夏吉龍 殷蜀越

一、概述

1.工程概況

某石化公司產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)改造項(xiàng)目220萬(wàn)t/a汽柴油加氫精制裝置加氫精制反應(yīng)器，其內(nèi)徑為4 000mm，設(shè)備總高度為24 990mm，選用12Cr2Mo1R+堆焊(E309L+E347)作為設(shè)備殼體材料，殼體壁厚（105+6.5）mm。設(shè)備總質(zhì)量約300t。該反應(yīng)器屬于Ⅲ類容器（SAD級(jí)），設(shè)計(jì)壓力7.8MPa，設(shè)計(jì)溫度415℃，操作介質(zhì)為油、油氣、氫氣和硫化氫，介質(zhì)危害程度為易燃、易爆。

2.工程特點(diǎn)

（1）焊接質(zhì)量要求高 加氫反應(yīng)器始終運(yùn)行在高溫、高壓環(huán)境下，其內(nèi)部介質(zhì)屬于易燃、易爆的氣體，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，極易引發(fā)重大安全事故，威脅到人身安全。因此對(duì)反應(yīng)器的焊縫質(zhì)量提出了較為嚴(yán)格要求。

（2）材料焊接性差 根據(jù)12Cr2Mo1R鋼板的化學(xué)成分計(jì)算得出，該材料碳當(dāng)量Ceq在0.82%左右，再熱裂紋敏感指數(shù)Psr在1.86以上，冷裂紋敏感傾向指數(shù)Pcm在0.33左右，可判斷出其焊接性相對(duì)較差，焊接時(shí)接頭區(qū)域有很高的淬硬、再熱裂紋和冷裂紋傾向。

（3）材料厚度大 該反應(yīng)器殼體壁厚最薄處約為72mm，最厚處約為106mm，屬于厚壁容器。厚壁容器焊接會(huì)產(chǎn)生較大的拘束和殘余應(yīng)力，這些因素都會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量帶來(lái)一定的影響。

（4）使用可靠性要求高 滿足力學(xué)強(qiáng)度要求，具有可靠的密封性能，有較好的環(huán)境強(qiáng)度適應(yīng)性，應(yīng)便于維護(hù)和檢修，所需時(shí)間短，投資費(fèi)用較低。

二、關(guān)鍵焊接技術(shù)

1.殼體焊接工藝

加氫精制反應(yīng)器殼體主要的焊縫類型有兩大類：基材焊縫和耐蝕層堆焊焊縫。

（1）焊接作業(yè)流程 基材焊縫焊接工藝流程：焊前準(zhǔn)備→焊縫組對(duì)→坡口無(wú)損檢測(cè)→預(yù)熱→焊接→消氫處理或中間熱處理→無(wú)損檢測(cè)。

耐蝕層堆焊焊縫工藝流程：待堆焊面打磨→預(yù)熱→過(guò)渡層堆焊→消氫處理或熱處理→過(guò)渡層無(wú)損檢測(cè)→耐蝕層堆焊→無(wú)損檢測(cè)。

（2）預(yù)熱、道間溫度的控制和焊后熱處理 對(duì)于厚板的12Cr2Mo1材料，在焊接過(guò)程中，應(yīng)采取必要的措施防止焊接接頭產(chǎn)生再熱裂紋等危害因素。主要措施包括：焊前預(yù)熱、焊接過(guò)程中對(duì)道間溫度的控制和焊后熱處理。

第一，預(yù)熱時(shí)，加熱寬度范圍為坡口及兩側(cè)≥150mm，預(yù)熱溫度要在加熱面的背面進(jìn)行測(cè)量，且優(yōu)先采用接觸式測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量。預(yù)熱溫度要嚴(yán)格按照先前工藝評(píng)定中的要求執(zhí)行。

第二，整個(gè)焊接過(guò)程中必須嚴(yán)格控制焊接道間溫度，從而避免焊縫出現(xiàn)淬硬和回火脆化傾向。要求焊接時(shí)的道間溫度必須控制在不低于預(yù)熱溫度且不能達(dá)到脆變溫度的范圍內(nèi)。

