反應產物與混氫油換熱器返修案例*

楊 博 黃奕昶 錢耀洲 宋 盼

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院)

反應產物與混氫油換熱器返修案例*

楊 博**黃奕昶 錢耀洲 宋 盼

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院)

在進行某反應產物與混氫油換熱器的全面檢驗期間，發現該設備本體環縫處有疑似裂紋的缺陷。該設備本體材料為12Cr2Mo1R，焊接時極易產生淬硬的顯微組織，再加上焊縫區高濃度的擴散氫和一定的焊接殘余應力共同作用，焊接接頭易產生氫致延遲裂紋。制定了返修方案，對焊縫進行了科學合理的修復，并經無損檢測確認合格。

換熱器 混氫油 焊縫 熱處理 裂紋 返修 無損檢測

0 概述

某公司煉油改造工程 390萬 t/a渣油加氫裝置， 主體材料為12Cr2Mo1R（H），內徑為1550 mm，筒體厚度為135 mm，封頭厚度為82 mm，設備長度為10 884 mm，換熱面積為1053 m2。設計壓力為20.8/18.3 MPa，設計溫度為418/454℃；工作介質殼程為混氫原料油，管程為反應產物。該設備屬于Ⅲ類壓力容器，于2012年2月出廠，2012年10月正式投入使用。

1 檢驗發現的缺陷及原因分析

1.1 檢驗發現的缺陷

根據TSG R7001—2013《壓力容器定期檢驗規則》第六條，壓力容器一般于投用后3年內進行首次定期檢驗。2015年9月，在對該設備進行首次全面檢驗期間，在本體環縫6B （焊縫編號，下同）上，超聲檢測到一處反射，其位置距縱縫3A為790 mm，如圖1所示。經判斷，該缺陷為長17 mm、深14 mm的裂紋。

圖1 缺陷位置示意圖

1.2 12Cr2Mo1R鋼的焊接性能分析

該設備本體材料12Cr2Mo1R（H），屬珠光體低合金耐熱鋼，主要合金元素Cr、Mo顯著地提高了鋼的淬硬性。焊接時，如果冷卻速度過大，焊后焊縫及熱影響區容易形成淬硬組織，硬度增大，在受較大拘束應力的情況下會導致冷裂紋產生[1]。這類冷裂紋是Cr-Mo鋼焊接中存在的主要危險。生產實踐和理論研究均表明：鋼材的淬硬傾向，氫含量及其分布，以及拘束應力的狀態，是高強鋼產生冷裂紋的三大主要因素。

另外，焊縫還具有形成熱裂紋的傾向。產生熱裂紋的傾向主要取決于鋼中的Cr、Mo等碳化物的含量及特性，同時也與焊接工藝、熱處理工藝等有關。因此，在焊接時要采取適當的工藝措施和選擇合適的焊材，避免此種裂紋的出現[2]。

2 返修方案

2.1 編制依據

根據TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》、GB 150—2011《壓力容器》、NB/ T 47013—2015《承壓設備無損檢測》、NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》、NB/T 47015—2011《壓力容器焊接規程》相關規定，該設備使用單位和原制造單位制訂了返修方案。

