劉斌

摘 要：加氫反應(yīng)器是各種加氫工藝過(guò)程或加氫裝置的核心關(guān)鍵設(shè)備，其制造工藝復(fù)雜、檢驗(yàn)項(xiàng)目繁多、運(yùn)行服役條件苛刻，操作危險(xiǎn)性極高，是石化產(chǎn)品中的高端設(shè)備。本文主要介紹了加氫反應(yīng)器各制造工序的流程及各關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制要點(diǎn)，通過(guò)一些列的質(zhì)量控制手段，較好地保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：加氫反應(yīng)器 制造 質(zhì)量控制

1、加氫反應(yīng)器介紹

1.1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（圖1）

1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該設(shè)備為板焊結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑1600mm，壁厚117mm，由5節(jié)組成，封頭內(nèi)半徑SR824mm，最小壁厚68mm，設(shè)備重量89.386噸。整個(gè)容器位于裙座圈上，高度為18.505m，容器內(nèi)壁（包括封頭、筒體、法蘭以及接管和彎管）全部堆焊TP.309L+TP.347不銹鋼，反應(yīng)器設(shè)有油氣進(jìn)出口、催化劑卸料口、冷氫進(jìn)口、熱電偶口、人孔等15余個(gè)接管孔，所有接管均采用整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，裙座采用對(duì)接結(jié)構(gòu)，各接管密封采用八角墊結(jié)構(gòu)，設(shè)備上下各有一個(gè)90°彎頭，容器內(nèi)壁堆焊有五個(gè)凸臺(tái)，安裝有冷氫盤(pán)、分配盤(pán)等內(nèi)件。受壓元件材料選用鉻鉬鋼12Cr2Mo1R鋼板和12Cr2Mo1鍛件，接管法蘭為整體鍛造加工。

2、原材料控制

材料的采購(gòu)和驗(yàn)收是設(shè)備制造質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此從材料化學(xué)成分控制，冶煉方法，晶粒度等級(jí)，熱處理（包括升降溫速度及冷卻速度等），力學(xué)性能的保證，嚴(yán)格按照加氫技術(shù)要求執(zhí)行，對(duì)材料的P、S、Si等合金元素及微量元素含量進(jìn)行嚴(yán)格要求，從而控制J系數(shù)以滿足技術(shù)條件的要求，為保證焊接材料的純凈度要對(duì)焊材的X系數(shù)加以控制。鋼板供貨狀態(tài)為正火（允許加速冷卻）加回火。主體材料除了對(duì)化學(xué)成分，力學(xué)性能等加以嚴(yán)格控制外，還必須按技術(shù)要求進(jìn)行回火脆化傾向評(píng)定試驗(yàn)，階梯冷卻工藝嚴(yán)格按技術(shù)要求執(zhí)行，嚴(yán)格控制加熱溫度、保溫時(shí)間及冷卻速度，試驗(yàn)按要求在不同溫度下進(jìn)行，必須包括-30℃，合格后方可使用。主體板材需逐張100%UT檢測(cè)，并嚴(yán)格按照技術(shù)條件要求進(jìn)行取樣、試驗(yàn)、分析、復(fù)驗(yàn)等檢查合格后方可投入使用。

3、Cr-Mo鋼焊接

2.25Cr-1Mo鋼合金元素含量較高而有較大的淬硬傾向，且殼體壁厚較厚，剛性強(qiáng)，焊接接頭應(yīng)力較大，在焊接過(guò)程中在焊縫金屬和熱影響區(qū)容易形成淬硬組織和產(chǎn)生冷裂紋。擴(kuò)散氫的存在易導(dǎo)致氫脆，產(chǎn)生氫致裂紋及延遲裂紋。鋼中含有的Cr、Mo等合金元素為強(qiáng)碳化物形成元素在較大焊接應(yīng)力的存在情況下使焊接接頭的過(guò)熱區(qū)有再熱裂紋傾向；焊接接頭中的P、S及殘余元素Sb、Sn、As的含量超過(guò)技術(shù)條件和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)容許極限時(shí)會(huì)出現(xiàn)回火脆性，影響其焊接性能和焊接接頭的力學(xué)性能及使用性能。為防止制造和使用過(guò)程中殼體焊縫及接管焊縫產(chǎn)生氫致裂紋及延遲裂紋，焊接過(guò)程中需要采取嚴(yán)格的預(yù)熱、層間溫度的控制和焊后立即消氫及中間熱處理等工藝措施，具體如下焊前均勻預(yù)熱，溫度≥170℃，預(yù)熱范圍為單側(cè)坡口邊緣≥3倍壁厚。采取火焰預(yù)熱，縱、環(huán)縫雙側(cè)預(yù)熱，接管環(huán)形加熱，保證預(yù)熱溫度。筒體縱縫采用U型坡口，雙面埋弧焊；環(huán)縫焊接采用U+V型坡口，U側(cè)埋弧焊加V側(cè)焊條電弧焊。殼體環(huán)縫采用窄間隙埋弧自動(dòng)焊，采用側(cè)壁光電跟蹤和自動(dòng)防偏的焊接滾輪架，每層焊接2道，可獲得熔敷金屬量少，焊接變形量小，含氫量低，抗裂性好，焊接質(zhì)量高的焊接接頭。

