催化裂化装置再生器开裂初探

象 ，其 设 备 表 面 发 现 大 量 裂 纹 ，这 些 裂 纹 大 多 发 生 在 焊 缝 、熔
（ ）应力腐蚀断裂是材料在应力和环境 共 同作用下 经过一 ４ 段时间产生裂纹 。断裂时 间与材料 、介 质 、应力有关 ，短 则几
分 种 ，长 则 若 干 年 。 （ ）应力腐蚀开裂有 晶间型 、穿 透型 和混合 型 三种类 型 。 ５ 裂 纹 主要 特 点是 ：裂 纹 起 源 于 表 面 ，裂 纹 的 长 宽 不 成 比例 ，相 差 几 个 量 级 。裂 纹 扩 展 方 向一 般 垂 直 于 主拉 伸 应 力 方 向 ，裂 纹 呈树枝状 。 （ ） 应 力 腐 蚀 开 裂 从 宏 观 上 属 于 脆 性 断 裂 ，既 使 塑 性 很 好 ６ 的材 料 也 是 如此 。
Ｗ ＡＮＧ Ｆｕ — ｈ ａ ｕ
（ ｉｏＣ ． ｔ． ｈｎ ｏ ｇＷａｔｎ ｅ ｏｅｍ ａｄＣ ｅ ｉａ Ｃ ｒｏａｉ ， ｈ ｎ ｏ ｇＺｂ ５ ０ ０ ｈｎ ） Ｚｂ ｏ ，Ｌｄ ，Ｓ ａｄ ｎ ｎｏ ｇＰ ｔ ｌ ｎ ｈ ｍ ｃｌ ｏｐ ｒｔ ｎ Ｓ ａ ｄ ｎ ｉｏ ５ ０ ，Ｃ ｉａ ｒ ｕ ｏ ２
已发生开裂的设 备 ，其 烟气 中 Ｏ 含量较高 ，一般在 ５ 一 ％ ， ％ ６ 而Ｃ Ｏ等还原性气体 的含量很低 ；其均为烧焦罐式 的完 全再 生 ， 富 氧操 作 ，氧化 性 较 强 。 未 发 生 开 裂 的 设 备 ，其 烟 气 中 Ｏ 含 ， 量 很低 ，一 般 在 １ 一２５ ，而 Ｃ 的含 量 较 高 ，一 般 在 ２ ％ ．％ Ｏ ％ １％范 围内，同时还存在少量 Ｈ 、Ｃ 等气体 。 ０ Ｈ 当碳钢设备被加 热到 ３０℃左 右时 ，由于高 温氧 的作 用 ， ０ 在设备表 面上能形成一层可见 的氧化皮 ，腐蚀速 度随温度 升高
合线或焊逢热影响区内 ，发生于母 材 的裂纹亦 多数经 过保温 钉 焊点 ，不少裂纹为穿透性 裂纹 ，个别长达 １米多 ，并有 高温 烟
气和催化剂外泄情况发生 。催化裂 化再生烟气 系统 出现 的应 力腐蚀开裂现象 已具有一定的普遍性 ，直 接影响到装 置 的长 周
期 安 全 运 转 和 炼 厂 的 经 济 效 益 。 因此 ，研 究 催 化 裂 化 装 置 再 生 器开裂的原因及解决办法成为当今要作的首要工作。
分 析 表 明 ，其 主要 成 分 依 次 为 Ｎ 、Ｃ ２ Ｏ、Ｃ ２ Ｏ Ｏ 、Ｓ ２和 Ｃ 一 ｌ ，烟 气中 Ｈ １ Ｈ Ｃ 、Ｎ ，和 Ｈ Ｓ含 量 极 少 ，同 时 ， 烟 气 中 含 有 １％ ～ ０
１％ 水 蒸 汽 。 ３ 表 １ 催 化 裂 化 装 置 的 烟 气 分 析 （ 州 石化 和茂 名石 化 ） 锦
组装过程中 ，构件内产生很大的焊接残余 应力 ，环焊 缝或纵 焊 缝焊道两侧溶合线附近 、耐磨保温层 固定销钉焊根 都是构件 的 变截面部位 ，这些部位将会使应力进一 步集 中 ，若 焊缝质量 较
差 将 导 致 应 力 集 中更 加 严 重 。 同时 ，在 上 述 应 力 基 础 上 再 附 加 定 的 组 装 应 力 和 热 应 力 ，会 在 焊 缝 附 近形 成 较 大 的 拉 应 力 状
