氮?dú)馇蚬藓缚p超標(biāo)缺陷修復(fù)技術(shù)

商 良

(中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司，四川 宣漢 636156)

以某天然氣凈化廠空分空壓站氮?dú)馇蚬逓檠芯繉?duì)象，開展球罐焊縫裂紋、埋藏缺陷現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)研究。通過(guò)對(duì)氮?dú)馇蚬藓缚p、埋藏缺陷的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，確保了設(shè)備安全運(yùn)行。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

空分空壓裝置氮?dú)馇蚬逓殛P(guān)鍵設(shè)備。儲(chǔ)存在球罐內(nèi)的氮?dú)饪稍谌珡S氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力不足時(shí)經(jīng)減壓后向總管中補(bǔ)充缺量，用于事故發(fā)生時(shí)緊急之需。設(shè)備規(guī)格400m3，φ9200mm，Ⅲ類壓力容器，設(shè)計(jì)壓力3.85MPa，運(yùn)行壓力3.4MPa，殼體材質(zhì)為15MnNbR，厚度54mm。

2 設(shè)備檢驗(yàn)情況

2018 年10 月對(duì)該罐進(jìn)行開罐定期檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在表面裂紋和及埋藏超標(biāo)缺陷，主要缺陷如下：

外表面裂紋15 處，其中10 處裂紋長(zhǎng)度約在3～4mm，另5 處長(zhǎng)度大于5mm；內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)焊縫（含熔合線）裂紋4 處（已打磨消除），發(fā)現(xiàn)母材裂紋65 處，已打磨消除6 處，剩余59 處。上、下大環(huán)發(fā)現(xiàn)10 處埋藏超標(biāo)缺陷需要修復(fù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)維修技術(shù)

3.1 確定埋藏缺陷維修方向

缺陷埋藏深度小于1/2 壁厚的從外側(cè)返修；缺陷埋藏深度大于或等于1/2 壁厚的從內(nèi)側(cè)返修。

3.2 缺陷維修主要工序流程

1）返修流程

UT、TOFD 檢測(cè)定位→球罐內(nèi)側(cè)缺陷清除（碳弧氣刨、打磨）→PT 滲透檢測(cè)或磁粉檢測(cè)（直至缺陷消除）→預(yù)熱→焊接→后熱消氫→MT、UT、TOFD 檢測(cè)→整體熱處理。

2）內(nèi)外部缺陷全部熱處理完畢后進(jìn)行MT、UT、TOFD 檢測(cè)→水壓實(shí)驗(yàn)→MT、UT、TOFD 檢測(cè)。

3.3 缺陷清除

1）用UT、TOFD 檢測(cè)法對(duì)缺陷部位進(jìn)行定位并標(biāo)識(shí)。

2）焊縫表面缺陷用角磨機(jī)進(jìn)行修磨，直至消除缺陷。

3）缺陷較大或較長(zhǎng)的缺陷的焊縫，可進(jìn)行碳弧氣刨消除后再用角磨機(jī)清除滲碳層打磨成圓滑過(guò)渡。

4）缺陷清理完畢后,對(duì)缺陷部位進(jìn)行100%滲透檢測(cè)或100%磁粉檢測(cè)（合格級(jí)別為Ⅰ級(jí)），確認(rèn)缺陷消除。

3.4 焊接施工

3.4.1 焊材的選用

焊條選用J557RH，焊條必須有質(zhì)量證明書，各項(xiàng)指標(biāo)符合NB/T 47018 規(guī)定。

3.4.2 焊材管理

1）擴(kuò)散氫含量復(fù)驗(yàn)：

焊條（J557RH）應(yīng)有擴(kuò)散氫含量復(fù)驗(yàn)報(bào)告[1]。焊條的擴(kuò)散氫含量應(yīng)小于3.0ml/100g（甘油法測(cè)定），否則禁止用于球罐焊接。

