張勇 孟繼安
摘要 針對(duì)大慶石油化工總廠重油催化再生器焊縫產(chǎn)生穿透性橫向裂紋的情況，成功地實(shí)施了用16MnR作補(bǔ)強(qiáng)板和國(guó)產(chǎn)J507(E5015)焊條的手工電弧焊挖補(bǔ)焊接修復(fù)工藝。焊接工藝實(shí)踐表明，控制組對(duì)間隙，選擇正確的焊前預(yù)熱溫度，嚴(yán)格按工藝參數(shù)和技術(shù)規(guī)范進(jìn)行施工是修復(fù)獲得成功的關(guān)鍵；選取合適的挖補(bǔ)長(zhǎng)度和合理的挖補(bǔ)形狀是安全施工的必要保障。焊后采用振動(dòng)時(shí)效工藝消除焊縫應(yīng)力，使焊接殘余應(yīng)力降低50%，不僅獲得了滿意的效果，而且大大縮短了檢修工期。
主題詞 催化劑再生 再生塔 裂紋 焊接 修復(fù)
Zhang Yong(Machinery Plant of Daqing Petrochemical Complex, Daqing City, Heilongjiang Province), Meng Ji‘a(chǎn)n. Reconditioning of cracks in heavy oil catalyst regeneration unit. CPM, 1999, 27(3): 25～27
In the light of the actual conditions of the welding crack in the heavy oil catalyst regeneration unit, by using 16MnR as excess weld metal and J507(E5015) as welding rod, the mending technology of removing the damaged part and welding is carried out successfully. Practice shows that, selecting proper preweld temperature and executing the technology according to technical parameters and specifications is the key to the success of the reconditioning; and selecting rational length and shape of the mended part is necessary to ensure safe operation. By using the vibration aging for relieving the stress in the weld, the residual stress in the weld can be reduced by 50%, good effect is achieved.
Subject Concept Terms catalyst regeneration regenerator crack welding
reconditioning
大慶石油化工總廠煉油廠重油催化裝置自1992年10月投產(chǎn)使用，經(jīng)過5年多生產(chǎn)運(yùn)行，于1997年1月經(jīng)宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，煙氣系統(tǒng)再生器管道焊縫出現(xiàn)大量的穿透性橫向裂紋，且向焊縫兩側(cè)的母材延伸。
截止1997年底，宏觀檢查發(fā)現(xiàn)再生器過渡段下部筒體出現(xiàn)裂紋136處，外取熱器下料管出現(xiàn)裂紋82處，外循環(huán)管出現(xiàn)裂紋31處，總計(jì)發(fā)現(xiàn)穿透性裂紋達(dá)249處。有關(guān)方面的專家根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果多次進(jìn)行技術(shù)分析，初步判定為應(yīng)力腐蝕引起穿透性裂紋。工廠對(duì)裂紋集中區(qū)域采取外貼16MnR補(bǔ)強(qiáng)板，同時(shí)實(shí)行特護(hù)管理，但仍無法控制裂紋的繼續(xù)出現(xiàn)及擴(kuò)展。
