施工現(xiàn)場Alloy X耐腐蝕焊接工藝研究

鄒玉清張 樹/.吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)學(xué)院 .中國石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司 吉林機(jī)械制造分公司

施工現(xiàn)場Alloy X耐腐蝕焊接工藝研究

鄒玉清1張 樹2/1.吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)學(xué)院 2.中國石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司 吉林機(jī)械制造分公司

依據(jù)施工現(xiàn)場對質(zhì)量和進(jìn)度的雙重需求，通過正交實(shí)驗(yàn)法，確定了一種既能滿足母材耐腐蝕性能要求，又可一定程度提高施工效率的Alloy X焊接工藝。

Alloy X；正交試驗(yàn)法；焊接工藝

環(huán)境保護(hù)是21世紀(jì)人類面臨的重大問題之一，為實(shí)現(xiàn)“十二五”規(guī)劃的污染減排目標(biāo)，同時為保護(hù)環(huán)境，防治污染，促進(jìn)石油煉制工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展，我國于2014年出臺了《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，建立了更加嚴(yán)格的氮氧化物和二氧化硫控制標(biāo)準(zhǔn)體系，新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，絕大多數(shù)煉油廠催化裂化裝置的煙氣排放將不達(dá)標(biāo)，這就需要增建煙氣脫硫設(shè)施以降低煙氣中SO2、NOX、煙塵的含量，滿足新的國家排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

煙氣吸收塔中煙氣入口處設(shè)計溫度通常≥400℃，加上含有硫、氮等腐蝕性氣體，使之煙氣入口處工況復(fù)雜、運(yùn)行條件苛刻。為保證設(shè)備整體使用壽命及穩(wěn)定性，煙氣入口常選用鎳基合金如Alloy X，以滿足高溫抗氧化和耐腐蝕性能要求。

1.Alloy X腐蝕工況

催化裂化裝置中產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓饕煞譃镾O2、NOX(NO和NO2)，在進(jìn)入洗滌塔時，以及進(jìn)入洗滌塔后被急冷水噴頭噴出的霧化水降溫過程中均會與O2和H2O形成腐蝕性酸霧[1]，相關(guān)化學(xué)反應(yīng)如下：

SO2+O2→SO3

SO3+H2O→H2SO4

NO+O2→NO2

NO2+H2O→HNO3

煙氣洗滌塔進(jìn)口處煙氣條件見表1：

表1 煙氣洗滌塔進(jìn)口處煙氣條件Table 1 The inlet flue gas condition of flue gas washing tower

為縮短實(shí)驗(yàn)時間，本文模擬煙氣入口處腐蝕環(huán)境，通過將分析純試劑與蒸餾水混合，配置1％硫酸溶液（質(zhì)量百分濃度）進(jìn)行加速腐蝕實(shí)驗(yàn)。

2.試驗(yàn)方法

失重法是一種簡單而直接的腐蝕測量方法，適用于全面腐蝕，它要求在腐蝕實(shí)驗(yàn)后全部清除腐蝕產(chǎn)物再進(jìn)行終態(tài)稱量，直接表示了由于腐蝕而損失的金屬量，不需按腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)組成進(jìn)行換算。選用不同焊接工藝參數(shù)焊接AlloyX試板，選取焊縫金屬制作腐蝕試片，規(guī)格為10×10×3mm，實(shí)驗(yàn)前將金屬表面用40目、10目、5目的金相砂紙逐級打磨至鏡面光澤，分別用去離子水清洗，丙酮脫脂出油，自然干燥后稱重。將處理好的試片全部浸入腐蝕溶液中。

本腐蝕實(shí)驗(yàn)在三口瓶中完成，為控制溶液成分穩(wěn)定，設(shè)置回流冷凝裝置。實(shí)驗(yàn)在沸騰狀態(tài)下，反應(yīng)36h。腐蝕試驗(yàn)結(jié)束后，去除試樣上附著的疏松腐蝕產(chǎn)物，然后用丙酮溶液清洗除去試樣表面的腐蝕產(chǎn)物或者雜質(zhì)，進(jìn)行再次稱量。

