張學(xué)云 閆亭亭 劉鑫磊

中國化學(xué)工程第七建設(shè)有限公司 四川成都 61000

廣東石化煉化一體化項目是中國石油集團貫徹國家能源安全戰(zhàn)略、實現(xiàn)煉化業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級的戰(zhàn)略工程，也是構(gòu)建廣東省對外開放新格局、推動粵東地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重點工程。其300 萬t/ a 延遲焦化裝置由焦化部分（含冷焦水處理）、吸收穩(wěn)定部分、干氣液化氣精制部分、石油焦密閉處理部分及公用工程部分組成。其中，焦化部分、吸收穩(wěn)定部分采用美國 FOSTER WHEELER 公司的SYDEC (Selective Yield Delayed Coking)工藝技術(shù)。焦化部分溜焦槽設(shè)計為NM550 耐磨鋼板材質(zhì)，自破碎機下口延伸至石油焦脫水倉。

1 耐磨鋼板應(yīng)用的背景及優(yōu)勢

1.1 背景

石油焦是原油經(jīng)蒸餾將輕重質(zhì)油分離后，重質(zhì)油再經(jīng)熱裂轉(zhuǎn)化而成的產(chǎn)品，從外觀上看，焦炭為形狀不規(guī)則、大小不一的黑色塊狀（或顆粒），有金屬光澤。焦炭的顆粒具多孔隙結(jié)構(gòu)，主要元素組成為碳(80%以上)，含氫1.5%～8%，其余為氧、氮、硫和金屬元素。

按石油焦外觀形態(tài)及性能的不同，可分為海綿狀焦、蜂窩狀焦和針狀焦3 種。其中海綿狀焦外觀類似海綿，雜質(zhì)含量較多，內(nèi)部含有許多小孔，空隙間焦壁很薄，不適合作為生產(chǎn)炭材料的原料；蜂窩狀焦內(nèi)部小孔分布比較均勻，有明顯的蜂窩結(jié)構(gòu)，具有較好的物理性能和力學(xué)性能，此類石油焦可以作為普通功率石墨電極、預(yù)焙陽極和電炭制品生產(chǎn)用的原料；針狀焦外表有明顯條紋，焦塊內(nèi)部的孔隙呈細長橢圓形定向排列，破碎后為細長顆粒，可作為生產(chǎn)高功率和超高功率石墨電極的原料。

在石油焦自破碎機破損后輸送至脫水倉的過充中，由于溫度較高、粘度較大，極易在溜焦槽運輸部位阻塞或磨損損耗，因此一種新型耐磨鋼板材料應(yīng)運而生。

1.2 耐磨鋼板的優(yōu)勢及先進性

NM550 是高強度耐磨鋼板，具有較高的耐磨性能和較好的沖擊韌性，被廣泛應(yīng)用于冶金、機械、礦山等行業(yè)。其布氏硬度值達到550（HBW），主要是在需要耐磨的場合或部位提供保護，延長設(shè)備使用壽命，減少維修帶來的檢修和停機，相應(yīng)減少資金的投入。

但此鋼種合金成分較高、碳當量較大，在切割、焊接過程中具有明顯的冷裂紋傾向，焊接性能較差。為了保證此鋼種的結(jié)構(gòu)使用性能，達到耐磨板強度、韌性、耐磨性的統(tǒng)一，以下就廣東石化煉化一體化項目二聯(lián)合300 萬t/ a延遲焦化裝置Ⅱ的溜焦槽耐磨鋼板安裝及焊接過程中的重難點進行深入研究總結(jié)。

2 溜焦槽耐磨鋼板焊接前期準備

2.1 現(xiàn)場安裝主要工作量

溜焦槽耐磨鋼板厚度分為10mm 及20mm 兩種，為半圓倉形狀。為方便現(xiàn)場安裝，減少現(xiàn)場拼接焊道數(shù)量，要求廠家沿斷面方向分兩段制作發(fā)運至現(xiàn)場（即兩段拼接為一個半圓倉），縱向方向長度可取2.0～3.0m。半成品運達現(xiàn)場后，中國化學(xué)工程第七建設(shè)有限公司負責(zé)組對焊接剩余焊道，施焊長度約1581m。圖1 為溜焦槽耐磨鋼板分段圖。

2.2 現(xiàn)場焊接存在的主要困難

耐磨鋼板具有復(fù)雜的合金成分系統(tǒng)，在熱切割過程中由于斷面組織的改變極易導(dǎo)致延遲裂紋的產(chǎn)生。由材料化學(xué)成分及力學(xué)性能可知，NM550 屬于低合金高強度耐磨板，具有較高的機械強度，但相對于常用鋼材（例如Q345B），其碳當量較大，CEV＝0.65%，具有明顯的冷裂紋傾向。如果焊材的選用原則遵循等強匹配，焊縫容易出現(xiàn)焊縫根部超強，局部脆硬而韌性不足及熱影響區(qū)脆化，在焊接過程中焊縫容易產(chǎn)生裂紋。

