加氫裂化裝置高壓換熱器管口與相連管道異種鋼焊接

陳寶運(yùn)（陜西化建工程有限責(zé)任公司，陜西 咸陽(yáng)712000）

1 工程概況

某化工有限公司180萬(wàn)噸/年加氫裂化裝置以減壓蠟油、洗油、蒽油為原料，采用兩段兩劑工藝、全循環(huán)操作、多產(chǎn)石腦油的加工方案。裝置共有13 臺(tái)高壓換熱器，設(shè)計(jì)溫度210～450℃，設(shè)計(jì)壓力14.5～20.8MPa。高壓換熱器設(shè)備口與相連管道設(shè)計(jì)采用焊接連接方式，設(shè)備管口材質(zhì)主要有12Cr2Mo1Ⅲ+堆焊Inconel625、12Cr2Mo1Ⅳ+堆焊Inconel625、15CrMoⅢ+堆焊Inconel625、16Mn(R-HIC)Ⅲ，與其連接的管道材質(zhì)主要有TP347、A106、A335 P11，以上異種鋼材料焊接為公司首次焊接。

2 焊接工藝的選擇

2.1 機(jī)械與材料的確定

經(jīng)與設(shè)備廠家確認(rèn)及現(xiàn)場(chǎng)光譜分析，除1臺(tái)高壓換熱器的4 個(gè)設(shè)備口沒(méi)有堆焊Inconel625 外，其余換熱器設(shè)備管口均進(jìn)行了堆焊，考慮到8mm堆焊層厚度，本次設(shè)備管口與相連工藝管道焊接的工藝重點(diǎn)問(wèn)題就是堆焊層材質(zhì)與相連管道材質(zhì)的焊接，但為了保證工藝評(píng)定過(guò)程中材料性質(zhì)與原始設(shè)備管口盡可能相同，本次評(píng)定用試件采用鍛件管材+堆焊Inconel625 的試件。

2.2 坡口設(shè)計(jì)

其中一側(cè)的制作由制造廠家負(fù)責(zé)，而另一側(cè)的制作需要通過(guò)氧乙炔（現(xiàn)場(chǎng)）的切割。

2.3 預(yù)熱方式

選擇繩式電加熱器進(jìn)行管道的預(yù)熱工作時(shí)，不僅要保證加熱寬度超過(guò)200mm，還要讓加熱寬度與保溫范圍分別超過(guò)200mm 與400mm；確保預(yù)熱溫度處于100～150℃，在維持標(biāo)準(zhǔn)溫度30min 后才能著手施焊。除此之外，工作人員在預(yù)熱的過(guò)程中還要注意。設(shè)備一側(cè)口無(wú)需進(jìn)行預(yù)熱工作。

表1是管道擬定的焊接工藝參數(shù)。15 L/min的氬氣流量鎢極氬弧焊，其背面保護(hù)氬氣流量是20 L/min。

表1 管道的焊接工藝參數(shù)

3 注意事項(xiàng)

為保證堆焊層與相連管道材質(zhì)的熔敷金屬性能能夠達(dá)到評(píng)定試驗(yàn)要求，堆焊層與相連管道焊絲選用ERNiCrMo-3，該焊絲用于異材焊接和材料表面的耐腐蝕堆焊。高溫和超低溫機(jī)械性能優(yōu)異，在寬泛的氧化和還原媒質(zhì)中耐強(qiáng)腐蝕，耐應(yīng)力腐蝕裂紋，點(diǎn)蝕和隙蝕。熔敷金屬成分如下（%）。

C 0.03 P 0.01 Si 0.05 S 0.001 Mn 0.05 Ti 0.22 Cr 22.4 Cu 0.1 Ni 64.2 Cb+Ta 3.55 Fe 0.2 Mo 9

焊絲使用前徹底清除油污、鐵銹、水份等表面雜質(zhì)。打底時(shí)使用純度在99.99%以上的氬氣進(jìn)行背部保護(hù)，氣體流量控制在10～15 L/min。施焊時(shí)必須有適當(dāng)?shù)姆里L(fēng)設(shè)施，否則保護(hù)氣體易受風(fēng)的影響而致氣體保護(hù)不良。使焊道劣化而發(fā)生氣孔。

在焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制打底層間厚度及電流是打底層熔敷金屬保證性能的關(guān)鍵，層間厚度控制在3mm，打底電流控制在115～125A 性能最佳。層間溫度的控制也是堆焊層和管道材料焊接過(guò)程中控制的重點(diǎn)，層間溫度不能超過(guò)150℃，在焊接過(guò)程中安排專人使用紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行監(jiān)控，一旦超出范圍，立即停止焊接采取降溫措施。

其中堆焊層與A335-P11焊接過(guò)程中對(duì)焊接人員操作要求高（焊接手法），每層厚度控制在2.5mm，電流控制在81A,焊后進(jìn)行700～760℃的熱處理；堆焊層與TP347、A106 材質(zhì)焊接過(guò)程中每層厚度控制在3mm，電流控制在90A，打底2～3 層后進(jìn)行一次RT檢測(cè)，合格后進(jìn)行填充作業(yè)。

打底以3 層厚度為宜，打底完成后進(jìn)行RT 檢查，合格后進(jìn)行填充作業(yè)。填充焊條使用ENiCrMo-3，填充電流控制在80～90A，溫度的控制同樣是保證熔敷金屬性能合格的關(guān)鍵點(diǎn)，嚴(yán)格控制在3mm 以內(nèi)，其中堆焊層與A335-P11 焊接過(guò)程中層間厚度保證在2.5mm為宜，如：23mm厚度的管道從打底到填充完成以9層為宜。

4 工程的焊接措施

P11 耐熱鋼不具備相應(yīng)的焊接性，很容易出現(xiàn)冷裂傾向。由于鎳合金的獨(dú)特性質(zhì)，因此工作重點(diǎn)應(yīng)該放在熱裂紋的防治工作。

4.1 管口的組對(duì)工作

盡量降低強(qiáng)行組對(duì)的概率，盡可能地降低組對(duì)應(yīng)力；如果出現(xiàn)組對(duì)應(yīng)力過(guò)高的情況，最好在管道側(cè)開展局部回火工作，并將回火溫度保持在710℃左右。將保溫時(shí)間設(shè)定在2h，能夠進(jìn)一步地減少組對(duì)應(yīng)力。

定位焊應(yīng)采取過(guò)橋式氬弧焊的方式，定位焊的縫長(zhǎng)與厚度分別控制在20～30mm、3～5mm，保證數(shù)目超過(guò)8 處，且能夠延管口均布。與此同時(shí)，在正式焊接的過(guò)程中一定要打磨定位焊縫。開展管口側(cè)的局部預(yù)熱工作時(shí)，要將預(yù)熱范圍控制在超過(guò)定位焊縫處周邊約100mm處。

4.2 焊縫擴(kuò)散氫含量的控制以及背面的保護(hù)

在正式使用焊條之前，要進(jìn)行相應(yīng)的烘焙工作。存放溫度一定要維持在100～120℃，并及時(shí)開展坡口兩側(cè)的清理工作。

管口內(nèi)貼可溶紙充氬保護(hù)方法的使用，要讓焊口與可溶貼紙之間的距離維持在100～150mm 的范圍內(nèi)，最少不得低于兩側(cè)。利用充氬進(jìn)行空氣的置換時(shí)，將流量控制在50 L/min左右，且超過(guò)2h。

4.3 其他工藝措施

第一，采用氬弧焊打底時(shí)，最好不要使用斷?。粩嗷∫蠛蠼宇^的打磨長(zhǎng)度為斷弧處的3～5mm。第二，通過(guò)小擺動(dòng)多層多道焊的方式能夠進(jìn)一步度降低熔入的母材，且將焊接接頭打磨干凈。第三，由于故障導(dǎo)致的焊接中斷，一定要在重新施焊前開展作色檢驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

加氫裂化裝置高壓換熱器管口與相連管道異種鋼焊接重點(diǎn)為堆焊層與相焊管道材料的焊接工藝控制，在焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制層間厚度、電流、層間溫度是保證合格熔敷金屬的關(guān)鍵控制點(diǎn)，其中堆焊層與A335-P11 材質(zhì)的焊接對(duì)層間厚度及電流的控制尤為苛刻，且要進(jìn)行焊后熱處理，方可保證焊接質(zhì)量。