董 洋*

（錦西化工機(jī)械集團(tuán)有限公司）

0 引言

加氫反應(yīng)器是煉油、化工行業(yè)加氫裂化裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，其通常在高溫、高壓、臨氫條件下工作，使用條件較為惡劣。近年來(lái)，隨著設(shè)備不斷大型化發(fā)展，反應(yīng)器的內(nèi)部構(gòu)件形式也隨著主體設(shè)備增大而不斷改進(jìn)。反應(yīng)器的內(nèi)件支撐一般是指支撐各種分配盤(pán)的支持圈和支撐催化劑格柵的凸臺(tái)，無(wú)論支持圈還是凸臺(tái)都是容器本體的突變結(jié)構(gòu)，又承受了質(zhì)量載荷，所以支撐圈是應(yīng)力集中的高應(yīng)力區(qū)，比較容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕、裂紋等各種形式的損傷，所以支撐結(jié)構(gòu)的形式及制造方法至關(guān)重要?，F(xiàn)以堆焊凸臺(tái)結(jié)構(gòu)為例，介紹該種結(jié)構(gòu)在制造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，及處理問(wèn)題所用的方法，并優(yōu)化了工藝方案。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

某石化企業(yè)的某加氫反應(yīng)器尺寸為 1 600 mm×（54+6.5）mm×23 063 mm，筒體和封頭材料為12Cr2Mo1R堆焊及（E309L+E347）雙層堆焊。其中，兩個(gè)支撐催化劑格柵的凸臺(tái)為堆焊結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 堆焊結(jié)構(gòu)凸臺(tái)（單位：mm）

2 缺陷狀態(tài)

在設(shè)備制造過(guò)程中，其中一節(jié)筒體在凸臺(tái)堆焊及熱處理后，筒體內(nèi)壁焊縫被檢測(cè)出具有裂紋。該設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程為：筒體冷滾→焊接→消氫→校圓→中間消除應(yīng)力熱處理→無(wú)損檢測(cè)。其中檢測(cè)結(jié)果均合格，然后進(jìn)行凸臺(tái)堆焊工作，堆焊后對(duì)堆焊處進(jìn)行100%超聲（UT）檢測(cè)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)凸臺(tái)堆焊與筒體結(jié)合面處存在裂紋的可能，從而對(duì)整條縱焊縫進(jìn)行100%UT+100%滲透（PT）檢測(cè)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)筒體內(nèi)表面的焊縫存在裂紋，裂紋深度為8 mm左右，并有向該筒節(jié)兩端擴(kuò)展的趨勢(shì)。

3 原因分析

相關(guān)人員對(duì)設(shè)備的制造過(guò)程及缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，經(jīng)研討確定其主要誘因?yàn)椋和古_(tái)堆焊時(shí)的焊接應(yīng)力較大，筒體的壁厚較小，堆焊環(huán)受到較大的堆焊應(yīng)力作用，導(dǎo)致筒體內(nèi)徑收縮；且筒體應(yīng)力消除時(shí)焊縫中的焊接殘余應(yīng)力并沒(méi)有完全消除，應(yīng)力疊加導(dǎo)致焊接處應(yīng)力較大，使凸臺(tái)與筒體堆焊結(jié)合處產(chǎn)生裂紋，并沿著焊縫向筒體兩端擴(kuò)展。

4 返修方案

4.1 裂紋清除

裂紋清除工作從結(jié)構(gòu)上可分為兩個(gè)部分，一部分是凸臺(tái)沒(méi)有覆蓋的部分，另一部分為凸臺(tái)覆蓋的部分。前者相對(duì)比較好處理，可采用砂輪修磨去除裂紋；后者因凸臺(tái)覆蓋結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，給返修工作帶來(lái)較大難度。如果將凸臺(tái)從筒體內(nèi)部斷開(kāi)再進(jìn)行修復(fù)，斷開(kāi)的凸臺(tái)可能會(huì)釋放較大的應(yīng)力，堆焊則會(huì)導(dǎo)致筒體內(nèi)徑變小，從而使筒體帶有“趨圓”應(yīng)力，可能導(dǎo)致裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，且凸臺(tái)斷開(kāi)與修復(fù)工作的加工難度較大。因此選擇從筒體外表面加工的方法對(duì)凸臺(tái)覆蓋處的裂紋進(jìn)行返修，方案如下：

（1）首先對(duì)焊縫進(jìn)行100%UT+100%PT檢測(cè)，確定裂紋位置、長(zhǎng)度及深度，并做好標(biāo)記。經(jīng)檢測(cè)，裂紋深度為8 mm左右。

（2）為了防止裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，在裂紋兩端打止裂孔，然后采用砂輪修磨的方式清除裂紋，如圖2所示。對(duì)修磨處進(jìn)行100%PT檢測(cè)，確認(rèn)裂紋是否清除完全，直到確認(rèn)裂紋被清除干凈為止, 打磨部位應(yīng)與周?chē)饘倨骄忂^(guò)渡，這有利于后續(xù)的焊接操作。

圖2 砂輪修磨清除裂紋

（3）對(duì)于被凸臺(tái)覆蓋處的縱向接頭處缺陷，可將缺陷位置標(biāo)記到筒體外壁處，然后從筒體外側(cè)用鏜床加工與砂輪修磨相結(jié)合的方式清除裂紋，加工尺寸長(zhǎng)為180 mm，寬為35 mm，修磨后進(jìn)行100% PT檢測(cè),直到裂紋清除干凈為止, 打磨部位應(yīng)與周?chē)饘倨骄忂^(guò)渡，如圖3所示。

圖3 鏜床加工與砂輪修磨清除裂紋

4.2 缺陷修復(fù)