近幾年來，我國(guó)幾套重油催化裝置在生產(chǎn)運(yùn)行中，再生器及煙氣輔助設(shè)備殼體出現(xiàn)大量裂紋，先后有茂名石化公司煉油廠、錦州石化公司煉油廠等幾家煉油廠出現(xiàn)類似問題。這些裂紋大多發(fā)生在焊縫、熔合線或熱影響區(qū)內(nèi)，不少為穿透性裂紋，裂紋最長(zhǎng)達(dá)1m多，并有高溫?zé)煔夂痛呋瘎┩庑骨闆r發(fā)生，對(duì)重油催化裝置的安全正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。因此，解決這類難題成為科技人員的當(dāng)務(wù)之急。
大慶石油化工總廠經(jīng)多次討論分析，決定在1998年檢修期間對(duì)再生器產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕裂紋進(jìn)行徹底修復(fù)，修復(fù)方案如下：
(1)對(duì)再生器過渡段下部筒體裂紋集中區(qū)域采用局部挖補(bǔ)焊接予以修復(fù)；對(duì)單個(gè)裂紋則采取修磨補(bǔ)焊；
(2)對(duì)外取熱器的下料管、外循環(huán)管予以整體更換。
從控制應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生要素的角度來看，挖補(bǔ)焊接消除裂紋，焊后消除殘余應(yīng)力是實(shí)施再生器裂紋修復(fù)的重點(diǎn)。
材質(zhì)可焊性分析與挖補(bǔ)長(zhǎng)度的確定
1.化學(xué)成分和力學(xué)性能
再生器殼體SPV36與補(bǔ)板16MnR的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1。
表1 材料化學(xué)成分及力學(xué)性能
| 鋼號(hào) | 化 學(xué) 成 分(%) | 力 學(xué) 性 能 | |||||||
| C | Si | Mn | S | P | σb(MPa) | σs(MPa) | δ(%) | Akv(J/cm2) | |
| SPV36 | 0.165 | 0.33 | 1.41 | 0.011 | 0.011 | ≥540 | ≥334 | ≥14 | ≥47 |
| 16MnR | ≤0.20 | 0.20～0.60 | 1.20～1.60 | ≤0.045 | ≤0.045 | ≥510 | 343 | ≥21 | ≥58 |
| 2.材質(zhì)可焊性分析 理化檢測(cè)再生器殼體金相組織及顯微硬度結(jié)果如下： (1)金相組織 母材為鐵素體+帶狀珠光體；焊縫為鐵素體+貝氏體+索氏體； 過熱區(qū)為魏氏組織鐵素體+珠光體。 (2)顯微硬度測(cè)定(載荷1.96N) 母材：171～175Hm；焊縫：192～195Hm；過熱區(qū)：210～216Hm。 由此表明，再生器殼體母材SPV36組織及力學(xué)性能無明顯變化，與16MnR焊接性較好，但延伸率和沖擊值均比16MnR低。另外，因塔壁較厚(24mm)，塔體高大，焊接中散熱很快，所以焊接過程必須采取預(yù)熱和控制層間溫度的工藝措施，以防止裂紋。 3.預(yù)熱溫度的確定［1］ 按照低合金鋼預(yù)熱溫度的計(jì)算公式可初步確定焊前預(yù)熱溫度Td(℃)： Td=-214+324Pcm+17.7［H］+0.14σb+4.73h 式中 Pcm——化學(xué)成分冷裂敏感指數(shù)，對(duì)于SPV36鋼，Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B=0.247； [H]——熔敷金屬擴(kuò)散氫含量，［H］=4mL/100g； h——材料厚度，mm。 將數(shù)據(jù)代入公式得：SPV36鋼Td=125.9℃?？紤]現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境溫度(20～25℃)及施工條件等因素影響，取預(yù)熱溫度為150℃，相應(yīng)的層間溫度也控制在150℃左右。 4.挖補(bǔ)區(qū)域的確定 再生器過渡段下部筒體襯里用爆破法拆除，器壁噴砂打磨后*著色檢查。根據(jù)理化檢測(cè)結(jié)果及裂紋修復(fù)原則，確定挖補(bǔ)部位如圖1所示(圖中黑粗短線即為挖補(bǔ)焊接修復(fù)部位)。對(duì)其它部位的單個(gè)裂紋進(jìn)行修磨補(bǔ)焊。
