炼油装置主要设备故障及对策

程先步

（中国石化安庆石化公司设备工程处，安徽 安庆 246002）

1 概述

设备安全平稳运行是保证装置生产的关键因素，但由于受设计制造、工艺过程、设备材质、操作及管理人员水平等因素影响，常常导致设备发生故障甚至事故。为了提高设备可靠度，减少设备故障发生，通过对炼油装置主要设备出现的主要故障进行分析，提出相应的预防措施及对策，采取有效的控制手段，加强设备维护和管理，实现以最小的消耗，取得最大的经济效益。

2 塔类设备

2.1 焦化装置焦炭塔

（1）焦炭塔主要缺陷及原因。Ⅰ套焦化装置1987 年9月投产，已运行了30 年以上，2018 年9 月全面检验，目前存在的主要缺陷有：①塔体鼓包变形严重，塔101/1.2 鼓包最大变形量均为120mm，由于焦炭塔在开始进油的一段时间在塔壁径向、轴向、环向形成了最大温差应力，产生了塑性和蠕变变形。②焦炭塔的应力情况相当复杂，轴向、径向、环向均存在温差，热应力和机械应力等交织在一起。温度和应力的交变作用，使变形部位局部应力超过材料的屈服极限，因此，每循环一次受一次损伤。

（2）焦炭塔失效形式。焦炭塔的失效形式有：裙座鼓包和开裂、壳体鼓包和开裂、复层开裂、塔壁腐蚀、接管腐蚀和开裂，鼓包和开裂是影响焦炭塔安全运行的关键因素。

（3）延长焦炭塔寿命的措施。①焦炭塔鼓胀变形的判别应以晶相组织明显碳化物球化和壁厚明显减薄为标准，变形量作参考，不得因工序抢时间而产生较大温差应力，引起焦炭塔焊缝开裂泄漏着火。②严格工艺操作，确保每个步骤有足够的时间。③塔体保温必须完好，否则不再满足安定性条件，保温一旦脱落，必须立即修复，保温脱落时，应力集中、高温硫腐蚀、旋流冲刷加剧，直至泄漏、断裂。

2.2 常减压装置减压塔

（1）减压塔主要缺陷。减压塔减三线、减四线填料腐蚀塌陷，支撑梁坑蚀、减薄严重，分布器、分布槽等内构件腐蚀严重，进料段衬里及焊缝冲蚀、坑蚀严重，焊缝局部已腐蚀穿透，进料分布挡板腐蚀严重。

（2）改进措施。高温重油部位的腐蚀主要集中在减压塔减三、减四线塔壁、焊缝、填料，减压塔进料段衬里及进料分布挡板、减压炉低速转油线等部位，检修时应重点检查这些部位，同时日常生产中做好这些部位的腐蚀监控工作。

2.3 常减压装置常压塔

（1）常压塔主要缺陷。塔顶封头及塔壁内衬板腐蚀严重，塔顶塔壁气液交界处坑蚀严重，焊缝边缘凹陷较多，塔盘以上8～12cm 之间的气液相交界处，塔壁坑蚀，最大坑深约5mm，塔盘、浮阀严重腐蚀减薄，大部分浮阀脱落，受液槽腐蚀减薄穿孔，回流管管壁坑蚀、减薄，管壁多处存在开裂现象，管箍腐蚀减薄脱落。

（2）防范措施。①强化装置工艺防腐措施，重点加强电脱盐、破乳脱盐、注中和剂、注低温缓蚀剂和三顶注洗涤水的管理，对工艺防腐效果进行及时有效的在线腐蚀监测，及时调整工艺防腐措施，确保工艺防腐效果。②装置设备、管线每半年一次的定点定期测厚工作应做到细致、全面，增加设备及管线在线腐蚀监测点。③因常顶腐蚀严重，考虑长周期运行，建议将常压塔顶封头及顶部长筒节材质改为壳体：Q245R+N08367 CLAD，顶部5层塔盘：N08367 或钛材。

3 螺纹锁紧环换热器

3.1 失效形式及原因

（1）换热器分程箱隔板变形及裂纹。螺纹锁紧环换热器分程箱隔板角焊缝开裂，分程箱隔板严重变形，主要是下管程换热管堵塞较为严重，造成分程箱上下差压较大，长时间使分程隔板中部发生向下的鼓起。在这个应变的过程中分程箱中间隔板边缘角焊缝产生较大应力，加上氯离子等的腐蚀，在应力最为集中的部位产生穿透性裂纹。

（2）密封盘整圈裂纹。在对密封盘进行肉眼检查时，发现密封盘密封面凸台根部有整圈裂纹，产生裂纹的原因是密封盘密封面在大螺纹外顶丝和外圈压环的压紧力作用下和波齿垫、管箱密封面进行密封，大螺纹内顶丝和内圈压环的推力作用下，使密封盘发生塑变，因此密封面凸台根部应力较为集中。