2）焊材庫(kù)房保證空氣相對(duì)濕度應(yīng)在60%以下。

3）不允許用藥皮碰掉、弄臟或變質(zhì)的焊條。應(yīng)特別注意勿使電焊條受潮，必須使用充分干燥的焊條。

5）焊條烘干：烘干溫度為350℃，烘干時(shí)間為1～2h，烘干次數(shù)不可超過(guò)2 次。焊條烘干后置于100℃～150℃恒溫箱內(nèi)。焊條烘干人員應(yīng)對(duì)所烘干焊條批號(hào)、時(shí)間、數(shù)量、規(guī)格進(jìn)行完整記錄。

3.4.3 預(yù)熱、焊接及后熱處理

1）焊前預(yù)熱

焊接前必須進(jìn)行預(yù)熱，以維修處為中心，采用天然氣加熱法，在半徑為200mm 的范圍內(nèi)預(yù)熱，預(yù)熱溫度為≥200℃，預(yù)熱要求受熱均勻。

2）焊接

焊接時(shí)要嚴(yán)格控制線能量，應(yīng)控制在18～25kJ/cm 范圍內(nèi)；在施焊過(guò)程中應(yīng)采用窄焊道多層焊，每一層焊道厚度不超過(guò)4.0mm。

焊接時(shí)嚴(yán)格按照焊接工藝卡執(zhí)行，連續(xù)施焊，不得中間停焊。如因特殊原因中斷，應(yīng)采取有效措施防止裂紋產(chǎn)生。再次施焊前應(yīng)經(jīng)MT 或PT 確認(rèn)無(wú)裂紋，方可繼續(xù)施焊。焊接引弧必須在坡口內(nèi)進(jìn)行，不準(zhǔn)在球殼表面打火或引弧；注意收弧填滿弧坑，防止弧坑裂紋，并在弧坑未冷卻時(shí)再次起弧。

必須采取有效措施搭設(shè)防風(fēng)棚。

缺陷的清除深度應(yīng)在鋼板厚度2/3 以內(nèi)，如缺陷深度超過(guò)2/3，在該狀態(tài)下進(jìn)行焊接，然后在其背面再次清除缺陷。

3）后熱消氫處理

焊接結(jié)束后應(yīng)立即進(jìn)行后熱消氫處理，后熱溫度為250～300℃，后熱時(shí)間0.5h～1h，加熱范圍與溫度測(cè)量等同預(yù)熱規(guī)定一致[2]。

3.4.7 焊后檢查

1）焊縫和熱影響區(qū)表面不得有裂紋；

2）焊縫表面不得有咬邊、氣孔、夾渣、弧坑等缺陷，不得有熔渣飛濺物；

3）焊縫余高符合上述規(guī)定。

3.5 MT、UT、TOFD 探傷檢測(cè)

1）焊接完成后打磨焊縫與母材平齊，保證周邊圓滑過(guò)渡，并滿足探傷要求。經(jīng)外觀檢查合格后，按NB/T47013.4-2015 質(zhì)量要求對(duì)焊縫進(jìn)行100%UT、100%MT 檢測(cè)，I 級(jí)合格。

2）無(wú)損檢測(cè)合格后，方可進(jìn)行下一道工序的施工。

3.6 整體熱處理

采用內(nèi)燃法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整體熱處理。

3.6.1 升降溫步驟

1）熱處理溫度為580±20℃，恒溫130min，400℃以下時(shí)自由升溫；

2）400℃以上時(shí)，將按50～80℃∕h 升溫，加熱區(qū)域控制溫差在120℃以內(nèi)；

3）其球殼板厚度為54mm，恒溫時(shí)間為130min，外表面加保溫面已達(dá)到施工要求；

4）在升溫和恒溫做完后，開始降溫過(guò)程，400℃～580℃之間降溫速度按照30～50℃∕h。

5）400℃以下可任其自然冷卻。

3.6.2 測(cè)溫點(diǎn)布置

在球罐上共設(shè)測(cè)溫點(diǎn)16 個(gè)，赤道帶設(shè)6 個(gè)，上極板共3 個(gè)，下極板共3 個(gè)，距上下人孔與球殼板環(huán)焊縫邊緣200mm 范圍內(nèi)應(yīng)各設(shè)一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)共2 個(gè)，修復(fù)上下大環(huán)縫各1 個(gè)。