2.2 返修步驟

（1）磁粉檢測 （MT）確定裂紋位置，裂紋及其周圈200 mm區域進行溫度350～400℃共2 h的脫氫處理。

（2）預熱≥160℃后，采用碳弧氣刨清除缺陷。

（3）砂輪打磨氣刨坡口及周圈20 mm區域，對打磨區域做100%MT檢測，按NB/T 47013— 2015標準規定，Ⅰ級為合格，保證缺陷完全去除。

（4）坡口及周圈100 mm區域預熱≥160℃后，按本方案焊接工藝采用焊條電弧焊補焊。補焊完成后還需焊接2層回火焊道，做超聲波檢測 （UT）前應磨平。

（5）焊后做中間消除應力熱處理 （ISR）及焊后熱處理 （PWHT），之后測硬度值，布氏硬度HBW≤225。

（6）用砂輪打磨，使補焊處與母材圓滑過渡，之后對補焊區域做100%的UT+MT檢測。

（7）UT按NB/T 47013.3—2015規定Ⅰ級為合格，技術等級為B級。MT按NB/T 47013.4—2015規定Ⅰ級為合格。

2.3 焊接工藝

選用的焊材要有合格的質量保證書。補焊采用日本神鋼生產的焊材，焊材牌號和焊接工藝如表1所示。

表1 焊接工藝

補焊前，須嚴格按NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》進行焊接工藝評定。

施焊前，焊條及其它焊接材料的貯存應保持干燥，注意施焊環境，無有效措施時禁止施焊。焊前按焊接工藝要求進行相應的預熱處理。

焊接工序：

（1）砂輪打磨呈金屬光澤，MT檢測；

（2）補焊處及周圈100 mm范圍內預熱至工藝要求的溫度；

（3）進行焊條電弧焊補焊，并焊2層回火焊道；

（4）后熱，MT+UT檢測。

預熱、層熱、后熱等工藝參數如表 2所示。

表2 預熱、層熱、后熱工藝參數

2.4 熱處理工藝

無損檢測合格后，對返修焊縫采用全圓周電加熱熱處理，熱處理工藝參數見表3。具體操作是：在環縫外壁沿環縫圓周均勻布置3支熱電偶，隨后按工藝參數進行熱處理。熱處理過程可參見圖2。

表3 熱處理工藝參數

圖2 熱處理工藝

最后，對返修部位進行無損檢測，執行100% UT、100%MT、Ⅰ級合格的標準，檢測結果合格。

3 總結

分析焊縫出現缺陷的原因是制訂返修方案的前提。通過該換熱器返修的案例，可從兩個方面進行總結。

（1）焊接方面：在進行12Cr2Mo1R（H）鋼施焊時，控制焊接接頭的氫含量是控制12Cr2Mo1R（H）鋼焊后產生冷裂紋的重要措施之一。同時，考慮到該材料焊接接頭具有再熱裂紋的傾向，要求壓力容器在制造時選擇相匹配的焊材，以保證焊縫的化學成分和焊接接頭的力學性能。具體的工藝措施是采取焊前預熱、焊接過程中控制層間溫度、焊后緩冷消氫及合理的熱處理工藝[3]。

（2）使用管理方面：使用單位應建立科學合理的管理制度，落實日常檢修、檢查的管理要求，嚴格執行國家關于壓力容器年度檢驗和定期檢驗的規定，及時發現隱患、缺陷，防患未然，以保證設備的安全使用；同時，對于壓力容器的重大維修，必須經過具有相應資格的特種設備檢驗檢測機構進行監督檢驗，未經監督檢驗合格的壓力容器不得投入使用。

[1]伲昱，王順花.我國高壓換熱器管板 （12Cr2Mo1R）堆焊技術發展現狀 [J] .裝備制造技術，2014（12）：17-21.

[2]符治.12Cr2Mo1R珠光體耐熱鋼的焊接 [C]//陜西省焊接學術會議論文集.西安，2008：225－226.

[3]常建平，任世宏，賈小斌，等.熱處理規范對Cr-Mo鋼焊接接頭力學性能的影響 [J].電焊機，2013，43 (8)：74-76.

The Case of Repair of Reaction Product and Hydrogen-mixed Oil Heat Exchanger

Yang Bo Huang Yichang Qian Yaozhou Song Pan

During the comprehensive inspection of a reaction product and hydrogen-mixed oil heat exchanger, one suspected crack was detected in the circular seam of the heat exchanger.The base material of the heat exchanger was 12Cr2Mo1R,and the hardened microstructure is quite easy to occur when the material was welded. At the same time,the weld zone contained high concentration diffusible hydrogen and suffered certain welding residual stress.Those interactive factors caused the hydrogen-induced delayed crack in the welded joint.The repair program was developed,the weld seam was scientifically and reasonably repaired,and which was confirmed by nondestructive testing.

Heat exchanger;Hydrogen-mixed oil;Weld seam;Heat treatment;Crack;Repair;Nondestructive testing

TE 965

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.04.011

2016-03-18)

*項目資助：上海市質監局系統項目No.2014-50。

**楊博，女，1983年生，碩士研究生，工程師。上海市，200333。