3.2 预防螺纹锁紧环换热器失效对策

（1）加强腐蚀管理和腐蚀监测，设备及管线的接管、仪表引出管等部位列出明细，加强检查，并将这些部位作为装置检查的重点，定期检测；注缓蚀剂，增加分析频次，定期排凝、排气，防止设备管道低点及排空处富集氯离子。

（2）氯离子的活化作用对不锈钢氧化膜的建立和破坏均起着重要作用，在拉伸应力和腐蚀介质的联合作用下引起的低应力脆性断裂。管控原料油中氯含量，根据腐蚀检测和分析结果，制定腐蚀严重设备预知维修计划，对长周期订货设备做好配件准备，主要是高压换热器和空冷器。

4 催化裂解装置两器

4.1 反应器再生器失效形式

催化裂解装置反应器再生器失效形式为衬里严重脱落，再生器密相衬里脱落，反应器衬里严重脱落，提升管8 层人孔处，大块龟甲网衬里堵在人孔及待生斜管下料口，提升管8 层、提升管第三汽提蒸汽入口处大面积衬里脱落，设备筒体裸露，第二、第三层环形挡板间待生立管龟甲网衬里脱落，设备筒体裸露，沉降器密相北侧及南组旋分器入口处下方设备筒体大面积龟甲网耐磨衬里与隔热衬里分离，贴着旋分料腿悬挂在筒体上。

4.2 失效原因及对策

催化裂解装置1995 年建成投用，两器衬里没有更换，衬里龟甲网、锚固钉老化脱落造成衬里大面积损坏。因再生器沉降器衬里经长期运行后，龟甲网耐磨衬里脱落，隔热衬里烧结拆除困难，局部修补效果不佳，衬里大面积更新检修工期长，在装置停工检修的有限时间内进行大面积衬里拆除与更新非常困难，建议两器整体更新，提前预制，检修期间安装。

5 加氢反应器

5.1 反应器失效形式

2016 年7 月装置停工检修，对液相柴油加氢反应器进行定期检验，在检验过程中发现反应器R101 封头与筒体环缝存在横向裂纹，检测结果裂纹长度为80mm，深度为90mm，裂纹为穿晶性质，裂纹在焊缝区，缺陷反射波幅SL=22+dB，止裂于上下两侧母材。

5.2 原因及防范措施

反应器出现裂纹的原因是氢环境下应力的存在和焊接接头残余应力大等易引发应力腐蚀开裂，在补焊后，需进行彻底热处理，对打磨部分要进行钝化处理。补焊也可导致反应器应力腐蚀裂纹的产生，裂纹一般发生在第1 次补焊焊缝附近，应加以检查和防范。

（1）开停工和运行中要严格控制工艺操作条件，严禁超温或急聚降温冷却，严格执行升压和降压操作程序。

（2）停工时，应先降压后降温，采取缓慢降温，以降低反应器壁中残留的氢浓度，达到脱氢的目的。

（3）定期检测堆焊层是否有相变产生，并检查堆焊层的层下开裂和结合面的剥离缺陷。

（4）检查反应器母材材质及其焊缝的劣化状况，防止回火脆性，断裂韧性下降和氢致裂纹扩展及在温度较低而应力水平较高的情况下发生的脆性破坏。

6 汽轮机

6.1 汽轮机叶片断裂及原因

按照叶片断裂的性质，可以分为短期超载疲劳损坏、长期疲劳损坏、高温疲劳损坏、应力疲劳损坏、腐蚀疲劳损坏、接触疲劳损坏等六种。电厂汽轮机第三级叶片断裂是叶片运行中承受低于疲劳强度极限而应力循环次数又远高于107 次发生的一种机械疲劳及高温疲劳损坏，是叶片表面缺陷处出现局部应力集中而发生的疲劳损坏。

6.2 防止汽轮机叶片断裂措施

（1）改善叶片接触面的紧贴程度，增加接触面积以防止接触点接触的应力集中，避开高频激振力共振范围，如防止低周波、超负荷运行。

（2）选用高温性能好工作的叶片，提高叶片加工质量和改善运行条件，防止叶片共振，防止叶片径向和轴向摩擦等。

（3）改善汽水品质、提高叶片材质、降低叶片动应力等，提高叶片材质耐腐蚀性能，防止腐蚀和水击等，降低交变应力水平。

（4）主蒸汽参数应符合要求，避免频繁而较大幅度地波动，主蒸汽压力过高、温度偏低或水击以及真空过高，都会加剧叶片的超负荷或水蚀而损坏叶片。

7 结语

综上所述，全面分析工艺设计及设备自身缺陷，对做好设备故障预防起到至关重要的作用。同时加强设备管理者及操作人员培训，提升操作人员对设备原理、结构、用途和性能的认识程度，不断进行学习和总结，积累经验。根据各装置的实际情况，做好设备的巡检、定期设备检查及定期保养检修工作，制定合理的设备故障预防及维修措施，并对故障情况建立档案。加强设备监测和检测，对易发生故障部位进行实时监测，及时发现设备故障隐患，避免故障发生。