一般為 24～ 72 小時。下表為焦炭塔不同操作周的操作情況。 10 操作過程 操作周期 ,h 生焦 h 切換塔 h 小吹汽 h 大吹汽 h 小給水 h 大給水 h 排水 h 頂?shù)最^蓋拆 卸 h 除焦 h 頂?shù)最^蓋安裝 h 試壓 h 塔預(yù)熱升溫 h 閑置 h 36 18 48 24 24 12 0 72 36 由上表可以看出，操作周期不同，焦炭塔處理的每一個步驟需要的時間不同，若達(dá)到同樣的處理效果，操作自動化程度、吹入蒸汽的流量、冷焦水的流量、切焦水壓力和流量、油氣預(yù)熱流量不同，其相應(yīng)系統(tǒng)的配置也有較大的差別。因此在確定生焦周期時應(yīng)慎重考慮。采用較短的生焦時間可體現(xiàn)裝置的設(shè)計水平，美國經(jīng)常 采用的是 16～ 18小時，而國內(nèi)都是采用 24小時。這不僅和操作管理及工作制度有關(guān)，而且和焦炭塔的設(shè)計及配套系統(tǒng)有關(guān)，在設(shè)計焦炭塔時應(yīng)分別給于考慮。 吹汽放空系統(tǒng) 焦炭塔停止生焦以后，未反應(yīng)的渣油和反應(yīng)生成的部分油氣停留在焦炭塔內(nèi)，若不去除將影響焦炭的質(zhì)量和增加冷焦水中的油含量。通常先少量吹入蒸汽，從滿焦的焦炭塔汽提輕質(zhì)油品至焦化分餾塔，小吹汽的蒸汽量和焦炭塔的直徑、生焦時間有關(guān)，在生焦時間短，焦炭塔直徑大的情況下，要使焦炭塔中的輕油充分吹出 ,應(yīng)加大蒸汽量 ,但蒸汽量的增加將受到分餾塔設(shè)計的限制，一般為 ～。小吹汽后，焦炭塔內(nèi)仍然存在許多重質(zhì)污油，應(yīng)該用大量蒸汽進(jìn)行汽提， 11 蒸汽量一般為 10～ 20t/h，視塔徑不同而定，此時再進(jìn)分餾塔，將影響分餾塔的操作。因此在焦化裝置設(shè)置吹汽放空系統(tǒng)，專門處理焦炭塔大吹汽時吹出的油汽和給水冷焦時產(chǎn)生的含油蒸汽。國內(nèi)的吹汽放空系統(tǒng)一般設(shè)計為密閉的油吸收式放空系統(tǒng)，該系統(tǒng)是用焦化蠟油吸收油汽中的污油，用空冷器或水冷器冷凝未被吸收的蒸汽及輕質(zhì)油氣，該系統(tǒng)不僅減少了環(huán)境污染，而且回收了大量的污油和污水。放空塔的設(shè)計和大吹汽的蒸汽量有關(guān)，最大空塔氣速以吸收油品不被蒸汽夾 帶為原則，放空塔塔徑根據(jù)蒸汽及油氣流量和允許空塔氣速確定，吸收及換熱擋板根據(jù)入口蒸汽中含油量和換熱量確定。國內(nèi)外一般采用擋板作為吸收換熱板，擋板數(shù)量為 8～ 16 層。在確定焦炭塔直徑的同時應(yīng)考慮放空塔直徑和放空系統(tǒng)的冷凝冷卻器的設(shè)計。大直徑的焦炭塔和短的生焦時間，需要的汽提蒸汽量大，配套的放空塔及冷凝冷卻器也應(yīng)該加大。 給水冷焦及冷焦水處理系統(tǒng) 在焦炭塔拆卸塔頂?shù)咨w以前，必須把焦炭塔冷卻到焦炭的自燃點以下或更低，避免打開塔頂?shù)咨w后發(fā)生焦炭自燃和大量油汽外出影響環(huán)境。通常是向塔內(nèi)通入少量的水（約 10～ 20t/h），水在塔內(nèi)汽化吸熱冷卻焦炭，產(chǎn)生的蒸汽排至放空系統(tǒng)進(jìn)行處理，再向塔內(nèi)大量給水（ 200～ 400t/h），使焦炭塔充滿并溢流，冷卻焦炭至 100℃以下，然后自底部排水至冷焦水處理系統(tǒng)。