石化設(shè)備大型化

石化設(shè)備大型化―壓力容器行業(yè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)煉廠規(guī)模和煉油裝置大型化具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，是世界煉油發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。但要實(shí)現(xiàn)煉廠規(guī)模和煉油裝置大型化必須首先實(shí)現(xiàn)石化設(shè)備的大型化，否則將是“無米之炊”。石化設(shè)備大型化給我國壓力容器行業(yè)提出了許多新課題，促進(jìn)了設(shè)備用材，制造技術(shù)、設(shè)計(jì)方法以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的發(fā)展或完善。盡管目前我國已生產(chǎn)出以千噸級(jí)加氫反應(yīng)器為代表的一批大型石化設(shè)備，但與國外相比仍有一定的差距。尚需全行業(yè)共同努力，爭取在大型石化設(shè)備技術(shù)方面盡快趕上或超過世界先進(jìn)水平。為滿足石化裝置規(guī)模效益的需要，石化設(shè)備日益向大型化發(fā)展，相應(yīng)地對(duì)壓力容器的用材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、運(yùn)輸和安裝都提出了新的要求，也可以說是對(duì)壓力容器行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。由于本人多年從事煉油設(shè)備開發(fā)設(shè)計(jì)工作，故僅以煉油設(shè)備為代表闡述石化設(shè)備大型化的意義、現(xiàn)狀及發(fā)展前景。一煉廠規(guī)模和煉油裝置大型化是世界性的趨勢煉廠規(guī)模大型化實(shí)際上是煉油廠發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。早在60年代初期，世界上煉油業(yè)發(fā)達(dá)的國家就已開始逐漸進(jìn)行煉廠大型化。出現(xiàn)了以美國?？松镜呢悳珶拸S和維爾京群島的圣克羅依煉廠為代表的大型化煉油廠。到了80年代后期，因煉廠利潤降低以及激烈的市場競爭，使煉廠大型化更為人們所關(guān)注。煉廠大型化之所以成為一種世界性的趨勢，其原因是大型化具有明顯的優(yōu)越性。根據(jù)美國能源部的資料報(bào)導(dǎo)，建設(shè)1座1000萬噸/年煉廠和2座500萬噸/年煉廠相比，其投資可節(jié)約20％左右，生產(chǎn)人員可減少16人／100萬噸/年，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率21％。1座1000萬噸/年煉廠和4座250萬噸/年煉廠相比較，加工費(fèi)用可減少US$0.15/m3。另據(jù)前蘇聯(lián)研究報(bào)告，1座1200萬噸/年煉廠與2座600萬噸/年煉廠相比，其生產(chǎn)成本可降低12％－15％。據(jù)美國“0GJ”雜志2001年1月1日統(tǒng)計(jì)，世界上現(xiàn)共有742座煉廠，原油蒸餾總能力達(dá)40.62億噸/年，規(guī)模最大的煉廠是委內(nèi)瑞拉帕拉瓜納煉制中心的煉廠，其原油加工總能力為4700萬噸/年。在這742座煉廠中，加工總能力超過2000萬噸/年的有15座（見表1）。表1 世界最大的煉油廠（^2000萬噸/年）序號(hào)公 司地 點(diǎn)原油加工能力（萬噸/年）1帕拉瓜納煉制中心委內(nèi)瑞拉，胡迪瓦那47002SK（前油分公司）韓國，蔚山40853LG—加德士公司韓國，仁川31684?？松幻梨诠拘录悠?，亞遼杳灣島裕廊29005印度信任石油公司印度，賈姆納格爾27006Hovensa股份有限公司維爾京群島，圣克羅依島26257雙龍精油株式會(huì)社韓國，溫山2600

