104—D高温变换炉底部接管焊缝缺陷分析及修复

摘 要：本文主要阐述了宁夏石化公司化肥二厂合成氨装置厂控设备104-D高温变换炉底部接管环焊缝贯穿性裂纹的焊接修复工艺，在对裂纹成因进行详细分析的基础上，制定了科学可行的焊接修复方案，彻底解决了设备隐患，确保了装置的长周期生产运行。

关键词：高温变换炉；贯穿性裂纹；消氢；预堆焊；热处理

1 设备概况

中国石油宁夏石化公司化肥二厂合成安装装置高温变换炉（设备位号104-D）属于从国外进口的二手设备，于1964年1月制造，1999年6月在国内投入使用，其技术参数如下表1：

2 缺陷分析

2006年4月工艺车间岗位人员在设备例行巡检中发现该设备声音异常，经仔细检查后发现在设备下部盲接管焊缝上有环向裂纹，紧急停车后初步确认共有300mm长的贯穿裂纹。

鉴于该设备已使用年限较长，且属于二手设备，其接管与筒体连接焊缝质量优差无检测记录，结合设备使用等综合情况，初步分析该设备接管与筒体连接焊缝处产生贯穿性裂纹的原因如下：一是原有焊缝焊接质量差，可能在制造过程中就有微小裂纹源产生，随着设备使用时间的增长，裂纹扩展，最终形成贯穿性裂纹；二是由于设备内介质属于二段转化气，氢含量较高，在焊缝中存在缺陷时，氢含量就在此富集，待形成一定浓度时就会加剧焊缝中裂纹的扩展；三是从焊缝外部观察此焊缝属于现场焊接（可能以前在现场进行过焊缝返修，由于现场施工条件较差，焊缝成型较差）。由于此处结构特殊，焊后热处理加热片如贴合不好，易导致热处理消除焊接应力效果差。

3 焊缝修复

根据设备实际工艺工况条件，决定将接管与筒体连接焊缝清除，预堆后进行焊接。其工艺如下：

3.1 焊缝处消氢

为了防止在去除按管时焊缝已形成的裂纹扩展，将焊缝部位及其周边200mm处进行350℃×4h消氢处理。

3.2 接管的去除

采用碳弧气刨或火焰气割的方法将角焊缝焊肉全部清除干净，取出接管。

3.3 筒体坡口制备

先用火焰气割切割出坡口（坡口形式见图1），用砂轮将切割部位及周边50mm范围打磨至露出金属光泽，PT检查，确认坡口处无缺陷。

3.4 筒体破口预处理

①预堆：采用电加热或氧乙炔火焰加热方式将筒体坡口周边处及150mm范围内进行加热至≥150℃时，采用手工钨极氩弧焊或焊条电弧焊堆焊，堆焊材料：焊条Ni182Ф3.2和Ф4.0，焊丝Ni182Ф2.0。堆焊厚度>5mm，堆焊工艺见焊接中堆焊工艺部分，坡口堆焊后尺寸见图3。

②接管焊缝去除及加工：接管从筒体上取出后，将接管上存在的焊肉机加工去除，并经MT（或PT）及UT检测合格后进行预堆，堆焊工艺同筒体坡口预堆焊工艺；然后将加工预堆好的接管根据筒体处实际坡口的形状进行坡口对应制备。

3.5 预堆焊工艺

3.5.1 预热

将堆焊部位及周边150mm范围内加热至≥150℃。

3.5.2 焊接

① 焊接方法：焊条电弧焊或手工钨极氩弧焊。

② 焊接材料：焊条Ni182Ф3.2和Ф4.0，焊丝Ni182Ф2.0。

③ 焊条烘干：烘干规范—250℃，保温1.5小时。

④ 电源及极性：焊条电弧焊直流反接，手工钨极氩弧焊直流正接。

⑤ 焊接位置：筒体横焊、立焊；接管平焊。

⑥ 焊工资格：焊工应按《锅炉压力容器焊工考试规则》考试合格，以省级劳动厅锅炉压力容器安全监察机构签发的焊工合格证为准。

⑦堆焊焊接工艺：焊接参数参考表2和表3；层间温度控制在150℃～250℃；焊后立即将焊接部位及周边150mm范围，加热至350℃，保温2～2.5小时，用石棉保温缓冷，直至自然温度，并对焊缝表面进行100%PT。

3.6 堆焊层的热处理

3.6.1 加热工艺

①400℃以上开始计温。

②加热速度： ≤ 70℃/小时。

③保温温度：600±14℃。

④保温时间：2 小时。

⑤冷却速度：≤ 70℃/小时，400℃以下关机自然冷却。

3.6.2在离焊缝堆焊层50mm处对称固定内外各2支热电偶以测控温度。

3.6.3靠近加热部位的壳体应采取保温措施，避免产生较大的温度梯度。

3.6.4加热部位用耐火纤维针刺毯包裹3～4层，保温宽度大于1500mm。

3.7 堆焊层检测

堆焊部位热处理后，对堆焊层焊缝表面进行100%PT。

3.8接管焊接

3.8.1 组装

将接管与筒体进行组装，并保证组装尺寸。

3.8.2 焊接工艺

①焊接方法手工钨极氩弧焊打底2～3层（第1遍打底时应确保背面氩气保护效果），焊条电弧焊盖面，亦可全部采用焊条电弧焊，第1遍单面焊双面成型。

②焊接材料：焊条Ni182Ф3.2和Ф4.0，焊丝Ni182Ф2.0。

③焊条烘干：烘干规范—250℃，保温1.5小时。

④电源及极性：焊条电弧焊直流反接，手工钨极氩弧焊直流正接。

⑤焊接位置：横焊、立焊。

⑥焊工资格：焊工应按《锅炉压力容器压力管道焊工考试规则》考试合格，以省级质量技术监督局特种设备安全监察机构签发的焊工合格证为准。

⑦焊接工艺评定：立焊一项。

⑧焊接工艺：焊接参数参考表4和表5；焊接层间温度≤150℃；每层层间检测；焊缝每层焊后最好采用5倍放大镜进行检查，如有缺陷，应将缺陷消除后方可进行下层焊接。

3.9 焊缝热处理

热处理工艺参考3.6

3.10 无损检测

待焊接部位冷却至环境温度后，对焊缝外表面进行100% PT。

3.11 硬度测定

焊接接头无损检测后，对其焊缝及热影响区进行硬度测定。

4 修復报告

修复后由施工单位负责提供《焊材原始材质证明报告》；《施焊记录报告》；《热处理报告》；《无损检测报告》；《硬度测定报告》《压力试验报告》。

5 结语

按照本文所述修复方案实施后，彻底消除了高温变换炉底部接管裂纹缺陷，确保了装置的长周期运行，说明此修复方案切实可行。

参考文献：

[1]金向红.带极堆焊在化工设备制造中的应用[J].化工设备与防腐蚀，1998（04）.

[2]王永亮.中国机械工程学会焊接学会编.《焊接手册》第二册《材料的焊接》[M].北京：机械工业出版社.2001.

[3]刘梦雨.钢制压力容器焊接工艺评定[M].昆明：云南科技出版社.2000.

推荐访问:焊缝 接管 变换 高温 修复

---