一
（ ）各种 合金 的应力 腐蚀 断裂 只 是对 某些 特定 的介质 敏 ２ 感 。比如对于碳钢和低合金钢而 言 ，烧碱 硝酸盐 溶液 、ｃ ， ｏ 和 碳酸盐水溶液 、液氨等介质都可 以使其发生应力腐蚀开裂 。 （ ）发生应力腐蚀 必须有拉 伸应 力的作用 。工作 应力 、装 ３ 配应力 、热应力 、残余应力等均会在构件 中构成拉应力 。
表 ２ 烟 气 含 水量 、冷 凝 水 酸 度 及 主 要 阴 阳离 子 含 量 （ ／ ） ｇ ｇ
由表 ２可 以 看 出 ，开 裂 的 装 置 烟 气 中 Ｎ 和 Ｓ 含 量 较 Ｏ一 Ｏ
高 ，ｐ Ｈ值较 低。在高 温烟气 中， Ｓ Ｏ 、Ｓ ，等气 体不 形 、Ｃ Ｏ 成腐蚀 ，但当气 温降低达 到露点 时 （ 或装置 停工 时 ） ，上 述气 体就与水形成腐蚀环境。 烟气中的氯化 物 主要 以 Ｈ １ 形式存 在 ，硫化 物 主要 以 Ｃ的 Ｓ 或 Ｓ 的 形 式 存 在 ， 氮 化 物 的 存 在 形 式 可 能 有 Ｎ 和 Ｏ Ｏ Ｏ Ｎ Ｈ ，两种若烟气 中的 Ｏ 含量 较高 ，氮 化物 主要 以 Ｎ 的形 Ｏ 式存在 ，Ｎ 的含 量 较少 ；反 之 ，若 烟 气 中的 Ｏ 含 量 较低 ， Ｈ ： 氮 化物 主 要 以 Ｎ 的 形 式 存 在 ，Ｎ 的 含 量 较 少 。 烟 气 中 的 Ｈ Ｏ Ｎ 含量较 高 ，可中和烟气冷凝 水 中的 ｐ Ｈ Ｈ值 ，设备 不易发 生 应力腐蚀开 裂现象 ；反之 ，若烟气 中的 Ｎ Ｈ 含量较低 ，烟气冷 凝水 的 ｐ Ｈ值较小 ，即介质 的腐蚀性 愈强 ，设 备愈容 易发生 应
关键 词 ：催化裂化装置； 再生器 ； 裂纹 ； 腐蚀
中图分类 号 ： Ｅ Ｔ９
文献标 识码 ：Ａ
文章编 号 Biblioteka Baidu１０ — ６７２ １）７ ０１ — ３ ０ １ ９７ （０２ １ — １１ ０
Ｓ ｕ ｎ ａ ｋ ｎ ｆＲｅ ｅ ｒ ｔ ｒ ｉ ｔ ｌ ｔｃ Ｃｒ ｃ ｎｇ Ｕｎ ｔ ｔ ｄｙ ｏ Ｃｒ ｃ ｉ ｇ ｏ ｇ ｎｅ ａ ｏ ｎ Ｃａ ａ ｙ ｉ ａ ｋ ｉ ｉ
并扩散 到未 氧化 的设备 表 面 ，使铁 继 续 氧化 ，最 后 氧化 皮 脱 落 ，设备被腐蚀 。在氧化性介质 中 ，当温度为 ５ ０—６０ ｏ ， ７ ０ Ｃ时
如 表 １所示 ，不 同 装 置 烟 气 中 Ｏ 和 Ｃ Ｏ含 量 的 差 别 较 大 ，
金属表 面不仅被氧化 ，同时还会产生脱 碳。脱碳 的结 果使钢 材 强度降低 ，硬度降低 ，疲劳限降低。
１ 裂 纹产 生 的 条 件
１ １ 应 力腐蚀开 裂 ．
应力腐蚀开裂是指受 拉伸应力作用 的金属材 料在某 些特定 的介质中发生断裂的现象 Ｊ 。应力腐蚀断裂有 以下几个特征 ：
（ ） 几 乎 所 有 金 属 的合 金 在 特 定 环 境 中都 有 一 定 的应 力 腐 １ 蚀敏感性 。
