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【摘 要】本文介绍了在某石化公司二催化装置再生器进行全面检验的情况，对催化装置再生器工作原理、结构及应力腐蚀开裂易发生部位进行了阐述，并对检验中发现裂纹的原因进行了分析，提出了防止再生器应力腐蚀开裂的措施和建议。
【关键词】催化装置再生器；检验；裂纹；原因分析；解决措施催化装置中再生器的检验及裂纹成因的分析
一、再生器的工艺过程
炼油催化装置中的再生器（以下简称再生器）是装置中的主要设备之一，其作用是使反应过程中由于积碳而失去活性的催化剂恢复活性。
由于再生器是在带有催化剂的高速气流下操作的，操作温度一般在580～730℃，若发生二次燃烧，一段时间温度会急剧升高，可达900～1000℃左右。此时，由于喷蒸汽和喷水，引起急冷急热和催化剂高速流动和剧烈搅动，极易造成再生器各部件的冲蚀磨损。
另外，随着催化裂化技术的发展，原料已由过去的常减压蜡油扩大到常压渣油、掺炼焦化蜡油和减压渣油，甚至是100%的渣油，从而大大提高了催化裂化装置的经济效益。但是，原料不断的重质化的劣质化，使设备的应力腐蚀倾向也随之提高。国内一些炼油厂的再生设备相继发生了较严重的应力腐蚀开裂，极大地威胁到装置的安全长周期运行。因此，在再生设备的全面检验中，应从以下再生器重点部位进行检验。
二、再生器检验的重点
（一）再生器内部构件的检查
对再生器内部构件的检查以宏观检查为主，通过眼看、锤敲（0.5kg手锤）进行。有些部位需进行理化、测量检查，对损坏的部位应记录。检查的主要有以下内容。
1、检查十字架消音板固定螺栓松动与否。
2、检查集气室盖环形焊缝、旋风分离器与集气室盖连接焊缝有无裂纹和磨损。
3、检查旋风分离器的各部位焊缝、筒体磨损、变形等情况，焊缝磨损开裂、筒体小面积磨损或穿孔，应进行修补。若磨损、变形严重应予更换。检查再生器旋风分离器的吊杆螺丝是否松动，吊挂焊缝有无开裂，检验平台固定是否牢靠，如有缺陷应予处理。
4、对未加衬里的旋风分离器的筒体、锥体、灰斗等部位进行超声测厚，根据其冲刷磨损后的测厚，以确定修补或更换。
5、检查再生器的器壁、旋风分离器内壁的耐热耐磨衬里有无严重磨损、裂缝、变形、脱落等缺陷，根据情况进行修补。
6、检查再生器内各开孔处的衬板变形及衬板下面的衬里，如衬板发生严重变形或衬板下面衬里脱落，均应进行修补或更换。
7、检查再生器内耐磨热电偶磨损情况。
此次检验，并未发现上述问题。
（二）一台再生器检验发现的问题
2013年10月20日对某石化公司二催化装置中的再生器进行了全面检验，该公司二催化装置再生器由某石化设计院于1985年设计，兰州石化公司于1987年制造，1988年投入生产。设备的基本参数为：主体材质20g、设计压力0.33MPa、操作压力0.2 Mpa、设计温度750℃。
此次再生器全面检验发现其上封头升气管与外集气室连接的接管角焊缝有多处裂纹。其中最长一处为穿透性裂纹，裂纹扩展到母材，裂纹长980mm，宽度3mm， 如图1所示：
图1 裂纹实图
三、裂纹产生机理
（一）金相检验
从母材裂纹截取试样，试样经磨平抛光后，金相实验结果如图2所示。从图中可以看出裂纹呈树枝状，并沿晶界扩展。且随着裂纹的扩展，裂纹尺寸增加。
图2 母材裂纹试样金相图
（二）烟气组分分析
