朱曉亮

（中國(guó)石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315200）

某公司環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置為1 Mt/a乙烯的配套裝置，采用乙烯氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，并進(jìn)一步水合生產(chǎn)乙二醇。乙二醇水溶液經(jīng)過(guò)四效蒸發(fā)系統(tǒng)提濃和精制產(chǎn)出合格產(chǎn)品。在高溫高壓環(huán)境中，乙二醇會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)生成乙醛，乙醛易被氧化成乙酸而腐蝕設(shè)備［1］。該裝置一效蒸發(fā)器再沸器于2010年4月投用，2016年2月出現(xiàn)泄漏。再沸器為固定管板式結(jié)構(gòu)，規(guī)格為φ4 000 mm×12 423 mm×36 mm，質(zhì)量為149.58 t，管箱上部和下部分別為蝦米彎結(jié)構(gòu)和封頭結(jié)構(gòu)。蝦米彎材質(zhì)為S30408，管板材質(zhì)為16MnⅢ，其表面復(fù)合銅鎳合金。泄漏部位在蝦米彎與上管板連接焊縫的熔合線處，為S30408與16MnⅢ異種鋼焊接區(qū)域，缺陷長(zhǎng)度120 mm。泄漏物質(zhì)為管程的乙二醇水溶液，管程操作壓力為1.0 MPa，溫度為185℃。為保證設(shè)備的安全運(yùn)行，臨時(shí)采取貼焊的方法進(jìn)行堵漏，并于2018年裝置大修時(shí)由原制造廠對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修處理。

1 再沸器泄漏原因分析及現(xiàn)場(chǎng)處理

對(duì)再沸器泄漏部位進(jìn)行觀察及結(jié)構(gòu)分析（見(jiàn)圖1），泄漏部位位于管板復(fù)層與蝦米彎的密封焊縫處，該處出現(xiàn)裂紋后介質(zhì)從管程滲入到管板基層，對(duì)管板產(chǎn)生腐蝕，裂紋沿著焊縫逐漸擴(kuò)展，并延伸到管板外表面，進(jìn)而造成介質(zhì)泄漏［2-3］。

圖1 泄漏部位結(jié)構(gòu)示意

1.1 密封焊縫開(kāi)裂的原因分析

對(duì)設(shè)備內(nèi)部的密封焊縫進(jìn)行滲透檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)多處貫穿性裂紋缺陷（見(jiàn)圖2），其產(chǎn)生原因在于：

圖2 密封焊縫裂紋缺陷

（1）由于蝦米彎與上管板復(fù)合層采用ERNiCu-7焊材進(jìn)行焊接，對(duì)焊接技能要求較高，若焊接不當(dāng)易產(chǎn)生未熔合等焊接缺陷，即使采用滲透檢測(cè)也難以發(fā)現(xiàn)密封焊縫的內(nèi)部缺陷。

（2）由于蝦米彎與上管板的焊接屬于異種鋼焊接，兩種材質(zhì)的熱導(dǎo)率和膨脹系數(shù)相差較大，在高溫高壓工況下，使密封焊縫承受一定的拉應(yīng)力，且由于密封焊縫較窄，加上介質(zhì)的壓力作用，會(huì)使其內(nèi)部缺陷擴(kuò)大，造成焊縫開(kāi)裂［4-5］。

1.2 熔合線開(kāi)裂的原因分析

管板與蝦米彎熔合線開(kāi)裂的原因分析：

（1）密封焊縫開(kāi)裂后，工藝介質(zhì)進(jìn)入管板與蝦米彎的間隙，形成酸性的冷凝液，其pH值為5～6，酸性介質(zhì)腐蝕導(dǎo)致熔合線出現(xiàn)貫穿性裂紋。

（2）管板與蝦米彎的焊接屬于異種鋼焊接，存在較大的焊接應(yīng)力，加速熔合線開(kāi)裂。

（3）異種鋼焊接時(shí)會(huì)出現(xiàn)碳遷移現(xiàn)象，分別在管板和蝦米彎表面形成脫碳層和增碳層。碳遷移會(huì)造成材料性能下降，可能引起熔合線開(kāi)裂。

（4）在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，由于材料熱導(dǎo)率和膨脹系數(shù)的差異，使熔合線承受一定的拉應(yīng)力，引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)泄漏部位及處理情況