圖1 裂紋挖補(bǔ)部位示意圖 根據(jù)再生器設(shè)計(jì)參數(shù)，利用壓力容器計(jì)算軟件，求得在風(fēng)力、地震對(duì)塔作用下，再生器器壁*挖補(bǔ)長(zhǎng)度不得超過3500mm。為了在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際挖補(bǔ)時(shí)防止再生器垂直度產(chǎn)生偏差及組對(duì)方便，控制挖補(bǔ)長(zhǎng)度不得超過3000mm［2］。補(bǔ)板為寬300mm、兩端半徑為150mm的長(zhǎng)條狀，以利于焊接時(shí)應(yīng)力均勻分布，減小應(yīng)力集中。 焊 接 1.接頭及坡口形式的選擇
圖2 焊接接頭及坡口形式 2.焊前準(zhǔn)備 表2 焊接工藝參數(shù) |
| 焊條直徑 (mm) |
焊接電流 (A) |
焊接電壓 (V) |
焊接速度 (cm/min) |
線能量 (kJ/cm) |
| 3.2 | 120～140 | 22～24 | 6～10 | 20.2～26.4 |
| 4.0 | 140～180 | 26～28 | 8～12 | 25.2～27.3 |
| 4.手工電弧焊焊接工藝及要求 手工電弧焊采用直流反接。 組對(duì)點(diǎn)焊時(shí)，嚴(yán)格控制坡口間隙為1.5～2mm。若個(gè)別部位間隙超標(biāo)，可采取坡口表面堆焊方法減小組對(duì)間隙，從而防止由于焊接應(yīng)力作用使根部產(chǎn)生裂紋的傾向。 焊接時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，在器壁外側(cè)打底焊后，從內(nèi)側(cè)清根，焊滿內(nèi)側(cè)后再焊外側(cè)至母材表面平齊。焊接過程中，層間必須用砂輪修磨，以防夾渣。若挖補(bǔ)板條較長(zhǎng)，焊接時(shí)應(yīng)由兩名焊工對(duì)稱施焊，以減小焊接變形。 另外，采取窄直焊道不作橫向擺動(dòng)，焊條與工件的夾角*保持在70°左右。同時(shí)，應(yīng)用退火焊道法，以降低焊后殘余應(yīng)力。 5.焊后檢驗(yàn) 焊縫無損探傷執(zhí)行JB4730—94標(biāo)準(zhǔn)。本次再生器裂紋修復(fù)共挖補(bǔ)22塊板條，焊縫總長(zhǎng)84.6m。經(jīng)檢查所有焊縫外觀成形和焊縫兩側(cè)均熔合良好；焊縫外的引弧傷疤、飛濺物均用砂輪修磨除掉；焊縫表面、根部進(jìn)行著色檢查無裂紋；焊縫進(jìn)行*超聲波探傷，符合JB4730—94標(biāo)準(zhǔn)的要求，Ⅰ級(jí)合格。 振動(dòng)時(shí)效消除焊后殘余應(yīng)力 從控制應(yīng)力腐蝕開裂的要求出發(fā)，焊后焊縫必須進(jìn)行消除應(yīng)力處理。但由于再生器設(shè)備重，體積大，修復(fù)處直徑為5200mm，壁厚為24mm，焊縫熱處理量大，焊后如果進(jìn)行常規(guī)熱處理，即采取纏電熱帶方法消除殘余應(yīng)力，很難在有限工期內(nèi)完成任務(wù)。為此，采用振動(dòng)時(shí)效工藝消除焊后殘余應(yīng)力，這種方法工序安排靈活，操作簡(jiǎn)單。 結(jié) 論 (1)控制組對(duì)間隙，選擇正確的焊前預(yù)熱溫度，焊接過程中嚴(yán)格按工藝參數(shù)及技術(shù)規(guī)范施工，是再生器裂紋修復(fù)獲得成功的關(guān)鍵。 作者簡(jiǎn)介：張勇,助理工程師,生于1972年1996年畢業(yè)于沈陽(yáng)工業(yè)*金屬材料工程系焊接專業(yè),現(xiàn)從事煉油裝置改造和制造方面的焊接方案及工藝的編制工作.地址:(163711)黑龍江省大慶市.電話:(0459)6758897. 作者單位:大慶石油化工總廠機(jī)械廠 參考文獻(xiàn) [1] 沈?qū)W明.丙烯分餾塔管口改造的焊接及熱處理.焊接，1998(5)：19～21 |
