關于Incoloy825加氫高壓空冷器的加工技術分析

尹繼英

摘 要：加氫裂化裝置中，由于腐蝕原因導致的空冷器泄露，進而導致裝置停車狀況危害性大，是高壓空冷設備的關鍵研究問題，從管材成本、耐蝕作用分析，Incoloy 825作為高壓空冷器管束材料逐漸成為研究熱點。本文針對incoloy825高壓空冷器制造技術、焊接工藝等進行了分析，并充分借鑒國內自行設計制造的加氫高壓空冷器案例進行了分析，旨在提高設備的防腐蝕性能。

關鍵詞：Incoloy825材料；高壓空冷器；加氫裝置

中圖分類號：TQ051 文獻標識碼：A

齊魯石化公司1.5Mt/a渣油加氫脫硫裝置中的反應物空冷設備于2002年發生泄露，帶來了巨大經濟損失。泄露原因為基管內部被介質腐蝕、沖刷進而導致設備材料變薄漏孔。為了解決空冷設備問題，需要進行更換，作為國內首臺Incoloy 825空冷器，設計制造存在大量難點問題，主要由我公司（哈爾濱空調股份有限公司）進行制造。

一、空冷器設計

1.Incoloy825材料分析

Incoloy材料作為一種合金材料，一般稱為鐵鎳基合金，其化學成分中：C含量最高，為90%，還包括Ni、Cr、Mo等元素。Ni對于合金作用體現在增加了抗Cl- 應力腐蝕作用，避免基管開裂，Cr提高了合金整體的抗氧化能力，通過添加微量鈦，一般控制在0.6%～1.2%范圍之內，能夠增強合金穩定化作用。傳統加氫高壓空冷設備中的管束一般選取10#，管箱材質為16MnR（HIC），該材質在H2S、CL-介質中，抗腐蝕性能較差，易發生基管內部銨鹽污垢的影響，正是由于碳鋼、鉻鉬鋼的耐腐蝕能力差，Incoloy825合金材料在現代加氫空冷設備中應用越來越廣泛。

2.主體材料選擇分析

以齊魯石化項目為例，對裝置改造過程中，主要加工原材料為高硫原油，裝置中的反應物經高壓換熱設備后進入第一空冷器，針對該項目特點分析，其主體材質的選取至關重要。首先，從介質腐蝕角度分析，反應產物中不僅包含硫化氫、氨氣、氯離子等酸性介質，空冷器從操作溫度為130℃～200℃，銨鹽結晶溫度亦在此區間，容易導致氯化銨結晶生成，造成基管腐蝕，該工況長期運行，導致腐蝕作用變強。

理論計算中，一般采用流體腐蝕系數Kp進行衡量介質的腐蝕效果，對空冷設備操作負面影響大，空冷設備正常工況下，Kp數值也不高，介質流速低于6m/s，但實際工程中腐蝕嚴重，分析原因與NH4Cl的垢下腐蝕關聯較大，碳鋼、鉻鉬鋼此工況下腐蝕嚴重。國外研究發現，對于反應產物空冷設備來說，Incoloy825材料效果較好。設計時，管子規格定為Φ25×2.5的無縫管，管子除需符合ASME SB- 163中UNS No.8825的所有規定外，還要求逐根進行水壓試驗，以及按SE- 571（GB7735 B級）逐根進行渦流檢測，管子交貨狀態為退火狀態。

3.結構設計

該空冷設備從維修方便出發，采用絲堵式板焊的方形管箱，同時在管箱中間設置支撐隔板孔，便于管內介質的上下流動。管板和絲堵板設計為54mm厚的15CrMoR（H）鋼板；若不設置隔板，則管板和絲堵板須106mm厚，管箱中部的加強隔板是絲堵式結構的主要優勢結構。具體空冷器管束圖如圖1所示。

該空冷器管束設計過程中個，從介質凝結角度出發，采用傾斜設計，同時為了避免熱膨脹作用影響，管箱支撐結構設計過程中充分運行延長度方向的滑動作用，避免管束撓度、振動作用影響，間隔1500mm處設置相應的支撐部件。采用雙金屬軋制型加工，加工制造較為快捷，對基管厚度負面影響少。

二、空冷器制造

該類空冷設備的加工制造難點在于Incoloy825管與管板焊接問題，由于異種鋼焊接難度大，為了保證制造質量，需要進行充分的焊接評定。

其一，焊接工藝評定作為實際工況的模擬，需要嚴格控制焊接管子的接頭數量，一般不可超過10個。

其二，對3個以上的焊接罐頭進行拉脫試驗，保證焊接的抗拉響度高于管子、管板的抗拉強度較大者。

其三，沿評定用管中心線進行切開作業，保證焊接接頭處不存在未焊接徹底、未融合等缺陷。

其四，對所有焊接試件接頭處進行著色檢測處理，參考JB4730-94標準進行合格驗收。

其五，焊接前應進行預熱，預熱溫度由制造廠確定，并通過焊接工藝評定驗證，焊后應緩冷。

最終管頭的焊接采用手工電弧焊，焊條為哈焊所研制的Inconel 112型焊條。外坡口需要采用U形坡口焊接。Incoloy825材料焊接熔深淺，由此需要在內角焊后外側徹底清根。

三、高壓空冷管箱絲堵泄露原因及處理措施

1.泄露原因分析

針對國內高壓空冷設備項目泄露原因分析，其絲堵泄露狀況的主要原因分析如下：制造誤差、安裝誤差等原因導致密封性未達到設計效果；其次，墊片材料的影響，墊片的設計選材為316 L，一般316 L 的硬度比Incoloy 825低 30-40 HB，實際硬度高；再者，絲堵結構的影響，設計過程中墊片安裝位置為密封面的中心位置處，絲堵螺紋根部制造出錐形角，保證墊片絲堵的穩妥配合，現場拆卸發現，錐形角導致了安裝過程的絲堵，密封面存在坡度等狀況。

2.處理措施分析

針對絲堵式管箱的泄露狀況進行處理措施分析，具體方法如下。

方法一：現場拆卸，加強密封面雜質清理作業，對變形明顯部位進行更換墊片、絲堵，重新安裝處理，裝配過程中在帝都表面涂抹二硫化鉬，防止螺紋咬死，控制裝配力度，便于后期拆卸維修處理。

方法二：密封焊接處理，焊條選用AWSA5.11 ENi Cr Mo-3，焊絲選用AWS A5.14 ERNi-Cr Mo-3，所有焊接材料應是低氫型鎳基焊材。碳鋼材料空冷設備的處理過程中發現，焊接熱量容易導致周邊未焊接絲堵部位的泄露，需要充分降低焊接熱量，避免周圍絲堵的熱變形作用，降低整體密封效果，對于焊接絲堵泄露問題，需要反復著色檢測，保證合格后方可驗收。

方法三：做卡具對泄漏的絲堵進行帶壓堵漏。由于管箱的表面精度不夠，首次加工的卡具密封效果較差，必須對卡具不斷進行改進后合適。高壓部位采用卡具，卡具的四周會輕微滲漏介質，說明采用卡具不能完全解決泄漏問題，該方法可作為管箱絲堵泄漏的臨時處理措施，避免非計劃停工。

結語

國產化高壓空冷器經受了加氫裂化工藝過程在役運行的各項考驗，其運行成功不僅提高了國內石油化工設備核心技術的設計能力，同時也提高了民族工業的制造能力，對我國未來空冷器的生產制造具有重大影響，具有長遠的社會效益、經濟效益。

參考文獻

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