焦化裝置輻射進料泵技術(shù)改造

　　隨著原油含硫量的升高,煉油裝置中的高硫腐蝕問題日漸凸顯,結(jié)合某煉油廠焦化裝置進料泵的技術(shù)改造工作,分析探討了該設(shè)備在高硫、高溫、顆粒介質(zhì)高速沖刷工況條件下的失效模式和改進措施。希望能夠?qū)�解決同類問題提供借鑒。

1、前言

　　眾所周知,目前原油平均含硫量比30年前提高了一倍以上,已達到1.2%的水平。這對各煉油裝置的耐腐蝕能力提出了嚴峻挑戰(zhàn),尤其對那些按照原油平均含硫量0. 5%設(shè)計的老裝置更是如此。

　　高硫原油對煉油裝置的腐蝕在不同煉制階段和不同設(shè)備上有不同的特點。因此在不具備對老裝置進行全面技術(shù)改造的條件下,有必要對其中的相關(guān)設(shè)備進行有針對性的局部改造,以適應裝置對高硫原油的加工要求。

　　通常,原油中的含硫量分布規(guī)律是越到重油含硫量越高。由于焦化裝置位于常減壓裝置的下游,加工原料為渣油, 目前平均含硫量已超過5%,工藝溫度高,介質(zhì)多含顆粒;因此該裝置中的高溫硫腐蝕和介質(zhì)沖刷十分明顯。

　　本文涉及某煉油廠焦化裝置的輻射進料泵,型號HGBR3 /6。輻射進料泵由德國制造,于20世紀70年代中后期投入使用。設(shè)計參數(shù)為:流量380m3 /h; 揚程120m; 轉(zhuǎn)速2940 r/min; 軸功率190kW;運行工況條件為:輸送介質(zhì)為渣油;介質(zhì)溫度為390℃。至20世紀80年代中期,在正常檢修周期內(nèi)能平穩(wěn)運行,壽命周期正常。此后因流量、揚程日漸下降,計劃外檢修的頻度大幅增加,直至無法滿足生產(chǎn)要求而被提出進行技術(shù)改造。輻射進料泵經(jīng)過解體后發(fā)現(xiàn):葉輪蓋板減薄明顯并有穿孔,越靠近輪緣越嚴重;葉輪直徑明顯減小;平衡活塞齒槽已基本被磨平;口環(huán)及泵軸過流段腐蝕明顯。

2、失效分析

　　該設(shè)備失效的特點是失效發(fā)生在穩(wěn)定運行一段時間之后,說明原水力設(shè)計能夠滿足性能要求。解體檢查的結(jié)果表明,過流部件在高溫硫腐蝕和介質(zhì)沖刷磨損的共同作用下產(chǎn)生了嚴重的“沖刷磨蝕”。其機理是:高含硫介質(zhì)在高溫作用下進一步提升了介質(zhì)中所含硫化物的活性,使腐蝕加劇;高速流動的介質(zhì)沖刷導致腐蝕產(chǎn)物FeS無法在部件表面形成保護膜,使新鮮金屬不斷暴露在腐蝕環(huán)境中,因而喪失了抑制腐蝕速度的保護機制 。

　　從失效形式看,嚴重的沖刷磨蝕使葉輪及口環(huán)的實體尺寸不斷減小,最終導致泵的水力性能下降、容積損失增大。

3、改造方案

3.1、確定改造內(nèi)容

　　失效分析結(jié)果表明,導致失效的主要原因是沖刷磨蝕。通常解決這類問題有兩條途徑,一是改善腐蝕環(huán)境,二是提高耐蝕能力。對于單臺設(shè)備的技術(shù)改造,系統(tǒng)地改善設(shè)備運行環(huán)境是迫不得已的選擇,代價大而且周期長。因此,本次技術(shù)改造的總體思路是針對受損較嚴重的轉(zhuǎn)子部件進行改造如圖1所示,并以提高主要過流部件材質(zhì)的耐腐蝕能力為改造內(nèi)容,維持原水力設(shè)計不變。