8?？松幻梨诠久绹?，得克薩斯洲貝湯25409?？松幻梨诠久绹?，路易斯安那巴吞魯日242510俄羅斯投資公司俄羅斯，安加爾斯克220411英國石油公司美國，德克薩斯洲德克薩斯城218512英國石油公司美國，印地安那洲懷廷205013殼牌東方石油公司新加坡，武公島202514伊朗國家石油公司伊朗，阿巴丹200015沙特阿拉伯國家石油公司沙特阿拉伯，拉比格2000在我國目前127座煉廠中，加工能力在100萬噸／年以上的有50座，加工能力在500萬噸／年以上的只有27座。據(jù)1999年底統(tǒng)計(jì)，中國石化集團(tuán)公司擁有的35座煉廠中，1000噸級(jí)的煉廠有4座，500噸級(jí)的煉廠有14座。隨著煉廠規(guī)模大型化，煉廠內(nèi)各單元裝置也超于大型化。表2匯總了世界最大的典型煉油裝置的能力。表2世界最大典型煉油裝置能力裝置名稱1990年，加工能力，萬噸/年2000年，加工能力，萬噸/年原油蒸餾美國加里維爾煉廠1275美國貝湯煉廠1250沙特臘斯塔努拉煉廠1250西班牙索莫羅斯羅特1200日本出光興產(chǎn)，千葉煉廠1050新加坡裕廊煉廠1000美國貝湯煉廠 1250美國貝湯煉廠減壓蒸餾能力 600催化裂化蠟油美國貝湯煉廠 600美國林登煉廠 560美國貝湯煉廠 600美國林登煉廠 690渣油美國科帕克里斯帝煉廠印尼巴隆煉廠 425

325韓國蔚山煉廠 345印尼巴隆煉廠 425延遲焦化美國帕斯卡戈拉煉廠 310美國泛美公司路易斯安那煉廠 412印度reliance公司煉廠（1998年建成，未投產(chǎn)）670委內(nèi)瑞拉Sincor公司（設(shè)計(jì)中） 770加氫裂化科威特舍巴煉廠 306美國帕斯卡戈拉煉廠320加拿大阿爾伯塔（設(shè)計(jì)中）（沸騰床） 440加氫精制美國貝湯煉廠 335美國貝湯煉廠335加氫脫硫蠟油美國貝湯煉廠 500美國貝湯煉廠500RDS美國帕斯卡戈拉煉廠460美國斯威尼煉廠400美國帕斯卡戈拉煉廠480美國斯威尼煉廠421VRDS日本室蘭煉廠125韓國蔚山煉廠192我國最大的原油蒸餾裝置加工能力為800萬噸／年，最大的催化裂化裝置加工能力為350萬噸／年，最大延遲焦化裝置加工能力為100萬噸／年，最大加氫裂化裝置加工能力為150萬噸/年，最大的渣油加氫脫硫裝置（RDS）加工能力為200萬噸/年。有一些加工能力更大的煉油裝置正在設(shè)計(jì)中或規(guī)劃中。二煉油設(shè)備大型化勢在必行1、 設(shè)備大型化的必要性。要充分體現(xiàn)煉廠規(guī)模和煉油裝置大型化的優(yōu)勢，首先要實(shí)現(xiàn)煉油設(shè)備的大型化，否則將是“無米之炊”。使用大型化的單元設(shè)備與較小的單元設(shè)備相比由于制造成本、占地面積、管線閥門等諸多因素的影響具有明顯的綜合經(jīng)濟(jì)效益。例如，某一個(gè)儲(chǔ)量為60萬米3的油庫，采用4個(gè)15萬米3的貯油罐方案可比采用6個(gè)10萬米3貯油罐方案節(jié)省投資1475萬元；某一套100萬噸/年延遲焦化裝置，選用2臺(tái)直徑為8400mm的焦炭塔比采用4臺(tái)直徑為6000mm焦炭塔可節(jié)省投資880萬元。石化設(shè)備大型化，也有利于制造單位提高年產(chǎn)值，降低成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。例如，某制造廠承接1臺(tái)單重1000噸的石化設(shè)備與同時(shí)承接2臺(tái)單重500噸的石化設(shè)備相比，總訂購價(jià)大體相當(dāng)。但是制造1臺(tái)大設(shè)備所用的材料和加工費(fèi)用要比生產(chǎn)2臺(tái)較小設(shè)備少得多，估計(jì)僅為60－70％。這就意味著利潤要提高30－40％。換個(gè)角度來看，同類設(shè)備無論規(guī)格大小，其制造工序、制造周期基本相同，真所謂“麻雀雖小，五臟俱全“。這樣，一個(gè)制造廠在用戶通常要求的交貨期內(nèi)，能制造完1臺(tái)大型設(shè)備，就可能制造不完總重相當(dāng)?shù)?