（1）焊接時(shí)應(yīng)在筒體內(nèi)表面加襯墊，詳見(jiàn)圖4。襯墊材質(zhì)為12Cr2Mo1R，厚度為8 mm。先從外側(cè)焊接焊第1～12層，厚度應(yīng)達(dá)到24～26 mm，之后用砂輪修磨將內(nèi)側(cè)襯墊全部清除，再焊接內(nèi)側(cè)13～17層，焊接厚度達(dá)到加工要求后，再焊接外側(cè)18～31層。

圖4 筒體表面襯墊（單位：mm）

（2）焊接規(guī)范詳

焊接規(guī)范詳見(jiàn)表1。

表1 焊接規(guī)范

（3）補(bǔ)焊要點(diǎn)

a）焊前認(rèn)真清理焊接部位及其附近的雜質(zhì)。

b）焊條按使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行烘干，放在保溫筒中，隨用隨取。

c）焊前將補(bǔ)焊部位及兩側(cè)至少100 mm范圍均勻預(yù)熱至200 ℃, 道間溫度控制在200～280 ℃。焊接時(shí)采用較小的線能量及較小電流。每層施焊厚度不得超過(guò)2 mm，道間應(yīng)錘擊消除應(yīng)力。

d）道間應(yīng)認(rèn)真清理熔渣，確認(rèn)無(wú)缺陷后再焊下一焊道。

e）焊后立即進(jìn)行中間消除應(yīng)力熱處理。

f）焊后對(duì)凸臺(tái)進(jìn)行加工及修磨，進(jìn)行外觀檢查。

（4）無(wú)損檢測(cè)

補(bǔ)焊后至少24 h，縱焊縫進(jìn)行100%RT+100%UT+100%磁粉（MT）檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均合格。

5 工藝優(yōu)化

綜上所述，為了避免類(lèi)似問(wèn)題重復(fù)出現(xiàn)，制定了更為合理的工藝路線。

（1）筒體的下料長(zhǎng)為5 770 mm，其中含兩端的預(yù)彎量為250 mm,號(hào)料時(shí)劃出50 mm線，板料對(duì)角線差應(yīng)小于2 mm。

（2）對(duì)筒體進(jìn)行打頭，按 R808.5 mm（內(nèi)半徑）進(jìn)行預(yù)彎,并用樣板檢查,然后切割預(yù)彎量，切割預(yù)彎量及坡口前應(yīng)預(yù)熱，采用砂輪修磨氣割坡口表面，修磨掉淬硬層，測(cè)量硬度值HB≤225，坡口表面按JB/T 4730.4—2016《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第4部分：磁粉檢測(cè)》的I級(jí)要求進(jìn)行100%MT檢測(cè)。

（3）筒體冷滾成型。

（4）尺寸檢查

a）滾制后對(duì)筒節(jié)內(nèi)外表面進(jìn)行檢查，不得存在凹坑及裂紋；

b）筒體的內(nèi)圓圓周長(zhǎng)及公差為5 080 mm，公差為0～6 mm；

c）端口錯(cuò)邊小于2 mm；

d）對(duì)口錯(cuò)邊小于2.4 mm；棱角度小于5 mm,

e）同一斷面的最大最小直徑差小于5 mm；

f）成形后的最小厚度為54 mm。

（5）檢測(cè)合格后進(jìn)行筒體縱焊縫焊接，焊接前要預(yù)熱，焊后進(jìn)行消氫處理，并入爐進(jìn)行ISR，如能立即入爐進(jìn)行ISR，則可免做消氫處理。將焊縫內(nèi)表面磨平，焊完24 h后對(duì)筒體縱焊縫進(jìn)行100%RT檢測(cè)，II級(jí)為合格；再對(duì)焊縫進(jìn)行100%UT檢測(cè)，按I級(jí)為合格；焊縫表面進(jìn)行100%MT檢測(cè)， I級(jí)為合格。

（6）凸臺(tái)堆焊

a）對(duì)筒體內(nèi)表面除銹并進(jìn)行100%MT檢測(cè)，Ⅰ級(jí)為合格，并待堆焊凸臺(tái)部位上下各200 mm范圍內(nèi)進(jìn)行100%UT檢測(cè)，Ⅰ級(jí)為合格。

b）堆焊采用手工電弧焊與埋弧自動(dòng)焊相結(jié)合的方式，前兩層用小電流手工電弧焊，防止大電流輸出導(dǎo)致應(yīng)力過(guò)大而凸臺(tái)開(kāi)裂，當(dāng)凸臺(tái)基層堆焊高度為35～40 mm時(shí)進(jìn)行ISR,全部堆焊完成后再進(jìn)行ISR。

c）對(duì)堆焊完的凸臺(tái)進(jìn)行機(jī)加工，并進(jìn)行100%UT檢測(cè)和100%MT檢測(cè),Ⅰ級(jí)為合格。

d）堆焊凸臺(tái)過(guò)渡層，機(jī)加工后再堆焊面層（除凸臺(tái)上表面R處）及筒體兩端坡口。

e）對(duì)機(jī)加工后的凸臺(tái)進(jìn)行100%UT，100%無(wú)損（PT）檢測(cè)，鐵素體測(cè)量值要求為3%～10%。

（7）筒體內(nèi)表面堆焊的方法不再詳細(xì)介紹。

6 結(jié)論

采用以上返修方案對(duì)該加氫反應(yīng)器進(jìn)行返修，并在設(shè)備進(jìn)行最終熱處理后，重點(diǎn)檢查返修部位，檢測(cè)結(jié)果均合格，用優(yōu)化后的工藝方案制造另一節(jié)筒體及其他類(lèi)似設(shè)備，效果良好，設(shè)備均未發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題，且設(shè)備運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，安裝、運(yùn)行情況良好。