为判断再生器的应力腐蚀开裂情况，对再生器烟气和再生器壁温进行了分析，分析结果表明：烟气其组分主要是SO42-。对烟气进行分析的同时，又进行了露点温度和再生器壁温的测定。烟气露点温度为118℃，壁温测定见表4。当设备的壁温低于露点温度时，设备表面就会结露，构成腐蚀环境，即烟气酸露点腐蚀。当季节、气候、现场保温等因素变化时，再生器的部分壁温可能低于烟气酸露点，构成产生应力腐蚀的介质条件。随着NOX、SOX等酸性氧化物浓度以及烟气中水蒸气含量的增加，烟气酸露点温度也随之增高。但当酸性氧化物增到一定量时，烟气的酸露点温度就不会随之增高。另外，氧含量的增高，氧化性增强，也会使烟气的腐蚀性增加，即富氧操作的条件。
综上所述，随着重质原油及掺渣率不断增加，随着催化剂进入再生器不断燃烧，生成SOX、NOX。当烟气露点温度高于壁温时，烟氣中的水蒸气在器壁结露，并溶解烟气中的SOX、NOX，生成酸性溶液，是构成再生器应力腐蚀开裂的腐蚀介质条件。
再生器设备中存在较高水平的拉伸残余应力是应力腐蚀开裂的主要应力因素。体积庞大的再生器结构复杂，纵、环缝多，还有保温钉及各接管的焊接，因此是复杂的焊接容器。由于施焊部位留有较高的残余应力，当壳体某一部位的综合应力达到开裂的门槛值时，就具备了发生应力腐蚀开裂内在因素。值得一提的是，相当数量的热电偶斜插管的角焊缝存在未焊透缺陷。这是由于斜插管的焊接位置会影响焊接质量，如果焊接工艺不合理或焊接时未严格执行焊接工艺，加之无损检测仅为表面角焊缝渗透检查，就不可避免会产生未焊透等缺陷。在烟气酸应力腐蚀的环境下，这些接管部位极易出现针孔或裂纹缺陷，从而造成渗漏。
四、建议及对策
（一）减少腐蚀介质。加入抑制NOX生成的添加剂及硫转移剂，这些腐蚀抑制剂会提高冷凝水pH值，降低了烟气露点 。与此同时，控制好壁温，使之高于露点温度，就可以有效地防止应力腐蚀开裂。
（二）合理的焊接结构和工艺可适当降低焊接残余应力。对组焊时的施焊工艺要严格控制，避免出现未焊透及微小的冷裂纹。
（三）合理选用材料。选用材料时，应考虑到材料的强度与抗腐蚀性能。因此材料强度越高，其对应力腐蚀破裂也越敏感，所以尽可能选用强度较低的材料。此外还可以采用电化学保护法等。
（四）选用优质的隔热和耐磨衬里。衬里要满足两个要求：一个是隔热，不使热量损失和外壁温度过高；二是耐磨，保护隔热层衬里或金属壁不受硫化状态的催化剂颗粒的磨损。如果衬里选择不合适或施工质量不好，都要严重-影响设备的使用寿命和操作周期。
五、结语
在实际检验中，应结合催化装置再生器工作原理、结构、应力腐蚀开裂易发生部位对再生器进行全面检验。再生器上封头裂纹主要是由于器壁温度低于烟气露点温度，构成应力腐蚀介质条件，而再生器设备中存在较高水平的拉伸残余应力又是构成应力腐蚀开裂的应力条件。通过加入抑制NOX生成的添加剂及硫转移剂，减少腐蚀介质，从而有效防止应力腐蚀开裂。另外，合理的焊接结构和工艺可适当降低焊接残余应力，在选用材料时尽可能选用强度较低的材料，以及选用优质的隔热和耐磨衬里都可以有效防止再生器器壁应力腐蚀开裂。
参考文献：
[1]李选亭.催化裂化再生系统设备裂纹电化学保护研究[J].石油化工腐蚀与防护，2001，18（6）.
[2]付燕生.重油催化裂化装置再生器裂纹产生机理与防护措施[J].炼油设计，2000，30（10）.
[3]汪志忠.再生器和旋风分离器的裂纹处理及预防[J].炼油设计，2001，31（6）.