4、殼體內(nèi)壁堆焊控制

設(shè)備內(nèi)壁堆焊6.5mm不銹鋼為T(mén)P.309L+ TP.347，設(shè)備堆焊采用高效率帶極堆焊方法，焊帶寬60mm，包括帶極埋弧堆焊和帶極電渣堆焊。帶極埋弧堆焊熔深較大，堆焊層與基材的結(jié)合面強(qiáng)度高，但稀釋率較高；帶極電渣堆焊熔深小，基材稀釋率低，表面成形平整。根據(jù)加氫反應(yīng)器對(duì)堆焊層的特殊要求，堆焊方法過(guò)渡層采用帶極埋弧堆焊和耐蝕層采用帶極電渣堆焊，這樣既能保證過(guò)渡層與母材的結(jié)合強(qiáng)度，又能確保耐蝕層的化學(xué)成分和堆焊表面平整度滿足產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)要求。過(guò)渡層堆焊后保持預(yù)熱溫度直至進(jìn)行消氫處理，消除堆焊層中的擴(kuò)散氫，并通過(guò)后續(xù)熱處理消除堆焊的殘余應(yīng)力，避免設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中堆焊層出現(xiàn)氫剝離。通過(guò)控制堆焊層化學(xué)成分和焊接參數(shù)，將堆焊層中鐵素體含量控制在技術(shù)條件要求范圍內(nèi)，保證在堆焊過(guò)程中既不出現(xiàn)熱裂紋又能盡量減少堆焊層中脆性相的產(chǎn)生，保證其抗蝕性和力學(xué)性能及堆焊質(zhì)量。

5、尺寸控制

采用下料時(shí)嚴(yán)格控制下料尺寸，測(cè)量對(duì)角線尺寸，精確控制下料尺寸，下料時(shí)考慮卷制及校圓伸長(zhǎng)量，三輥卷板機(jī)預(yù)彎后，氣割直邊余量，然后機(jī)械加工縱縫坡口，再卷板機(jī)二次合口溫校成型，保證各個(gè)筒節(jié)的卷制次數(shù)及下壓量相同，筒節(jié)成型后，測(cè)量上、中、下三處圓周長(zhǎng)，嚴(yán)格控制筒體成型的圓度。筒體裝配過(guò)程中采用拉筋板油壓機(jī)配合方式及斜體固定吊車牽引方式控制縱環(huán)縫錯(cuò)變量。筒體垂直度及直線度采用光學(xué)儀器測(cè)量方法保證其公差要求。接管采用機(jī)加工坡口及預(yù)留二次加工余量方法保證其裝配縱環(huán)向及高度尺寸。

6、無(wú)損探傷控制

產(chǎn)品零件組裝前對(duì)所有縱環(huán)縫坡口進(jìn)行100%MT檢驗(yàn)，焊后對(duì)所有A、B、D類焊接接頭進(jìn)行100%MT、100%UT、100%RT，包括裙座焊縫100%RT檢驗(yàn)。所有過(guò)渡層進(jìn)行100%PT檢驗(yàn)，所有耐蝕層進(jìn)行100%PT、100%UT及UT測(cè)厚，熱處理及水壓后對(duì)所有A、B、D類焊接接頭進(jìn)行100%MT、100%UT。

7、熱循環(huán)

在整個(gè)產(chǎn)品制造過(guò)程中，不同零部件在不同的時(shí)段要經(jīng)過(guò)不同的熱處理過(guò)程，為了保證加氫制造技術(shù)要求中規(guī)定的模擬焊后熱處理后的力學(xué)性能滿足要求，針對(duì)加氫反應(yīng)器的整個(gè)制造過(guò)程制定了詳細(xì)的熱循環(huán)，并對(duì)熱循環(huán)各個(gè)環(huán)節(jié)的加熱溫度，升降溫速度及保溫時(shí)間加以嚴(yán)格控制，并最終滿足產(chǎn)品性能要求。

8、水壓控制

水壓試驗(yàn)嚴(yán)格按照技術(shù)要求，使用氯離子含量不大于15mg/L的水進(jìn)行水壓試驗(yàn)，并且保證水溫不低于15℃，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)升降壓及保壓要求進(jìn)行檢驗(yàn)。采用B法進(jìn)行氨檢漏試驗(yàn)，充氨氣前采用含氧量測(cè)試儀測(cè)量筒體內(nèi)含氧量，用酚酞試液噴淋法對(duì)反應(yīng)器所有焊縫及法蘭密封面進(jìn)行檢驗(yàn)。

9、其他特殊工序控制

筒體內(nèi)壁堆焊后對(duì)所有堆焊層表面以下3mm范圍內(nèi)金屬進(jìn)行化學(xué)成分分析，滿足技術(shù)條件要求，對(duì)堆焊層金屬進(jìn)行鐵素體含量測(cè)量保證鐵素體含量在FN3-FN10范圍內(nèi)，對(duì)所有Cr-Mo鋼焊接接頭進(jìn)行硬度檢查，硬度值小于220HB。對(duì)所有Cr-Mo鋼焊接接頭進(jìn)行化學(xué)成分分析，滿足技術(shù)條件要求。對(duì)產(chǎn)品焊接試樣進(jìn)行步冷試驗(yàn)，滿足產(chǎn)品對(duì)回火脆化傾向的要求。

10、結(jié)語(yǔ)

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)、工藝及技術(shù)條件要求執(zhí)行完成了加氫反應(yīng)器的制造檢驗(yàn)，通過(guò)對(duì)每一道工序的嚴(yán)格控制最終使產(chǎn)品的各方面數(shù)據(jù)滿足了設(shè)計(jì)要求，使產(chǎn)品質(zhì)量得到了有效控制。

參考文獻(xiàn)

[1]《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部2011.06.01.

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