臺(tái)較小的同類設(shè)備。也就是在同樣時(shí)間段內(nèi)創(chuàng)造不了同等的產(chǎn)值和效益。從這兩方面不難看出，努力掌握生產(chǎn)大型石化設(shè)備的技術(shù)，具備與此相配套的生產(chǎn)能力是制造廠一個(gè)新的顯著的經(jīng)濟(jì)效益增長點(diǎn)。因此，必須牢牢抓住這一機(jī)遇。2、大型化煉油設(shè)備現(xiàn)狀。當(dāng)今國內(nèi)外在煉油設(shè)備大型化方面已有了很大發(fā)展，下面舉出幾個(gè)典型的煉油設(shè)備情況來說明，見表3。表3國內(nèi)外最大規(guī)格的煉油設(shè)備（舉例對(duì)比）設(shè)備名稱設(shè)計(jì)或制造單位設(shè)備直徑容積（或重量）所屬公司貯油罐（地上浮頂）美國CBI公司制造110,000mm24萬米3沙特阿拉伯某油庫茂名石化安裝公司制造90,000mm12.5萬米3（正在施工中）茂名石化公司焦炭塔美國FW和Bachtal公司設(shè)計(jì)8840mm印度Reliance公司中石化化建三公司制造（見圖片1）8800mm245噸上海高橋石化公司加氫反應(yīng)器日本制鋼所（JSW）制造45001450噸荷蘭殼牌公司中國第一重型機(jī)械集團(tuán)公司制造（見圖片2）3800mm927噸齊魯石化公司

圖片1直徑8400mm焦炭塔圖片21000噸級(jí)加氫反應(yīng)器3、對(duì)特大型煉油設(shè)備的需求目前我國正在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)或處于審批階段的大型煉油和煤液化項(xiàng)目中，將需要一批特大型石化設(shè)備，舉例如下：?15萬米3?20萬米3原油貯罐直徑9.4米?10.6米的焦炭塔直徑14米?15米的催化再生器直徑12?16米的減壓分餾塔直徑4.8米，重量約1900噸的煤液化加氫反應(yīng)器（已開始制造）這些超大型設(shè)備無論在用材方面，還是在設(shè)計(jì)和制造方面都有很大難度，需要多方配合才能得以實(shí)現(xiàn)。三、煉油設(shè)備大型化給壓力容器行業(yè)提出的新要求1、對(duì)材料的要求。設(shè)備大型化首先要求強(qiáng)度高的材料，這樣才能使容器壁厚不致太厚，盡可能不超過當(dāng)前制造條件允許的厚度；重量盡量減輕以便于運(yùn)輸和安裝。為了滿足油罐和大型壓力容器的要求，日本的一些鋼鐵公司早就成功地開發(fā)了調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼板SPV490Q。新日鐵公司的WELTEN610和NKK公司的NK—HITEN610等鋼號(hào)都屬于這一類型，這些高強(qiáng)鋼在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。近年來，我國武漢鋼鐵公司也開發(fā)了WH610D2調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼板，其主要性能指標(biāo)已達(dá)到了國外同類鋼板的水平，并在4臺(tái)10萬米3的油罐上得以使用（見圖片3）。舞陽鋼鐵公司也開發(fā)了WY610D調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，但尚無使用業(yè)績。國產(chǎn)高強(qiáng)鋼由于開發(fā)時(shí)間較晚，尚需在推廣使用過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷改進(jìn)提高，并應(yīng)著手開發(fā)強(qiáng)度級(jí)別更高的鋼材。圖片3十萬立方米大型儲(chǔ)油罐對(duì)于加氫反應(yīng)器用材，直到90年代，國內(nèi)外普遍采用普通的2.25Cr-lMo鋼，但由于反應(yīng)器直徑逐漸增大，其壁厚有的已達(dá)300mm以上，急切要求強(qiáng)度更高一些的材料。