馬興國(guó) 張?jiān)苼?lái) 杜 亮 周利華

（1. 中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833699；2. 新疆煉化建設(shè)集團(tuán)有限公司，新疆 克拉瑪依 833699）

0 引言

2021年2月17日某石化煉油廠催化裝置油漿泵P-207/3殼體出口管線處有一直徑為φ3mm的砂眼發(fā)生泄漏，該泵是催化裝置關(guān)鍵設(shè)備，其主要作用是將分餾塔底油漿循環(huán)和油漿回?zé)?，設(shè)備型號(hào)150ZPY400B，屬于單級(jí)懸臂式離心泵，于2009年安裝投運(yùn)，2014年完成密封改造。

1 概述

泵體材質(zhì)為ZG1Cr13馬氏體型，介質(zhì)為催化油漿，設(shè)計(jì)溫度378℃，壓力1.5MPa。拆卸泵體襯里檢查發(fā)現(xiàn)，泵殼體內(nèi)部入口流道底部與襯里密封部位沖蝕，沖蝕尺寸為210×50mm（如圖1所示）。油漿泵的運(yùn)行情況直接影響催化裝置運(yùn)行，能及時(shí)修復(fù)運(yùn)行，可為企業(yè)減小損失。我單位接到任務(wù)后，對(duì)油漿泵發(fā)生沖蝕而引起泄漏原因進(jìn)行分析，從焊接材料的選擇、焊接工藝以及熱處理方面進(jìn)行闡述，制定出合理的焊接工藝，取得了滿意效果，對(duì)同行有所借鑒。

圖1 泵殼沖刷示意圖

2 泵殼沖刷腐蝕穿孔原因分析

（1）通過(guò)拆檢可知，襯里與泵殼間有兩處密封，第一處在泵殼Φ500mm處有一厚度0.5mm的墊片實(shí)現(xiàn)密封。第二處是在Φ190×Φ170×3.5mm的石墨墊片實(shí)現(xiàn)密封，由于泵殼與襯里間有間隙，因此會(huì)形成一個(gè)相對(duì)封閉的空間，沒(méi)有流動(dòng)介質(zhì)不存在沖刷腐蝕。

但當(dāng)泵入口Φ190mm處的密封墊片發(fā)生沖刷腐蝕損壞后，泵出口高壓介質(zhì)通過(guò)泵殼與襯里的間隙流至入口處，形成泄漏通道，泵出口與進(jìn)口聯(lián)通，在出口和入口處發(fā)生沖刷腐蝕，造成泵殼腐蝕減薄穿孔，發(fā)生泄漏；

（2）該油漿泵設(shè)計(jì)存在缺陷，襯里與泵殼Φ170mm處凸臺(tái)存在0.86mm間隙如圖2所示，介質(zhì)在該處發(fā)生湍流，造成沖刷腐蝕，液體中催化劑固體顆粒沿下部流動(dòng)造成凸臺(tái)腐蝕，造成密封墊片失效，在泵殼與襯里間出口與入口貫通形成回路，加速出口和入口處腐蝕，直至泵殼減薄穿孔發(fā)生 泄漏。

圖2 泵殼流程示意圖

3 修復(fù)方案制定

3.1 可焊性分析

1Cr13鋼焊接性差，焊后組織為為馬氏體，有以下特點(diǎn)：

（1）焊接冷裂紋

馬氏體不銹鋼焊接時(shí)在焊接接頭區(qū)域出現(xiàn)明顯的淬硬傾向。焊縫及熱影響區(qū)焊后的組織通常為硬而脆的馬氏體組織，含碳量越高，淬硬傾向越大，焊接接頭很容易導(dǎo)致冷裂紋的產(chǎn)生，尤其當(dāng)焊接接頭剛度大或有氫存在時(shí)，馬氏體不銹鋼更易產(chǎn)生延遲裂紋；

（2）熱影響區(qū)脆化

馬氏體不銹鋼尤其是鐵素體形成元素含量較高的馬氏體不銹鋼，具有較大的晶粒長(zhǎng)大傾向。冷卻速度較小時(shí)，焊接熱影響區(qū)易產(chǎn)生粗大的鐵素體和碳化物，冷卻速度較大時(shí)，熱影響區(qū)會(huì)產(chǎn)生硬化現(xiàn)象，形成粗大的馬氏體。這些粗大的組織都使馬氏體不銹鋼焊接熱響區(qū)塑性和韌性降低并導(dǎo)致 脆化。

3.2 1Cr13的化學(xué)成分如表1所示、力學(xué)性能（如表2所示）

表1 1Cr13的化學(xué)成分

表2 1Cr13的力學(xué)性能

3.3 金相微觀組織分析

按照GB/T 13298-2015《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》對(duì)泵體母材部位進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)，其顯微組織為保留馬氏體位向的回火索氏體和帶狀鐵素體，未觀察到明顯的材質(zhì)劣化（如圖3所示）。