為保證現(xiàn)階段設(shè)備的安全運(yùn)行，只能在裝置大修時(shí)消除缺陷，對(duì)泄漏部位的處理也極為謹(jǐn)慎?，F(xiàn)場(chǎng)泄漏部位及處理情況分別見(jiàn)圖3和圖4。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)泄漏情況進(jìn)行貼板補(bǔ)焊，貼板規(guī)格為300 mm×200 mm，厚度為10 mm，材質(zhì)為S30408。焊接前將貼板部位打磨干凈，先對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行捻縫處理，再進(jìn)行貼板焊接，焊接時(shí)嚴(yán)格控制線能量，避免因焊接不當(dāng)而引起其他部位開(kāi)裂。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)泄漏部位

圖4 泄漏部位處理情況

2 維修方法

裝置大修期間將再沸器交出維修，設(shè)備維修前先對(duì)焊縫進(jìn)行清理和拋光，并對(duì)貼焊部位進(jìn)行打磨，再進(jìn)行著色檢查，標(biāo)記所有缺陷的位置。著色檢查發(fā)現(xiàn)只有泄漏部位存在裂紋，而其余部位沒(méi)有裂紋。對(duì)泄漏部位采用碳弧氣刨去除100 mm焊縫后觀察發(fā)現(xiàn)有明顯貫穿性裂紋。對(duì)管板與蝦米彎連接焊縫的泄漏點(diǎn)進(jìn)行打磨，直至與母材齊平，采用超聲縱波雙晶斜探頭對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，檢查焊縫與管板基材之間的裂紋和未熔合等缺陷，檢查發(fā)現(xiàn)缺陷長(zhǎng)達(dá)4.3 m（環(huán)焊縫總長(zhǎng)為12.56 m），缺陷范圍較大。

維修的目的不僅在于修復(fù)設(shè)備，而且還要消除泄漏隱患。由于檢修時(shí)間只有25 d，時(shí)間緊，因此設(shè)備返廠維修難以實(shí)現(xiàn)，只能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修，維修方案見(jiàn)圖5，具體過(guò)程如下：

圖5 維修方案示意

（1）將蝦米彎與管板連接焊縫刨去重焊，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況確定返修焊縫的長(zhǎng)度。

（2）如果返修焊縫長(zhǎng)度超過(guò)2 m，就需要在蝦米彎上加裝剛性支撐環(huán)，目的在于防止蝦米彎與管板之間的大截面異種鋼焊接帶來(lái)較大的焊接變形，保障維修的效果。

（3）在上管板與蝦米彎連接焊縫處加裝L型密封貼條，其好處在于：一方面起到雙層密封作用；另一方面能釋放溫差應(yīng)力，緩解應(yīng)力集中，相當(dāng)于膨脹節(jié)的作用。當(dāng)換熱管與筒體內(nèi)壁之間的距離小于14 mm時(shí)，貼條安裝空間不足，應(yīng)在貼條上設(shè)置弓形槽，貼條連接處用方形蓋板覆蓋焊接，貼條內(nèi)部設(shè)置兩個(gè)檢漏孔，并用檢漏管引出到保溫層外，便于監(jiān)測(cè)貼條的開(kāi)裂情況，其安裝示意見(jiàn)圖6。

圖6 L型密封貼條安裝示意

3 維修過(guò)程及質(zhì)量控制要求

3.1 焊縫缺陷的去除

首先去除缺陷位置所在的焊縫，然后再?gòu)氐兹コ毕荨Ｓ捎谕獠亢缚p較厚，先用碳弧氣刨去除部分金屬，再用磨光機(jī)打磨去除氣刨后的硬化層。管板腐蝕區(qū)域靠近管程側(cè)的部位均需打磨拋光，尤其是管板腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域，需要將管板復(fù)層也打磨去除。對(duì)打磨后的表面進(jìn)行滲透檢測(cè)，確認(rèn)沒(méi)有任何缺陷后方可進(jìn)行補(bǔ)焊。管板腐蝕區(qū)域處理前和處理后的狀態(tài)分別見(jiàn)圖7和圖8。

圖7 管板腐蝕區(qū)域處理前的狀態(tài)

圖8 管板腐蝕區(qū)域處理后的狀態(tài)

3.2 剛性支撐環(huán)的組裝

由于缺陷范圍較大，需要對(duì)剛性支撐環(huán)進(jìn)行組裝和點(diǎn)固焊。剛性支撐環(huán)材料選用Q345R，采用水刀下料、4拼現(xiàn)場(chǎng)組焊，拼焊坡口采用全焊透雙面結(jié)構(gòu)。剛性支撐環(huán)采用雙面間斷焊接，每隔100 mm焊100 mm，焊縫的焊腳高度不低于10 mm。