圖1　轉(zhuǎn)子主要過流部件

3.2、材料選用

3.2.1、材料選用原則

　　針對本次技術(shù)改造的特點,材料選用時首先應提高材料的耐腐蝕性能,保證改造部件在所處環(huán)境下不腐蝕或輕微腐蝕。應結(jié)合工況條件保證所選材料的機械性能、物理性能與原設(shè)備材質(zhì)相當或相配;比如,泵軸材料的高溫強度和熱脆傾向應能夠滿足使用要求;泵軸、葉輪、口環(huán)等各部件材料的熱膨脹系數(shù)應與配裝部件相匹配等。

3.2.2、泵軸材料的選擇

　　泵軸的工況特點是腐蝕、高溫和剪切應力;因此,泵軸的選材方向主要是提高耐腐蝕性能并保證必要的強度。此外,由于泵軸的長度尺寸較大,為保證安裝的適配性,材料在高溫下的線脹量應進行核算。

當鋼材中的含鉻量大于12%時,鋼材的耐腐蝕能力才會有改善;但含鉻量大于13.7%時,由于鉻在點陣中的偏聚導致熱脆現(xiàn)象的產(chǎn)生,并且熱脆傾向隨著含鉻量的增加而增加; 馬氏體不銹鋼1Cr13、2Cr13、3Cr13相比奧氏體不銹鋼18-8等材料,后者的熱脆傾向高于前者,高溫強度優(yōu)于前者;但奧氏體不銹鋼的線脹系數(shù)過大,難以兼顧冷態(tài)裝配與熱態(tài)運行時動、靜部件之間的配合要求。綜合分析,在強度核算結(jié)果的支持下同時輔以合理的熱處理工藝,泵軸材料選用3Cr13 (鍛園) 。

3.2.3、葉輪、平衡活塞及口環(huán)材質(zhì)的選用

　　葉輪、平衡活塞及口環(huán)等軸系零件的工況特點是高溫硫腐蝕和介質(zhì)沖刷。與泵軸相比,這些零件的選材應主要考慮耐腐蝕性,同時兼顧線脹系數(shù)的匹配以及成型加工的要求。因此在泵軸材質(zhì)選定的情況下, 1Cr13、2Cr13、3Cr13等都是可選材料,最終確定選用2Cr13是在耐腐蝕性和強度之間平衡的結(jié)果。具體選材情況為:葉輪2Cr13(精鑄) 、口環(huán)及平衡活塞2Cr13 (棒料) 。

4、泵軸的核算

4.1、強度核算

　　泵軸最小抗扭截面直徑<48mm,位于外齒聯(lián)軸器內(nèi)側(cè)。

　　按扭轉(zhuǎn)強度條件,最小軸徑核算為:

dmin =A0(P/n) ^1/3

　　式中dmin ———最小軸徑, mm
　　　　A0 ———計算系數(shù),取A0 = 104
　　　　P———軸功率, P = 190kW
　　　　n———軸轉(zhuǎn)速, n = 2940 r /min

　　計算結(jié)果: dmin = 42mm,小于泵軸實際最小抗扭截面直徑<48mm。

5、制造與檢驗

5.1、對泵軸的要求

　　鍛造能夠提高泵軸材料3Cr13的機械性能,為避免可能的鍛造缺陷所帶來的隱患,應在調(diào)質(zhì)處理之后對泵軸在制品進行超聲檢驗。

　　檢驗結(jié)果不允許有當量直徑大于3mm的單個缺陷以及當量直徑小于3mm的缺陷密集區(qū)存在;

　　粗加工之后的調(diào)質(zhì)處理執(zhí)行1050℃ ×30min油冷加670℃ ×120min水冷的規(guī)范,避免回火脆性;

5.2、對轉(zhuǎn)子的要求

　　轉(zhuǎn)子應進行動平衡試驗; 試驗精度應達到GB9239 - 88規(guī)定的G2.5級;平衡試驗的去重部位應于葉輪蓋板的外側(cè);打磨去重應保持圓滑過渡,最大打磨深度不大于0. 5mm。

6、結(jié)語

　　高硫腐蝕是煉化裝置連續(xù)運行的一大障礙,而根據(jù)設(shè)備的工況特點,有針對性地提高所用材料的耐蝕性能是解決這類問題的有效途徑。某煉油廠焦化裝置的輻射進料泵型號HG2BR3 /6經(jīng)技術(shù)改造后在穩(wěn)定運行18個月后的解體檢查中表現(xiàn)良好,沖刷磨蝕的痕跡微乎其微,這說明了失效分析和所采取的改造措施的正確性和有效性。