因此,作為原因之一，從80年代開始，國際上就著手研制用釩改進(jìn)的Cr-Mo鋼來代替普通的2.25Cr-1Mo鋼來制造大型加氫設(shè)備?，F(xiàn)已開發(fā)成功的3Cr-lMo-0.25V和2.25Cr-lMo-0.25V鋼已制造了幾十臺(tái)加氫設(shè)備，并且大部分已投入使用。由于改進(jìn)型Cr-Mo鋼設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度比普通的2.25Cr-1Mo鋼高8—10%，因此其設(shè)備重量也可近似降低8-10%。這對(duì)小型設(shè)備來說似乎是無足輕重的，但對(duì)大型反應(yīng)器來說情況就不同了。例如，一臺(tái)1500噸的反應(yīng)器，減輕重量8%就是120噸，按一般銷售價(jià)每噸6萬元計(jì)算，就可節(jié)省720萬元。再考慮運(yùn)輸和吊裝方面的好處，其意義就十分可觀了。國內(nèi)，以中國第一重型機(jī)械集團(tuán)公司為首的課題組，也在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出了國產(chǎn)3Cr-1Mo-0.25V和2.25Cr-1Mo-0.25V二個(gè)鋼號(hào)，用這些鋼材制造的加氫反應(yīng)器都陸續(xù)地投入了使用。滿足了工藝要求，頂替了進(jìn)口。在主要性能指標(biāo)上都已達(dá)到了國外相關(guān)鋼材標(biāo)準(zhǔn)要求和同類產(chǎn)品的實(shí)際水平。但在鋼材的純凈度和性能均勻性方面還有一定的差距。特別是近年來美國石油學(xué)會(huì)（API）出版了API934標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)Cr-Mo鋼的純凈度，沖擊韌性，焊接性能等方面提出了許多更高的附加要求。因此，我們尚需進(jìn)一步開展必要的研究工作，以便能跟上世界在該領(lǐng)域的前進(jìn)步伐。只有這樣，我們才敢與國外同行論仲伯比高低。2、對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)的要求。為了盡量減輕設(shè)備的重量和確保使用安全性，對(duì)大型承壓設(shè)備往往需要采用以應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。有的整體設(shè)備需要按分析設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，如加氫反應(yīng)器等；有的設(shè)備就其總體而言可按常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，但其局部需進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，如某些大型立式容器的支座與筒體連接處，大開孔補(bǔ)強(qiáng)等等。大型壓力容器采用分析設(shè)計(jì)方法具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。例如，一個(gè)單重1000噸的加氫反應(yīng)器按分析方法設(shè)計(jì)比常規(guī)方法設(shè)計(jì)可減輕設(shè)備重量約20％，節(jié)省投資1000－1200萬元。顯而易見，對(duì)于這樣的設(shè)備，沒有一個(gè)用戶會(huì)允許設(shè)計(jì)單位按常規(guī)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)然，要進(jìn)行這樣的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)單位就需要具有較高技術(shù)水平的人員和先進(jìn)的技術(shù)裝備。