[4]高菊萍.催化裂化再生器开裂失效分析与对策[J].材料保护，2000，33（11）
[5]龚宏.加工高硫原油装置重点部位选材[J].石油化工与防腐，1998，4（33）
【关键词】催化装置再生器；检验；裂纹；原因分析；解决措施催化装置中再生器的检验及裂纹成因的分析
一、再生器的工艺过程
炼油催化装置中的再生器（以下简称再生器）是装置中的主要设备之一，其作用是使反应过程中由于积碳而失去活性的催化剂恢复活性。
由于再生器是在带有催化剂的高速气流下操作的，操作温度一般在580～730℃，若发生二次燃烧，一段时间温度会急剧升高，可达900～1000℃左右。此时，由于喷蒸汽和喷水，引起急冷急热和催化剂高速流动和剧烈搅动，极易造成再生器各部件的冲蚀磨损。
另外，随着催化裂化技术的发展，原料已由过去的常减压蜡油扩大到常压渣油、掺炼焦化蜡油和减压渣油，甚至是100%的渣油，从而大大提高了催化裂化装置的经济效益。但是，原料不断的重质化的劣质化，使设备的应力腐蚀倾向也随之提高。国内一些炼油厂的再生设备相继发生了较严重的应力腐蚀开裂，极大地威胁到装置的安全长周期运行。因此，在再生设备的全面检验中，应从以下再生器重点部位进行检验。
二、再生器检验的重点
（一）再生器内部构件的检查
对再生器内部构件的检查以宏观检查为主，通过眼看、锤敲（0.5kg手锤）进行。有些部位需进行理化、测量检查，对损坏的部位应记录。检查的主要有以下内容。
1、检查十字架消音板固定螺栓松动与否。
2、检查集气室盖环形焊缝、旋风分离器与集气室盖连接焊缝有无裂纹和磨损。
3、检查旋风分离器的各部位焊缝、筒体磨损、变形等情况，焊缝磨损开裂、筒体小面积磨损或穿孔，应进行修补。若磨损、变形严重应予更换。检查再生器旋风分离器的吊杆螺丝是否松动，吊挂焊缝有无开裂，检验平台固定是否牢靠，如有缺陷应予处理。
4、对未加衬里的旋风分离器的筒体、锥体、灰斗等部位进行超声测厚，根据其冲刷磨损后的测厚，以确定修补或更换。
5、检查再生器的器壁、旋风分离器内壁的耐热耐磨衬里有无严重磨损、裂缝、变形、脱落等缺陷，根据情况进行修补。
6、检查再生器内各开孔处的衬板变形及衬板下面的衬里，如衬板发生严重变形或衬板下面衬里脱落，均应进行修补或更换。
7、检查再生器内耐磨热电偶磨损情况。
此次检验，并未发现上述问题。
（二）一台再生器检验发现的问题
2013年10月20日对某石化公司二催化装置中的再生器进行了全面检验，该公司二催化装置再生器由某石化设计院于1985年设计，兰州石化公司于1987年制造，1988年投入生产。设备的基本参数为：主体材质20g、设计压力0.33MPa、操作压力0.2 Mpa、设计温度750℃。
此次再生器全面检验发现其上封头升气管与外集气室连接的接管角焊缝有多处裂纹。其中最长一处为穿透性裂纹，裂纹扩展到母材，裂纹长980mm，宽度3mm， 如图1所示：
图1 裂纹实图
三、裂纹产生机理
（一）金相检验
从母材裂纹截取试样，试样经磨平抛光后，金相实验结果如图2所示。从图中可以看出裂纹呈树枝状，并沿晶界扩展。且随着裂纹的扩展，裂纹尺寸增加。
图2 母材裂纹试样金相图
（二）烟气组分分析