根據(jù)失重法測定金屬的重量變化，按式（2-3）計算腐蝕速度。

式中，W0—試樣原始重量，g

Wt—腐蝕試驗(yàn)后不帶腐蝕產(chǎn)物的試樣量，g

S—試樣表面積，m2

t—實(shí)驗(yàn)周期，h

3.試驗(yàn)因素選擇

Alloy X是一種在鎳-鉻-鉬系合金基礎(chǔ)上添加了一定量的鈷和鎢而形成的合金，ASME標(biāo)準(zhǔn)中UNS號為N06002。Alloy X與不銹鋼焊接性能類似，有著熱導(dǎo)率小、線膨脹系數(shù)大、對S、P雜質(zhì)元素敏感的特點(diǎn)[2]。焊材及焊接工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，將直接導(dǎo)致母材耐蝕性下降，熱裂紋傾向增加。

本文焊材選擇ENiCrMo-3焊條(AWS A5.11)，焊條直徑φ5mm。現(xiàn)場實(shí)際施工時，通常需要采用盡可能大的焊接電流、焊速等工藝參數(shù)，以保證工期進(jìn)度，但過大的線能量一方面容易使焊縫形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶組織，有利于有害雜質(zhì)和元素的偏析，從而形成連續(xù)的晶間液態(tài)夾層，在熔池凝固過程中，增加熱裂傾向；另一方面也使焊縫和熱影響區(qū)在敏化溫度450～850℃停留時間過長，晶間含鉻量降低，與腐蝕介質(zhì)接觸時出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象[3]，所以本文選擇焊接工藝參數(shù)中的焊接電流、焊接速度及層間溫度三個因素，每個因素選用4個水平，希望通過正交實(shí)驗(yàn)法最終得出既滿足腐蝕要求又盡可能提高施工效率的最佳工藝參數(shù)。

4.試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

正交試驗(yàn)設(shè)計是研究多因素多水平的一種設(shè)計方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備了“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)[4]，是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法。

由于有時會遇到各因素水平數(shù)不等的情況，因此，一般用失重重量的平均值來反應(yīng)同一個因素的各個不同水平對試驗(yàn)結(jié)果影響的大小，并以此確定該因素的最佳水平。用同一因素各水平下平均失重量得極差（極差=平均失重量得最大值-平均失重量得最小值）來反映各因素的水平變動對試驗(yàn)結(jié)果影響的大小。極差大就表示該因素的水平變動對試驗(yàn)結(jié)果的影響大，極差小就表示該因素的水平變動對試驗(yàn)結(jié)果的影響小。

通過實(shí)驗(yàn)可得出，各因素對Alloy X耐蝕性影響程度依次為：層間溫度＞焊接速度＞焊接電流。主要因素應(yīng)取最好的水平，而次要因素則可根據(jù)成本、時間、收益等方面的統(tǒng)籌考慮選取適當(dāng)?shù)乃健?/p>

5.結(jié)論

Alloy X由于其優(yōu)異的抗高溫氧化及煙氣腐蝕性能，近些年被廣泛應(yīng)用于石化煉廠的煙氣脫硫脫硝裝置中，綜合考慮施工現(xiàn)場對母材耐腐性及施工效率的要求，通過正交試驗(yàn)法，確定了一種合理的Alloy X焊接工藝，即Alloy X現(xiàn)場使用φ5mm直徑的ENiCrMo-3焊條時，焊接工藝參數(shù)可選用：電流200A，焊接速度20cm/min，層間溫度90℃，這樣即可保證母材的抗腐蝕性能滿足要求，又可適當(dāng)提高施工進(jìn)度。

[1]張新國,呂豐財,趙勇.煙氣洗滌塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計與選材[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2013,2:6-8.

[2]鄒玉清.Alloy X哈氏合金的焊接工藝研究[J].焊接,2012,11:64-65.

[3]劉書麗,高亞平,鄭和平,李春萍.奧氏體不銹鋼焊接接頭的晶間腐蝕[J].煤礦機(jī)械.2008,1:96-98.

[4]劉瑞江,張業(yè)旺,聞崇煒,湯建.正交試驗(yàn)設(shè)計和分析方法研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2010,9:52-55.