催化裝置油漿蒸汽發(fā)生器管板的修復

卞衛(wèi)國，林桂賢，李永紅，張建曉

（蘭州蘭石重型裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730050）

0 前言

催化裝置用油漿蒸汽發(fā)生器，換熱管材質(zhì)為0Cr18Ni9，規(guī)格 φ25 mm×2.5 mm、φ25 mm×2 mm；管板材質(zhì)為15CrMoⅣ+(309L+308L)堆焊層，管板厚度δ=336 mm，結(jié)構簡圖如圖1所示。檢修時發(fā)現(xiàn)換熱管出現(xiàn)泄漏（見圖2），管板局部有裂紋（見圖3），為了保證漿蒸汽發(fā)生器的安全使用，煉油廠委托蘭州蘭石重型裝備股份有限公司對該臺設備進行修復，使其投入正常使用，根據(jù)在役壓力容器修復原則和設備實際狀況，對該設備進行了修復。

由于換熱管與管板材質(zhì)均為奧氏體不銹鋼，焊接時易產(chǎn)生熱裂紋，為確定合理的修復方案，對奧氏體不銹鋼的焊接特點做了進一步分析。

圖1 油漿蒸汽發(fā)生器結(jié)構簡

1 奧氏體不銹鋼的焊接特點

（1）焊接熱裂紋。奧氏體不銹鋼熱傳導率小，線膨脹系數(shù)大，焊接過程中，焊接接頭部位在高溫停留時間較長，焊縫易形成粗大的柱狀晶組織，凝固結(jié)晶時，若硫、磷、錫、銻、鈮等雜質(zhì)元素含量較高，就會在晶間形成低熔點共晶，當焊接接頭承受較高的拉應力時，導致在焊縫中形成凝固裂紋、熱影響區(qū)形成液化裂紋，都屬于焊接熱裂紋。

圖2 換熱管頭開裂

圖3 管板局部開裂

（2）焊接變形與收縮。奧氏體型不銹鋼的電阻是碳鋼的5倍，在同樣的焊接電流、電弧電壓條件下的熱輸入要多；熱導率低，約為碳鋼的1/3，導致熱量傳遞速度緩慢，熱變形增大；線膨脹系數(shù)比碳鋼大約40%，易引起加熱時熱膨脹量和冷卻時收縮量的增加，焊后的變形量顯得更加突出。

2 奧氏體不銹鋼焊接要點

（1）為避免焊接時產(chǎn)生較大的變形和焊接應力，應選用焊接能量集中的焊接方法。

（2）應嚴格控制焊接熱輸入量，防止焊縫晶粒嚴重長大與焊接熱裂紋的發(fā)生。

（3）為提高焊縫的抗熱裂性能和耐蝕性能，應保證焊接區(qū)的清潔，避免有害元素滲入焊縫。

（4）奧氏體不銹鋼焊接時不需要預熱。為了防止焊縫和熱影響區(qū)的晶粒長大和碳化物的析出，保證焊接接頭的塑、韌性和耐蝕姓，層間溫度一般不超過100℃。

3 油漿蒸汽發(fā)生器換熱管、管板的修復方案的制定

結(jié)合奧氏體不銹鋼焊接的特點、現(xiàn)場施工條件和缺陷的情況，決定采用手工鎢極氬弧焊對管板進行修復，具體修復方案如下：

缺陷位置確定→裂紋清除→表面探傷確認→管板修整→管板消氫預熱→焊接→焊后保溫消氫→焊縫區(qū)打磨修復→無損檢測→水壓試驗→各項記錄整理歸檔。

（1）缺陷位置確認。對整個管板及周圍區(qū)域進行MT和PT檢查，并對相應區(qū)域進行硬度檢測，確認泄漏的換熱管、管板裂紋缺陷位置并標識清楚。

（2）裂紋清除。對管板上的裂紋，采用磨削的方法去除。

（3）在清理過程中要注意以下問題。在所有的磨削工作完成后，磨削后的管板表面須用MT徹底檢查，確認裂紋全部消除后方可進行下一步工作。

（4）管板的修整。管橋處的裂紋在磨削時將管橋處磨削成U型。

（5）管板清理。施焊前打磨清理管板上的鐵銹及污物。

（6）管板消氫。由于該設備已經(jīng)使用，所以將缺陷消除后，需將管板用電加熱片加熱至300℃并保溫1 h，進行消氫處理，以確保本次返修一次合格。

（7）焊接。

a.焊接工藝評定：修復時應具備手工鎢極氬弧焊對接、管板角接工藝評定各一項。b.焊接方法：手工鎢極氬弧焊；c.電源及極性：直流正接；d.焊接位置：水平固定；e.焊工資格：持有相應資格的熟練焊接操作人員擔任；f.焊接材料：ER308L焊絲，規(guī)格φ2.0 mm；g.焊接參數(shù)：焊接電流 110～130 A，焊接電壓13～15 V，焊接速度大于90 mm/min；h.層間溫度控制在15～100℃。

（8）焊縫區(qū)打磨修復。焊縫區(qū)應與管孔及管板過渡良好。

（9）無損檢測。對返修處進行PT檢查合格。

（10）水壓試驗。

（11）整理各項記錄存檔。

4 產(chǎn)品修復

依據(jù)管板焊接修復方案，對奧氏體不銹鋼手工鎢極氬弧焊對接、管板角接兩項焊接工藝進行評定，檢測結(jié)果均滿足要求，所選用的焊接工藝以及焊接材料正確合理；模擬實際工況，對焊接操作人員進行了培訓考核；對打磨、無損檢測和熱處理操作人員也進行了修復前的講解。按修復工藝對管板打磨、修整、焊接、無損檢測（見圖4），水壓試驗一次合格。該設備修復后，投入使用已一年多，運行狀態(tài)良好。

圖4 對修復部位進行最終檢測

5 結(jié)論

結(jié)合奧氏體不銹鋼的焊接特點、現(xiàn)場施工條件和缺陷的情況，制定了管板修復方案，采用手工鎢極氬弧焊對管板進行了修復，實踐證明，所制定的管板修復方案可靠，選用的焊接方法、焊接材料、焊接工藝規(guī)范正確合理。

[1]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊2——材料的焊接 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]林桂賢，逯來俊，楊 帆等.甲醇裝置用廢熱鍋爐管板的修復[J].電焊機，2011，41（12）：65-68.

[3]易國英.臨氫高壓換熱器用Ω環(huán)的焊接[J].電焊機，2011，41（9）：50-52.