我國已有很多單位取得了壓力容器分析設(shè)計(jì)的資格，但開展分析設(shè)計(jì)項(xiàng)目并不普遍，有待進(jìn)一步推廣，以使我國壓力容器的設(shè)計(jì)水平前進(jìn)一步。3、對(duì)制造技術(shù)的要求。大型設(shè)備就意味著規(guī)格大、器壁厚、重量大以及制造難度大和工作量大，因此迫切要求先進(jìn)的、高效的制造技術(shù)。1）先進(jìn)、高效的焊接技術(shù)例如一臺(tái)大型貯罐，焊縫總長度幾千米，提高焊接速度是保證按期完工的關(guān)鍵因素。因此，罐體圈板的縱焊縫廣泛采用一次成形的氣電立焊（EGW）技術(shù)，環(huán)焊縫采用埋弧自動(dòng)焊橫焊技術(shù)。再比如大型加氫反應(yīng)器，其壁厚可達(dá)300mm以上，一條焊縫要焊幾十道，甚至上百道，其焊接工作量之大是可想而知的。為減少焊接工作量，提高焊接速度廣泛采用窄間隙單絲或雙絲埋弧自動(dòng)焊方法。目前我國很多承擔(dān)大型油罐建造的施工單位掌握了一次成形的氣電立焊技術(shù)，并購置了相應(yīng)焊接設(shè)備。而承接大型石化設(shè)備的制造廠基本上都能熟悉地使用窄間隙單絲埋弧焊技術(shù)，但對(duì)窄間隙雙絲埋弧焊技術(shù)使用得還較少。據(jù)報(bào)導(dǎo)［1，］安慶石化機(jī)械廠已在多臺(tái)厚壁容器的制造中采用了窄間隙雙絲埋弧焊技術(shù)。中國第一重型機(jī)械集團(tuán)公司為制造我國神華集團(tuán)煤液化項(xiàng)目中2臺(tái)單重1900噸的加氫反應(yīng)器，也正在積極試驗(yàn)窄間隙雙絲埋弧焊方法，并已取得了很大進(jìn)展。2） 鍛件空心澆注技術(shù)大型加氫反應(yīng)器絕大多數(shù)采用鍛焊結(jié)構(gòu)，其筒形鍛件坯料的生產(chǎn)，國外一些公司采用空心澆注技術(shù)，而國內(nèi)只能采用整體澆注技術(shù)。前者具有成材率高，加工量小，成本低的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出強(qiáng)大的市場競爭力。據(jù)說國內(nèi)也已著手這一技術(shù)的開發(fā)，為了增加國內(nèi)制造廠的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)后勁，應(yīng)加大開發(fā)力度，盡快攻下這一技術(shù)難關(guān)。爭取占有更多的大型筒形鍛件市場份額。3） 現(xiàn)場組裝技術(shù)對(duì)于某些大型加氫反應(yīng)器由于運(yùn)輸條件的限制，已不能完全在制造廠內(nèi)制造，只能在制造廠先制成幾部分，然后再在使用現(xiàn)場進(jìn)行組焊。這樣，由于生產(chǎn)條件發(fā)生了很大變化，給制造帶來了很多困難。要完成現(xiàn)場組焊，需要解決現(xiàn)場起吊、裝配、熱處理和檢測等一系列問題，既有提高技術(shù)水平的問題，也有增加裝備的問題。國外某些制造廠，如日本制鋼所（JSW），早已開發(fā)了大型加氫反應(yīng)器現(xiàn)場組焊技術(shù)，并且在加拿大等地創(chuàng)造了不少業(yè)績。我國第一重型機(jī)械集團(tuán)公司，雖然也為燕山石化公司在現(xiàn)場組焊過2臺(tái)加氫反應(yīng)器，但尺寸、重量都較小，裝備也不很配套?，F(xiàn)該公司正加緊準(zhǔn)備，計(jì)劃2003年上半年，要在大慶石化公司現(xiàn)場再組焊2臺(tái)500噸級(jí)的加氫反應(yīng)器。這樣，便可使現(xiàn)場組焊技術(shù)更加成熟和完善?，F(xiàn)場組焊技術(shù)中很重要的一項(xiàng)是熱處理，過去很多設(shè)備不敢大型化主要是害怕熱處理。如焦炭塔采用碳素鋼，且限制塔徑，其主要目的是控制壁厚不超過規(guī)范允許的不進(jìn)行熱處理最大厚度，38mm。