焦炭塔的設(shè)計應(yīng)考慮給水冷焦，給水冷焦的操作條件又決定著冷焦水處理系統(tǒng)的設(shè)計。焦炭塔直徑越大，徑向焦層厚度增加，塔壁處焦炭不易被冷卻，另外焦炭塔體積增大，充滿焦炭塔需要的冷卻水量增加，因此冷焦水的給水量和冷卻時間應(yīng)適當(dāng)延長。冷焦水處理系統(tǒng)應(yīng)該考慮加大冷焦水熱水和冷水的貯罐或貯水池，滿足一次冷焦使用，冷焦水冷水泵和熱水泵也應(yīng)考慮 選用大流量泵，保證能在規(guī)定的時間內(nèi)充滿焦炭塔。冷焦水處理系統(tǒng)的旋流除油器、冷卻器可以考慮延長操作時間，不一定按焦炭塔塔徑的增加而選用的太大。焦炭塔的給水線特別是放水線應(yīng)加大直徑，避免放水時間太長。在冷焦操作時，經(jīng)常出現(xiàn)大吹汽后小給水時，焦炭未硬結(jié)塌落，導(dǎo)致給水不暢通，有的煉油廠采用先大給水使通道的焦炭固化，再由小給水過渡到大給水，效果比較明顯。 焦炭塔的最大操作荷重應(yīng)考慮冷焦操作，因為冷焦操作時焦炭塔內(nèi)充滿水，水中有焦炭，焦炭的真比重大于水，最大操作荷重為水的重量加焦炭的重量。 12 水力除焦及切焦水處理 水力除焦及切焦水處理系統(tǒng)主要包括高壓水泵、控制閥、高壓膠管、鉆桿、切焦器、鉆機(jī)絞車、塔底蓋裝卸機(jī)、焦炭抓斗、切焦水沉淀池、切焦水貯水罐（或貯水池）等。上述設(shè)備的設(shè)計及選型應(yīng)和焦炭塔的設(shè)計相配套。高壓水泵的壓力和流量和焦炭塔內(nèi)的生焦量、焦炭塔直徑、焦炭硬度和切焦時間有關(guān)，一般情況下生焦量大、切焦時間要求的短、焦炭硬、焦炭塔直徑大要求的切焦水的壓力和流量就大。國內(nèi)高壓水泵出口壓力、流量和塔徑的關(guān)系見下表： 焦炭塔直徑 高壓水泵出口壓力 Mpa 高壓水泵流量 m3/h φ 5400 150～ 160 φ 6000 180～ 190 φ 6100 180～ 190 φ 6400 190～ 200 φ 6800 200～ 210 φ 8400 250～ 270 φ 8800 260～ 280 φ 9400 300～ 310 根據(jù)國外資料介紹，焦炭塔每米直徑，需要的水壓約為 ，美國休斯頓某煉油廠焦炭塔直徑為 米，選用的高壓水泵壓力為 。在給定的壓力下，沖擊力和流量成正比，焦炭塔直徑增加，切焦水流量也應(yīng)加大。國內(nèi)設(shè)計焦炭塔每米直徑 需要的水壓約為 ～ ，并且直徑越大，平均每米需要的水流量變化不大。高壓膠管、控制閥、鉆桿、切焦器的設(shè)計壓力應(yīng)按高壓水泵最高出口壓力考慮，目前國產(chǎn)的該類設(shè)備的耐壓均超過 42Mpa，完全可以滿足使用要求。 鉆機(jī)絞車、控制閥、高壓水泵、高壓水切斷閥等的聯(lián)鎖控制操作也是焦炭塔輔助系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容之一，該系統(tǒng)采用 PLC測定鉆桿位置、鉆桿轉(zhuǎn)速、除焦水壓力、鋼絲繩拉力等并顯示其數(shù)值，通過程序控制實現(xiàn)除焦過程的安全操作。塔底 13 蓋裝卸機(jī)和焦炭塔下出焦口的高度及大小有關(guān)，目前國內(nèi)φ 5400~φ 6800 的焦炭塔下出焦口 為φ 1600，φ 8400~φ 8800 的焦炭塔下出焦口為φ 1800。更大直徑的焦炭塔應(yīng)采用更大的出焦口，保證焦炭的順利流出，底蓋裝卸機(jī)的設(shè)計也應(yīng)重新考慮。為縮短塔頂?shù)咨w的拆