同樣因為合金成分較為特殊，焊接過程中極易造成局部焊接應(yīng)力過大，焊接應(yīng)力無法消除的情況，對焊縫質(zhì)量帶來隱患。

3 耐磨鋼板焊接過程控制

3.1 耐磨鋼板下料及坡口加工

預(yù)防耐磨鋼板產(chǎn)生切割裂紋最有效的方法是在切割前進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度高低主要取決于鋼板質(zhì)量等級和板厚，可采用火焰燒槍、電加熱等預(yù)熱方法。為確定鋼板預(yù)熱效果，應(yīng)在靠近加熱點5cm 以外位置檢測預(yù)熱溫度。另外，低速切割也是避免切割裂紋的有效方法。對于耐磨板的切割，現(xiàn)場采用電加熱片加熱，切割前預(yù)熱溫度達到100℃左右為宜；并按鋼板的厚度及等級選用合適的切割速度，例如20mm 鋼板，切割速度以200cm/ min 為宜。

現(xiàn)場拼接位置需按要求開設(shè)坡口，坡口組對間隙為2mm，坡腳為45.0°，10mm/ 20mm 厚耐磨鋼板鈍邊δ=2mm/ 4mm。圖2 為耐磨鋼板坡口加工圖。

圖2 耐磨鋼板坡口加工圖

3.2 耐磨鋼板焊接焊材選用

HM550 耐磨鋼板具有明顯的冷裂紋傾向，如果焊材的選用原則遵循等強匹配，焊縫容易出現(xiàn)焊縫根部超強，局部脆硬而韌性不足及熱影響區(qū)脆化。為了保證焊縫在使用過程中的強度、韌性要求，項目部選用D276 耐磨堆焊用焊材連接耐磨板的基體部分，來提高焊縫韌性，降低焊縫淬硬性，同時滿足強度要求。

3.3 耐磨鋼板焊接注意事項

3.3.1 焊前預(yù)熱

由于耐磨鋼板材質(zhì)特殊性，合金成分含量較高，極易在焊接過程中產(chǎn)生焊接應(yīng)力。為避免此類情況發(fā)生，要求焊接前及焊接過程中一直保持100～150℃伴熱溫度。

3.3.2 焊接線能量控制

表1 和表2 分別為10mm 和20mm 厚耐磨鋼板焊接工藝參數(shù)。焊接時采用窄道，多層多道焊焊接方法，層間溫度控制在150～250℃。

表1 10mm 厚耐磨鋼板焊接工藝參數(shù)

3.3.3 焊后保溫緩冷

參考相關(guān)標準規(guī)范要求該材質(zhì)鋼板焊接完成后不需進行焊后熱處理，但需使用保溫棉覆蓋焊縫，使之達到緩慢冷卻的要求。由于前期施工作業(yè)人員對保溫緩冷要求理解不到位，該焊縫僅部分焊接完成，未注意保溫緩冷要求，導(dǎo)致焊縫開裂。詳見圖3 圖4。

圖4 耐磨鋼板焊縫局部開裂

3.3.4 焊后無損檢測要求

首先焊接應(yīng)滿足GB50205 及其他現(xiàn)行焊接技術(shù)規(guī)范的相關(guān)要求，耐磨鋼板焊縫應(yīng)滿足二級焊縫的要求，不得有超出允許偏差的缺陷，具體外觀檢測應(yīng)滿足表3 中要求。其中二級焊縫需按焊縫長度20%進行超聲檢測，其合格等級不得低于表4 中B 級檢測中的Ⅲ級要求。現(xiàn)場施工焊縫總長1581m，超聲檢測焊縫長度352m，一次檢測焊縫長度350.5m，合格率為99.5%

表3 二級、三級焊縫外觀質(zhì)量標準 mm

表4 超聲波檢測缺欠等級評定

4 結(jié)語

采用低組配焊接材料，在下料及焊接過程中恒溫加熱，并在焊接完成后進行保溫緩冷等先進工藝，基本上解決了高強度耐磨鋼板焊接開裂問題，大大縮短了施工工期，降低了施工成本，保證了焊接質(zhì)量，廣東石化煉化一體化項目中300 萬t/ a 延遲焦化裝置溜焦槽耐磨鋼板焊接施工任務(wù)順利完成。