3.3 焊縫的修復(fù)

在整個(gè)環(huán)焊縫焊接過(guò)程中，采用履帶對(duì)坡口所在母材進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度大于85℃，局部采用火焰加熱，確保母材預(yù)熱充分。先將管板損傷部位堆焊完成，并打磨平整，再將管板復(fù)層破損處打磨至與基層齊平。管板基層和過(guò)渡層采用氬弧焊打底焊接，按照NB/T 47013.5—2015標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊縫表面進(jìn)行滲透檢測(cè)，Ⅰ級(jí)為合格。采用手工電弧焊焊接覆蓋面，注意焊前預(yù)熱，采用小電流多道焊，并注意焊接順序，先焊?jìng)?cè)面，然后逐步縮小坡口截面面積。采用密封焊對(duì)管板復(fù)層與蝦米彎進(jìn)行焊接，其表面采用凹形的圓滑過(guò)渡方式。焊接后按照NB/T 47013.5—2015標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊縫表面進(jìn)行滲透檢測(cè)，Ⅰ級(jí)為合格。最后將外部焊縫打磨至與母材齊平，按照NB/T 47013.3—2015標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊縫表面進(jìn)行超聲檢測(cè)，重點(diǎn)檢查熔合線部位，Ⅱ級(jí)為合格。

3.4 L型密封貼條的安裝

L型密封貼條采用厚度為3 mm的C71500板材。通過(guò)合理布置使貼條接縫遠(yuǎn)離換熱管分布區(qū)域，方便焊接。貼條采用水刀下料，模具折彎成型，蓋板采用模具壓制成型。貼條和蓋板成型后應(yīng)進(jìn)行著色檢查，保證無(wú)缺陷。將成型后的貼條和蓋板加熱至770℃，保溫30 min，進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。將貼條和蓋板拋光、清洗干凈，用清潔的薄膜包裹帶至現(xiàn)場(chǎng)。待管板與筒體的密封焊完成且滲透檢測(cè)合格之后，才能安裝貼條。

試裝貼條時(shí)，應(yīng)在距離換熱管較近處標(biāo)記位置線，并切割和打磨弓形槽。安裝貼條前，應(yīng)先鉆檢漏孔，其孔徑為6 mm，再組焊檢漏嘴，最后安裝檢漏管，其長(zhǎng)度為150 mm。

安裝貼條時(shí)，務(wù)必使其與管板、筒體貼緊，點(diǎn)焊固定。采用氬弧焊分別對(duì)貼條與管板、貼條與筒體進(jìn)行焊接，共焊兩道，焊縫應(yīng)飽滿，在貼條連接處安裝蓋板，盡量使蓋板貼緊貼條，點(diǎn)焊固定。按照焊接貼條的方法焊接蓋板。按照NB/T 47013.5—2015標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊縫進(jìn)行滲透檢測(cè)，Ⅰ級(jí)為合格。往檢漏孔充氣0.05MPa，在所有貼條焊縫處采用肥皂水進(jìn)行檢查，焊縫檢查合格、無(wú)泄漏，如圖9所示。

圖9 L型密封貼條焊縫檢漏情況

4 結(jié) 論

（1）該再沸器維修后已運(yùn)行3 a，未發(fā)現(xiàn)泄漏，L型密封貼條使用效果良好，為同類(lèi)型再沸器的泄漏處理提供了有效的解決方案。

（2）維修方案的編制應(yīng)充分考慮缺陷的范圍以及現(xiàn)場(chǎng)施工狀況，合理安排施工程序與進(jìn)度，避免因維修時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而影響裝置開(kāi)工進(jìn)度。

（3）異種鋼焊接時(shí)，易發(fā)生碳遷移形成脫碳層和增碳層，從而導(dǎo)致設(shè)備泄漏，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能避免異種鋼焊接。若必須采用異種鋼焊接，應(yīng)確保焊接質(zhì)量合格。

（4）同類(lèi)型的再沸器維修前，一定要對(duì)密封焊縫進(jìn)行全面滲透檢測(cè)，確認(rèn)密封焊縫完好。若密封焊縫出現(xiàn)開(kāi)裂，應(yīng)對(duì)管板與蝦米彎的熔合線部位進(jìn)行超聲檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)處理。