第三，反應(yīng)器的熱處理主要包括消氫處理、中間熱處理和最終熱處理。反應(yīng)器CrMo鋼的消氫溫度一般在250～350℃之間，保溫時(shí)間一般≥1h。中間熱處理的溫度一般控制在580～640℃之間，保溫時(shí)間需要根據(jù)板厚來(lái)計(jì)算且不必超過(guò)2h。設(shè)備焊接工序整體制造完成后的最終熱處理，其溫度一般是由材料自身的特性決定，推薦熱處理溫度為680～705℃，保溫時(shí)間需要根據(jù)之前累計(jì)的熱處理時(shí)間通過(guò)回火系數(shù)換算后來(lái)確定。最終熱處理的總體原則是必須確保反應(yīng)器材料性能的最優(yōu)化。

圖 1

2.焊接新技術(shù)

（1）馬鞍型窄間隙埋弧焊技術(shù) 為保證反應(yīng)器接管與殼體的焊接質(zhì)量，同時(shí)提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，我公司引入了專項(xiàng)馬鞍型窄間隙埋弧焊焊機(jī)，并應(yīng)用該焊機(jī)開發(fā)出了馬鞍型窄間隙埋弧焊技術(shù)。該技術(shù)將窄間隙埋弧焊技術(shù)和馬鞍型焊縫自動(dòng)焊接技術(shù)集成到一起，在反應(yīng)器等厚壁容器的接管與殼體焊縫焊接時(shí)使用十分方便快捷，在降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，還提高了焊接生產(chǎn)效率，降低了施工難度。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，該設(shè)備可應(yīng)用到管口外徑＞300mm的接管與殼體焊縫焊接中。以該反應(yīng)器為例，焊接一個(gè)φ650mm的接管與筒體焊縫只需18h即可完成，大大超出了手工焊和普通馬鞍型焊機(jī)的工作效率。

（2）90°彎管自動(dòng)堆焊技術(shù) 我公司與某焊接設(shè)備廠聯(lián)合開發(fā)的90°彎管內(nèi)壁整體堆焊專用設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了90°彎管的內(nèi)壁不銹鋼耐蝕層整體堆焊（見(jiàn)圖1）。堆焊過(guò)程全部自動(dòng)化，較以往采用的先將90°彎管分3段堆焊，然后再將3段彎管依次組焊的傳統(tǒng)制作方法提高生產(chǎn)效率3倍以上。同時(shí)還減少了焊縫的數(shù)量，進(jìn)而減少了產(chǎn)生焊接缺陷的可能，從根本上提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

三、焊接設(shè)備、焊接材料應(yīng)用情況

1.焊接設(shè)備

工程中使用的主要焊機(jī)有：HDS—350W單絲窄間隙埋弧焊機(jī)、ZMA1000馬鞍型窄間隙埋弧焊機(jī)、HZU—350S小直徑直管內(nèi)壁TIG/CO2堆焊機(jī)、SD6060雙帶極堆焊機(jī)、YD—400A型逆變焊機(jī)等，如圖2～圖6所示。

圖2 HDS—350W單絲窄間隙埋弧焊機(jī)

圖3 ZMA1000馬鞍型窄間隙埋弧焊機(jī)

圖4 HZU—350S小直徑直管內(nèi)壁TIG/CO2堆焊機(jī)

2.焊接材料

該工程所使用的焊接材料選用的是日本神戶制鋼所和日本W(wǎng)EL公司生產(chǎn)的材料。其中日本神戶制鋼所提供的主要是12Cr2Mo1部分的焊接材料；日本W(wǎng)EL公司主要負(fù)責(zé)提供堆焊所需的耐蝕層焊接材料，如表1、表2所示。

四、結(jié)語(yǔ)

圖5 SD6060雙帶極堆焊機(jī)

圖6 YD—400A型逆變焊機(jī)

表1 基材焊接材料

表2 耐蝕層堆焊焊接材料

針對(duì)該工程進(jìn)行充分施工準(zhǔn)備，工藝設(shè)計(jì)合理有效，采用先進(jìn)成熟技術(shù)、過(guò)程控制，嚴(yán)格各工序質(zhì)量及工藝紀(jì)律執(zhí)行，使得產(chǎn)品的焊接一次合格率一直處于較高的水平。各規(guī)格焊縫共拍片830張，一次合格 827張，焊接一次合格率達(dá)到99.8%，滿足該加氫精制裝置工藝過(guò)程各種運(yùn)作方案的需要，保證了該加氫精制反應(yīng)器可靠使用性，創(chuàng)造了目前國(guó)內(nèi)同類設(shè)備焊接的先進(jìn)水平，取得了明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。該設(shè)備2014年3月28日一次吊裝到位，2014年7月份一次投產(chǎn)成功，截至目前此設(shè)備一直平穩(wěn)運(yùn)行。