为判断再生器的应力腐蚀开裂情况，对再生器烟气和再生器壁温进行了分析，分析结果表明：烟气其组分主要是SO42-。对烟气进行分析的同时，又进行了露点温度和再生器壁温的测定。烟气露点温度为118℃，壁温测定见表4。当设备的壁温低于露点温度时，设备表面就会结露，构成腐蚀环境，即烟气酸露点腐蚀。当季节、气候、现场保温等因素变化时，再生器的部分壁温可能低于烟气酸露点，构成产生应力腐蚀的介质条件。随着NOX、SOX等酸性氧化物浓度以及烟气中水蒸气含量的增加，烟气酸露点温度也随之增高。但当酸性氧化物增到一定量时，烟气的酸露点温度就不会随之增高。另外，氧含量的增高，氧化性增强，也会使烟气的腐蚀性增加，即富氧操作的条件。
综上所述，随着重质原油及掺渣率不断增加，随着催化剂进入再生器不断燃烧，生成SOX、NOX。当烟气露点温度高于壁温时，烟氣中的水蒸气在器壁结露，并溶解烟气中的SOX、NOX，生成酸性溶液，是构成再生器应力腐蚀开裂的腐蚀介质条件。
再生器设备中存在较高水平的拉伸残余应力是应力腐蚀开裂的主要应力因素。体积庞大的再生器结构复杂，纵、环缝多，还有保温钉及各接管的焊接，因此是复杂的焊接容器。由于施焊部位留有较高的残余应力，当壳体某一部位的综合应力达到开裂的门槛值时，就具备了发生应力腐蚀开裂内在因素。值得一提的是，相当数量的热电偶斜插管的角焊缝存在未焊透缺陷。这是由于斜插管的焊接位置会影响焊接质量，如果焊接工艺不合理或焊接时未严格执行焊接工艺，加之无损检测仅为表面角焊缝渗透检查，就不可避免会产生未焊透等缺陷。在烟气酸应力腐蚀的环境下，这些接管部位极易出现针孔或裂纹缺陷，从而造成渗漏。
四、建议及对策
（一）减少腐蚀介质。加入抑制NOX生成的添加剂及硫转移剂，这些腐蚀抑制剂会提高冷凝水pH值，降低了烟气露点 。与此同时，控制好壁温，使之高于露点温度，就可以有效地防止应力腐蚀开裂。
（二）合理的焊接结构和工艺可适当降低焊接残余应力。对组焊时的施焊工艺要严格控制，避免出现未焊透及微小的冷裂纹。
（三）合理选用材料。选用材料时，应考虑到材料的强度与抗腐蚀性能。因此材料强度越高，其对应力腐蚀破裂也越敏感，所以尽可能选用强度较低的材料。此外还可以采用电化学保护法等。
（四）选用优质的隔热和耐磨衬里。衬里要满足两个要求：一个是隔热，不使热量损失和外壁温度过高；二是耐磨，保护隔热层衬里或金属壁不受硫化状态的催化剂颗粒的磨损。如果衬里选择不合适或施工质量不好，都要严重-影响设备的使用寿命和操作周期。
五、结语
在实际检验中，应结合催化装置再生器工作原理、结构、应力腐蚀开裂易发生部位对再生器进行全面检验。再生器上封头裂纹主要是由于器壁温度低于烟气露点温度，构成应力腐蚀介质条件，而再生器设备中存在较高水平的拉伸残余应力又是构成应力腐蚀开裂的应力条件。通过加入抑制NOX生成的添加剂及硫转移剂，减少腐蚀介质，从而有效防止应力腐蚀开裂。另外，合理的焊接结构和工艺可适当降低焊接残余应力，在选用材料时尽可能选用强度较低的材料，以及选用优质的隔热和耐磨衬里都可以有效防止再生器器壁应力腐蚀开裂。
参考文献：
[1]李选亭.催化裂化再生系统设备裂纹电化学保护研究[J].石油化工腐蚀与防护，2001，18（6）.
[2]付燕生.重油催化裂化装置再生器裂纹产生机理与防护措施[J].炼油设计，2000，30（10）.
[3]汪志忠.再生器和旋风分离器的裂纹处理及预防[J].炼油设计，2001，31（6）.
[4]高菊萍.催化裂化再生器开裂失效分析与对策[J].材料保护，2000，33（11）
[5]龚宏.加工高硫原油装置重点部位选材[J].石油化工与防腐，1998，4（33）