Ｋ ｅ ｒ ｓ：ＦＣＣ ｎ ｔ ｅ ｅ ｅ ａｏ ；ｃ ａ ｋ；ｃ ｒｏ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ｕ ｉ ；ｒ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｒ ｃ ｏ ｓｏ
石 化工业催 化 裂化 的原料 ，由过去 的常 压 、减 压 馏份 油 （ 蜡油 ）发展到常压重油 、掺 炼焦 化蜡油 和掺炼 减压渣 油 ，原 料 的 日益重质化 和劣 质化 ，带来 烟气 中化学 成分 的复杂化 ，使 得烟气 中 不 仅 含 有 Ｓ 和水 蒸 气 ，而 且 还 含 有 Ｃ 和 Ｎ Ｏ Ｏ Ｏ 等 。这些化学成分 的存在导致我 国一些炼厂 的重 油催化裂 化 装 置 接 二 连 三 发 生 在 再 生 器 、三 级 旋 分 器 等 设 备 出 现 开 裂 现
根据北京石油化工科学研究院对催 化裂化装 置再生 烟气 的
作 者 简 介 ：王 富 华 ，男 ，１７ ９ ２年 ８月 ，工 程 师 ，浙 江 大 学 化 工 机 械专 业 毕 业 ， 山东 万 通 石 油 化 工 集 团 淄博 有 限公 司 副总 经 理 。
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广
州
化
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２１ ０ ２年 ９月
设 备壳体若发生应力腐蚀开裂的关键 因素一个是 工作状 态 下材料承受拉伸应力作用 ，另一种是有腐蚀性介 质的存在 。 静拉伸或低应变速率的动应力是产生应 力腐蚀破 裂 的必 要 条件 ，工作 应力 、装 配应 力 、热 应力 、残余 应力等均会 在构 件
中 构 成 拉 应 力 。 催 化 裂 化 再 生 器 体 积 庞 大 、结 构 复 杂 ，重 量 达 几 百 吨 。 在
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｒ ｃ ｉ ｇ ｐ ｎ ｍｅ ｏ ｘ ｓｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔｒｏ ｔａ ｔ ｅ ｃ ａ ｋ ｎ ｈｅ ｏ ｎ ｎ ｅ ｉｔｄ ｉ ｈ ｅ ｅ ｅ ａｏ ｆＦＣＣＵ ｓｃ ｍｍｏ ｎ ｓ ｍｅ ｒｆｎｅｙ ｏ ｕｒｃ ｕｎ ｒ ｗａ ｏ ｎ ｉ ｏ ｅ ｉ ｒ ｆｏ ｏ ｔ ｙ ｗｉｈ ｔ ｅ ｃ ｕ ｅ ｏ ｌｏ ｈ ｅ ｖ ｅ ｎ ｒ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｙ ａ ｓ ｗｈ ｃ ｉｅ ｔｙ ｉ ｆｕ ｎｃ ｄ ｓ ｆ ｐ ｒ ｔ ｎ ｆ ｒａ ｌｎ ｅ ｉｄ ａ ｄ ｔ ｈ ｒ ｄ ｉ ｆｔ ｅ ｈ ａ ｉｒａ ｄ ｗｏ ｓ ｎ ｒ ｃ ｎ ｅ ｒ ， ｉｈ ｄ ｒ ｃｌ ｎ ｅ ｅ ａｅ ｏ ｅ ａ ｉ ｏ ｏ ｇ ｐ ｒｏ ｎ ｌ ｏ ｔ ｅ ｅ ｏ ｏ ｃ ｂｅ ｅ ｔｏ ｈ ｅ ｎ ｒ ． Ｔｈ ｒ ｃ ｅ ｓ ｎ ｏ ｅ ｅ ｅ ａ ｏ ｈ ｌ ｎ ｈ ｏｒ ｓｏ ｃ ａ ｉｍ ｓ ａ ａｙ ｅ ｈ ｃ ｎ ｍｉ ｎ ｆ ｆ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｙ ｉ ｉ ｅ ｃ ａ ｋ ｒ ａ ｏ ｆｒ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｓ ｅｌ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｒｏ ｉｎ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｗａ ｎ ｌ ｚ ｄ， ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｌ ｔｄ ｃ ｕ ｔ ｒ ａ ｕ ｅ ｎｄ ｓ ｇ ｓｉｎ ｓｐ ｔｆ ｒ ｒ ｏ ｐ ｅ ｅ ｔｃ ａ ｋ ． ｎ ｈ ｅａｅ ｏ ｎ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｓ ａ ｕｇ ｅ ｔｏ ｓ ｗａ ｕ ｏ ｗａ ｄ ｔ ｒ ｖ ｎ ｒ ｃ ｓ
力 腐蚀 开裂 。
的 壳 体 不 得 使 用 Ｓ Ｖ ５ 、 １ＭＮ 等 一 类 材 料 ，应 选 用 ２ Ｒ。 Ｐ ３５ ６ Ｒ ０ 如 果 在 条 件 允 许 的情 况 下 ，也 可 以考 虑 采 用 复合 钢 板 材 料 。
２ ２ 焊 条的选 择 。
重油催 化裂化装 置设备发 生的应力腐蚀 开裂大多 位于焊 缝 带 ，应对设备 制造 、安装时焊条 的选用 加 以规定 ，应使用 与 设 备 壳 体 材 料 ２ Ｒ相 匹 配 的 焊 条 ，如 ：Ｅ ３系 列 焊 条 。 ０ ４
态 ，再生器及其辅助设备发生的开裂 ，绝 大多数裂 纹都是起 源
于 焊 缝 熔 合 线 或 热 影 响 区 ，母 材 裂 纹 中 的绝 大 多 数 也 是 经 过 耐 磨保温层 固定销钉焊根 ，这些现象均和上述特征相符 。
１ ２ 烟气腐 蚀分 析 （ ． 以锦 州石化 和茂 名石 化为例 ）
～
而增 大 。在 高 温 下 ，氧 气 和 碳 钢 可 以 直 接 作 用 。 当 温 度 高 于 ５０ ℃ 时 ，氧 化 特 别 激 烈 。铁 与 氧 可 形 成 Ｆ Ｏ，Ｆ ｅＯ ７ ｅ ｅＯ ，Ｆ 的氧化层 ，主要成份是 Ｆ Ｏ，Ｆ Ｏ结 构疏松 ，氧原子 容易通 过 ｅ ｅ
第４ Ｏ卷 第 １ ７期 ２１ ０２年 ９月
广
州
化
工
Ｖｏ． ０ Ｎ ． ７ １４ ｏ １
Ｓ ｐｅ ｂ ｒ２ ２ ｅ ｔｍ ｅ ． ０１
Ｇｕ ｎｇ ｈ ｕ Ｃｈ ｍ ｉａ ｎｄ ｓｒ ａ ｚ ｏ ｅ ｃ ｌＩ ｕ ｔｙ
催 化 裂 化 装 置 再 生 器 开 裂 初 探
王 富华
（ 东万通石 油化 工集 团淄博 有 限公 司 ，山 东 淄博 山 ２５ ０ ） ５０ ０
摘 要 ：近年来 ，随着原油的重质化和劣质化 ， 我国一些炼油厂的重油催化裂化装置再生器时有设备开裂现象的发生，直
接影 响装 置的长周期 安全运转 和炼 厂的经济效益 。本文对对再生器 壳体产生 裂纹的原 因及腐 蚀的机理 进行 了分析 ，并 提出 了防止 裂 纹 产 生 的 相 关 对策 及 建议 。