近年來國內(nèi)作了不少有意的嘗試，如，江蘇吳縣熱處理公司采用電熱帶式熱處理裝置對(duì)金山石化公司①8400mm和高橋石化公司e8800mm各2臺(tái)15CrMoR材質(zhì)的焦炭塔進(jìn)行了現(xiàn)場焊后熱處理。這些設(shè)備都已先后投入了使用。也有人打算采用體內(nèi)直接燃燒的加熱方式對(duì)焦炭塔進(jìn)行現(xiàn)場熱處理，現(xiàn)尚未付諸實(shí)踐。這二種方式在加熱均勻性和效果方面都還有待改進(jìn)和提高。4）無損檢測技術(shù)設(shè)備規(guī)格越大，器壁越厚，檢測方法的可行性、可靠性和效率就顯得格外重要。如我國正在設(shè)計(jì)中的煤液化加氫反應(yīng)器，內(nèi)徑4800mm,切線間長度34500mm，壁厚344mm。通常，這類設(shè)備的焊接接頭是要求100%射線檢測的。這樣大的設(shè)備超過了整體運(yùn)輸?shù)慕缦?，肯定要在現(xiàn)場組焊。其焊接接頭的射線檢測是難以實(shí)現(xiàn)的，由于防護(hù)條件的限制，可能會(huì)給環(huán)境和工作人員的身體健康造成很大的危害。另外，從檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性來看，很多專家都認(rèn)為，對(duì)于厚壁容器，采用超聲檢測比射線檢測更安全。因?yàn)樯渚€檢測最容易發(fā)現(xiàn)的是對(duì)設(shè)備安全操作危害不太大的體形缺陷。而超聲檢測則對(duì)危險(xiǎn)性大的線性缺陷具有較高的靈敏度?，F(xiàn)在，國際上，隨著自動(dòng)化超探技術(shù)的快速發(fā)展，很多壓力容器建造規(guī)范已逐漸允許在壓力容器制造中使用超聲檢測代替射線檢測。如美國ASMECodeCase2235，英國BS7706和歐洲PrEN583-6。根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，美國、日本和歐洲的一些壓力容器制造廠無論是在廠內(nèi)，還是在現(xiàn)場組焊的大型、厚壁壓力容器上都經(jīng)常使用自動(dòng)化超探方法代替射線方法對(duì)焊接接頭進(jìn)行無損檢測。我國第一重型機(jī)械集團(tuán)公司正在與國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局鍋爐壓力容器檢測中心和加拿大RD/TECH公司合作開展《自動(dòng)化超聲波檢驗(yàn)技術(shù)在三類壓力容器厚壁環(huán)焊縫無損檢驗(yàn)中的應(yīng)用》的研究。該課題擬使用RD/TECH公司生產(chǎn)的四通道探傷設(shè)備uTOMOSCAN以及超聲掃描成像技術(shù)（T0FD）?！度珖鴫毫θ萜鳂?biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)》非常關(guān)心和支持這一課題。按計(jì)劃，該技術(shù)將首次用在大慶石化公司2臺(tái)現(xiàn)場組焊的加氫反應(yīng)器上。四結(jié)語1、石化設(shè)備大型化無論對(duì)石化企業(yè)，還是對(duì)設(shè)備制造企業(yè)都具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。但要實(shí)現(xiàn)石化設(shè)備大型化會(huì)對(duì)壓力容器行業(yè)提出許多新課題。也可以說提供了一個(gè)新挑戰(zhàn)和機(jī)遇。因此，要求全行業(yè)相互配合，協(xié)調(diào)動(dòng)作，迎接這一挑戰(zhàn)，以此為動(dòng)力提升全行業(yè)的整體技術(shù)水平。2、 由于大型石化設(shè)備的特點(diǎn)，有時(shí)需要采用一些新型材料，特殊結(jié)構(gòu)以及特殊的制造和檢驗(yàn)方法，可能超過現(xiàn)有規(guī)范的范圍。如前面提到的近年來國內(nèi)開發(fā)的高強(qiáng)鋼、抗氫鋼等在大型設(shè)備上的應(yīng)用以及