3.6.3 溫度監(jiān)測(cè)

當(dāng)熱處理溫度升至400℃，在規(guī)定的熱處理溫度期間內(nèi)記錄各測(cè)溫點(diǎn)指針讀數(shù)，并作好文字記錄。

3.6.4 柱腿移動(dòng)措施

熱處理前將球罐拉桿及地腳螺栓全部松開，以保證熱處理過(guò)程中的位移。每個(gè)柱腿設(shè)置使柱腳移動(dòng)的工裝，并配合球罐溫度升降。隨時(shí)移動(dòng)柱腳，使柱腳保持垂直，并對(duì)每個(gè)柱腿設(shè)置垂直度測(cè)量點(diǎn)（徑向、環(huán)向）。柱腿移動(dòng)前在基礎(chǔ)板上做出移動(dòng)量刻度，每升溫100℃進(jìn)行一次柱腿移動(dòng)。見表1。

表1 400m3 球罐柱腿移動(dòng)量

3.6.5 熱處理記錄

做好熱處理期間的各項(xiàng)數(shù)據(jù)記錄，并對(duì)熱處理工藝做出綜合評(píng)定。

3.7 水壓試驗(yàn)后無(wú)損檢測(cè)

按NB/T47013.4-2015 質(zhì)量要求對(duì)焊縫進(jìn)行100%MT 檢測(cè)，I 級(jí)合格；按NB/T47013.3-2015質(zhì)量要求對(duì)焊縫進(jìn)行100%UT 檢測(cè)，I 級(jí)合格。

3.8 水壓試驗(yàn)

3.8.1 水壓試驗(yàn)條件確認(rèn)

1）維修工作全部完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格；

2）熱處理工作完成并經(jīng)檢查合格；

3）支柱已找正固定，梯子平臺(tái)和地面連接螺栓已松開，球罐內(nèi)部清掃干凈。

3.8.2 基礎(chǔ)沉降觀測(cè)及注意事項(xiàng)

1）球罐充水前應(yīng)在每個(gè)支柱或基礎(chǔ)上定出沉降觀測(cè)點(diǎn)，劃出明顯標(biāo)記，并在不受球罐基礎(chǔ)沉降影響的永久性建筑物上測(cè)量一個(gè)基準(zhǔn)線，并劃好標(biāo)記，檢查工具用水平儀、塔尺（加鋼板尺），按支柱順序作測(cè)量記錄，沉降觀測(cè)按下列階段逐項(xiàng)進(jìn)行：

充水前，定出基準(zhǔn)點(diǎn)；

充水到1/3 球殼內(nèi)徑時(shí)；

充水到2/3 球殼內(nèi)徑時(shí)；

充滿水時(shí)；

放水后。

2）計(jì)算測(cè)定沉降值，各支柱應(yīng)按規(guī)定焊有永久性的水平測(cè)定板與基準(zhǔn)線的差值即為沉降量，每個(gè)支柱基礎(chǔ)都應(yīng)測(cè)定沉降量。按要求支柱基礎(chǔ)沉降應(yīng)均勻，放水后，相鄰支柱基礎(chǔ)沉降差不大于2mm。

4 結(jié)語(yǔ)

天然氣凈化廠應(yīng)用該現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)，順利完成了氮?dú)馇蚬奕毕菪迯?fù)工作，經(jīng)檢測(cè)和試壓后合格，設(shè)備投運(yùn)后運(yùn)行良好。高含硫氣田氮?dú)馇蚬藓缚p超標(biāo)缺陷修復(fù)技術(shù)，對(duì)國(guó)內(nèi)同類裝置氮?dú)馇蚬奕毕菪迯?fù)提供了經(jīng)驗(yàn)。