張軍
(中海石油舟山石化有限公司機(jī)械動(dòng)力部,浙江 舟山 061025)
某石化餾份油加氫裝置安裝有1臺(tái)加氫改質(zhì)反應(yīng)器,該反應(yīng)器于2008年3月投用,2010年5月裝置大修,反應(yīng)器首次壓檢,未發(fā)現(xiàn)堆焊層裂紋缺陷,安全等級(jí)評(píng)定為3級(jí);2013年5月裝置大修,反應(yīng)器第2次壓檢,檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器頂部分配盤支撐圈下部手工堆焊處存在11處裂紋,10處較淺裂紋打磨、補(bǔ)焊耐蝕層后消除,1處裂紋深入過渡層但未到基層,補(bǔ)焊中隨焊隨裂、缺陷不斷擴(kuò)大,未再處理,安全等級(jí)評(píng)定為4級(jí)、監(jiān)護(hù)運(yùn)行;2015年10月裝置大修,反應(yīng)器第3次壓檢,檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器頂部分配盤支撐圈上、下部手工堆焊處存在8處裂紋(其中1處裂紋為2013年遺留),8處裂紋返修全部消除,安全等級(jí)評(píng)定為3級(jí);2018年10月裝置大修,反應(yīng)器第4次壓檢,對(duì)2015年返修的8處裂紋進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)再裂。
反應(yīng)器設(shè)計(jì)壓力10.4MPa,設(shè)計(jì)溫度450℃,主體材質(zhì)2.25Cr-1Mo,堆焊層材質(zhì)TP309L+TP347,筒體厚度116+6.5mm,封頭厚度65+6.5mm。
2015年反應(yīng)器壓檢發(fā)現(xiàn)頂部分配盤支撐圈上下部手工堆焊處存在8處裂紋,其中1處裂紋位于支撐圈上部、7處裂紋位于支撐圈下部(其中1處裂紋為2013年遺留),經(jīng)打磨消除裂紋,打磨最深處6mm左右,用硫酸銅溶液檢測(cè),未到達(dá)基層。圖1為典型堆焊層裂紋缺陷圖。
(1)打磨前消氫。由于反應(yīng)器為在役設(shè)備,運(yùn)行過程中介質(zhì)中的氫可能進(jìn)入母材,故須先對(duì)缺陷返修區(qū)域進(jìn)行消氫處理,消氫方式為電加熱,消氫處理恒溫溫度為350℃土20℃,保溫時(shí)間12h。
圖1 典型堆焊層裂紋缺陷
(2)著色標(biāo)記。消氫處理降至常溫后對(duì)裂紋區(qū)域再次進(jìn)行著色檢測(cè),完成缺陷標(biāo)記。
(3)缺陷去除。a)對(duì)標(biāo)記缺陷部位采用電動(dòng)銑刀打磨去除,打磨過程控制進(jìn)刀量,每次去除深度≯0.5mm,以防局部過熱(溫度≯100℃),必要時(shí)打磨部位淋水降溫;b)對(duì)缺陷去除后部位進(jìn)行100%PT,I級(jí)合格。
(4)不同深度缺陷的處理方法。
a)打磨深度≤l.5mm,不予補(bǔ)焊;b)1.5mm<打磨深度≤4.0mm,用Avesta347 φ3.2焊條補(bǔ)焊;c)4.0mm<打磨深度≤12.0mm,用Avesta309L φ3.2焊條(過渡層)+Avesta347 φ3.2焊條(耐蝕層)補(bǔ)焊;過渡層焊至離堆焊層表面3~3.5mm處,余下的進(jìn)行耐蝕層焊接。