圖3 泵體母材金相組織（100×）

4 焊接工藝

4.1 焊接方法和焊接材料選擇

馬氏體不銹鋼焊接修復(fù)采用焊條電弧焊，焊接材料選取G207焊條，直流反接。焊條使用需經(jīng)300～350℃烘干，恒溫1h隨取隨用。焊材化學(xué)成分如表3所示、力學(xué)性能如表4所示。

表3 G207的化學(xué)成分(%)

表4 G207的力學(xué)性能

4.2 焊前準(zhǔn)備

焊前用磨光機(jī)將焊縫表面兩側(cè)15mm范圍內(nèi)打磨出金屬光澤，打磨完成對(duì)坡口必須進(jìn)行100%PT滲透檢測(cè)、Ⅰ級(jí)合格，焊前預(yù)熱溫度為100～150℃，預(yù)熱方式采用氣焊加熱，用紅外線測(cè)溫儀測(cè)量溫度。

4.3 工藝參數(shù)選擇（如表5所示）

表5 焊接工藝參數(shù)

4.4 打底層焊接

焊接時(shí)采用小電流多層多道焊工藝，焊接過(guò)程層間溫度控制在150℃以內(nèi)，對(duì)每道焊縫進(jìn)行錘擊，減小焊接應(yīng)力。焊接時(shí)注意兩側(cè)坡口及根部要熔合良好，避免未熔合缺陷的產(chǎn)生，在熔池邊緣處收弧，收弧時(shí)注意填加鐵水并要保證弧坑飽滿，以避免產(chǎn)生弧坑裂紋。

4.5 填充、蓋面層焊接

采用多層多道焊，各層接頭應(yīng)互相錯(cuò)開(kāi)，焊工要加強(qiáng)層間清理，嚴(yán)防焊縫夾渣。各焊道的單層厚度約3.0mm，方可進(jìn)行下一層的焊接（如圖4 所示）。

圖4 打底、填充、蓋面層焊接示意圖

4.6 焊后要求

焊縫外觀要求焊縫波紋均勻、寬窄整齊，焊縫與母材要圓滑過(guò)渡，焊縫表面不得有氣孔、未熔合、裂紋、接頭脫節(jié)、內(nèi)凹等缺陷，咬邊深度不得超過(guò)0.5mm有咬邊要圓滑過(guò)渡,焊縫增寬量0.5～2.5 mm，所有焊縫余高為1～2mm。

4.7 焊后切削加工及檢驗(yàn)

補(bǔ)焊完成后在車床上進(jìn)行切削加工恢復(fù)尺寸，再進(jìn)行滲透檢測(cè)（如圖5所示），滲透探傷檢驗(yàn)按NB/T 47013.5-2015檢驗(yàn)，I級(jí)合格。熱處理完成后再進(jìn)行一次滲透檢測(cè)。

圖5 切削加工進(jìn)行滲透檢測(cè)

4.8 焊接工藝要點(diǎn)

（1）嚴(yán)格控制層間以及焊接區(qū)域的溫度，溫度控制≤150℃，以防止在熔敷后續(xù)焊道前發(fā)生冷 裂紋；

（2）采用直線運(yùn)條多層多道焊，焊條不擺動(dòng)，小規(guī)范分段、分散焊，焊后立即用尖的渣錘敲擊焊縫，可以減小應(yīng)力，提高抗裂性能力；

（3）焊接時(shí)，接頭要盡量錯(cuò)開(kāi)，收弧時(shí)要填滿弧坑，防止產(chǎn)生弧坑裂紋。每道清完渣后，用10倍放大鏡檢查，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷隨時(shí)處理，如有裂紋，立即鏟除重焊；

（4）焊后用石棉覆蓋焊縫，緩冷至室溫。

5 焊后回火熱處理

（1）焊后回火溫度在650～750°C，恒溫時(shí)間1小時(shí)；

（2）升溫速度、降溫速度50～80°C/h，300°C以下空冷。

圖6 回火熱處理曲線圖

6 結(jié)論與建議

（1）將問(wèn)題反饋嘉利特泵廠家，已向廠家建議為防止油漿泵沖刷腐蝕對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行改造；

（2）定期檢查襯里與泵殼之間的密封墊片沖刷腐蝕情況；

（3）對(duì)馬氏體組織的ZG1Cr13補(bǔ)焊，選用G207焊材取得了良好的效果，保證了泵體的補(bǔ)焊質(zhì)量，對(duì)同類型其他工件的補(bǔ)焊具有指導(dǎo)意義；

（4）通過(guò)采取科學(xué)合理的補(bǔ)焊工藝措施，精心操作保證了泵殼的補(bǔ)焊質(zhì)量，運(yùn)行后符合使用要求，修復(fù)方案是可行的。