(5)缺陷修復(fù)工藝。a)返修采用焊條電弧焊,堆焊層焊條為Avesta309L、Avesta347,直徑φ3.2;b)補(bǔ)焊用焊條使用前進(jìn)行烘焙,烘焙后放置在專用的保溫桶內(nèi),桶內(nèi)焊條放置時(shí)間不得超過4h,超過放置時(shí)間必須重新烘焙;c)焊接采用短弧操作,并嚴(yán)格控制道間溫度;d)過渡層焊前預(yù)熱,焊前預(yù)熱及道間溫度150~200℃,當(dāng)返修深度>5mm時(shí),焊后立即進(jìn)行消氫處理,消氫處理恒溫溫度為350℃土20℃,保溫時(shí)間2h;當(dāng)返修深度≤5mm時(shí),不必進(jìn)行消氫處理;過渡層焊后應(yīng)測(cè)量距離表面的高度并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修整,為了保證面層的有效厚度,應(yīng)打磨至距離表面3~3.5mm;e)耐蝕層堆焊采用Avesta347焊條,焊前不需預(yù)熱,焊接道間溫度≤100℃;f)焊接時(shí)注意收弧處的質(zhì)量,收弧時(shí)應(yīng)將熔池填滿;g)耐蝕層焊縫余高控制在≤1.5mm,且與周圍堆焊層打磨成圓滑過渡;h)焊接工藝參數(shù)(表1)。
表1
(6)返修焊縫檢測(cè)。a)過渡層焊縫焊后24h進(jìn)行外觀檢查和100%PT檢測(cè),按JB/T4730標(biāo)準(zhǔn) Ⅰ級(jí)為合格,合格后方可進(jìn)行耐蝕層的焊接;b)對(duì)耐蝕層焊縫進(jìn)行外觀檢查和100%UT+100%PT檢測(cè),按JB/T4730標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級(jí)為合格。
(7)鐵素體檢測(cè)。全部堆焊完畢后,在焊態(tài)下對(duì)耐蝕層進(jìn)行鐵素體數(shù)測(cè)定,每處至少測(cè)6個(gè)讀數(shù),以鐵素體數(shù)3~10FN為合格。
(8)焊接熱處理。①打磨前消氫。對(duì)缺陷部位及四周不少于200mm區(qū)域進(jìn)行消氫處理。為了保證消氫效果,采用履帶式工裝加熱器,在筒體內(nèi)側(cè)對(duì)返修區(qū)域進(jìn)行局部消氫,將返修區(qū)域均勻加熱至350±20℃,保溫12h,同時(shí)筒體外側(cè)設(shè)置保溫棉,棉厚60mm,保溫區(qū)域?yàn)閷?duì)應(yīng)的加熱區(qū)及加熱區(qū)以外不少于200mm,以減少溫度梯度。焊件保溫期間,加熱區(qū)內(nèi)最高與最低溫度之差不易大于20℃;降溫至200℃后,可在靜止空氣中冷卻。內(nèi)側(cè)加熱時(shí),必須保證每塊加熱器至少設(shè)置1個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。②過渡層焊后消氫。過渡層返修完畢后,立即進(jìn)行350±20℃,保溫2h的焊后消氫處理,方案同上。③預(yù)熱及道間溫度控制。過渡層焊前進(jìn)行預(yù)熱,焊前預(yù)熱及道間溫度控制150~200℃。預(yù)熱采用打磨前消氫處理相同的方案,返修焊接時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),熱處理配合道間溫度控制,將加熱器設(shè)置到返修對(duì)應(yīng)位置的筒體外側(cè),采用接觸式測(cè)溫儀測(cè)溫配合焊接進(jìn)行道間溫度控制。
(1)反應(yīng)器頂部分配盤支撐圈上下部手工堆焊處頻繁出現(xiàn)的裂紋,經(jīng)打磨均能發(fā)現(xiàn)夾雜、密集氣孔等缺陷源,說明手工堆焊埋藏缺陷誘發(fā)了堆焊層裂紋的形成。眾多源發(fā)于堆焊層的裂紋沒有一處擴(kuò)展至鉻鉬鋼基層,說明加氫反應(yīng)器堆焊層裂紋一般不會(huì)向鉻鉬鋼基層擴(kuò)展。
(2)該返修方案經(jīng)設(shè)備3年運(yùn)行檢驗(yàn),證明是行之有效的。反應(yīng)器堆焊層裂紋可能還會(huì)出現(xiàn),但掌握了缺陷處理的手段就能做到有備無患。