2205雙相鋼加氫高壓空冷器的制造方法

王安寅

摘 要：雙相鋼是鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼結合后形成的新材料，具有強度高、耐腐蝕性強和韌性良好的優點，在當下設備加工中具有廣泛的應用價值。該文針對2205雙相鋼加氫高壓空冷器國產化的研制工作、技術指標和技術控制要點等進行了全面分析，提出關鍵制造技術和制造方法。并針對加氫高壓空冷器操作運行、工藝系統要求等提出了合理化建議，旨在為科研機構、設備廠家等提供一定的理論借鑒價值。

關鍵詞：雙相鋼；加氫高壓空冷器；制造方法；標準

中圖分類號：TE986 文獻標志碼：A

0 前言

近年來，國內煉化、石油行業中進口原油比例大幅增加，由于進口原油含硫比例較高，腐蝕問題較為嚴重，對整個設備的危害不容忽視。2008年，國內石化組織針對Incoloy825材料進行自主研發，提出該合金材料具有良好的耐腐蝕性，且該材料已經初步實現了國產化，對降低設備腐蝕概率做出了突出貢獻。為了更進一步提高高壓空冷器材料的選擇范圍，有效降低設備成本，降低設備加工難度，國內相關設計研究機構進行了大量的試驗研究。最終完成了2205雙相鋼高壓空冷器國產化的目標。初步形成了完整的技術方案，相關空冷設備投入運營后，取得了良好的效果。

1 2205雙相鋼加工制造技術要求

1.1 腐蝕要求

空冷設備經常應用于煉油產業中，其腐蝕試驗必須滿足ASTM G48-2003相關要求，這一試驗方法在針對材料耐點蝕開裂效果中應用較多。雙相鋼投入應用后，介質中經常含有較高比例的氯離子、硫化物，為此需要評價該材料耐氯離子腐蝕性和抗硫化物腐蝕性的能力。遵守標準為YB/ T5326，試驗方法規定較為詳盡，具體合格標準可由廠家、業主協商確定。其中抗硫化物應力腐蝕試驗可借助NACE TM 0177相關內容獲悉，國內對應標準為GB/T 4157。相關內容規定了外加應力0.8 Rm下，被檢測零件需要在720 h內不可發生開裂、斷裂等問題。

1.2 硬度要求

第一，硬度值檢測，2205雙相鋼材料的硬度值需要控制在HRC29-HRC31之間，硬度過高，可能會對焊接、軋制等操作產生負面作用，損傷較高。為此，采用2205雙相鋼材料進行加氫高壓空冷器的制造中，必須考慮其硬度控制要求，結合產品實際數據進行全面合理化的分析，一般要求母材、焊接接頭的硬度值在HRC25以下較為合理。

第二，硬度檢測方案分析，雙相鋼材料的進行硬度檢測中，主要方法包括：Vickers、Rock-well兩種方法。結合雙相鋼特殊性，可不采用HBW法。需要引起相關人員重視的是維氏硬度、洛氏硬度的換算必須遵守一定的規律。

2 2205加氫高壓空冷器制造要點分析

2.1 焊接方法

第一，焊接方法。雙相鋼空冷器的制造中，選擇合適的焊接方法是保證焊接接頭質量的關鍵步驟。考慮因素包括：熱影響區和焊縫金屬中鐵素體的比例，這是工藝評定、接頭處力學性能分析的關鍵要求。一般要求鐵素體含量在35 %-40 %較為合理，這是維持良好沖擊性能、硬度值的關鍵技術指標。其次，熱影響區和焊縫金屬中有害中間相的影響。從原因上分析，焊縫金屬產生的有害相一般是在高溫下產生，與其累計停留時間相關度較高。為此，焊接中必須詳盡考慮這一要素的影響。

第二，含氧量對沖擊性能的影響。焊接方法不同，對應接頭含氧量會對沖擊性能產生不一樣的影響。試驗結果表明，含氧量過高會引發焊縫金屬沖擊作用受到較大牽連。實際焊接操作中，必須嚴格控制氣氛中氧含量的影響。一般要求含氧量低于1 000 mg/L較為合理。

第三，焊接層間溫度的控制。API TR938要求層間溫度需要控制在150 ℃之下，一般層間溫度越低，對材料保護效果越好。在實際焊接工藝評定中，2205材料的層間溫度不能高于100 ℃。這是保證材料滿足焊接工藝要求和產品性能的關鍵舉措。

2.2 管箱和管接頭的焊接

2205雙相鋼管箱和管接頭的焊接是整個操作中較難的部分。難點分析如下：第一，管箱焊接順序，以降低管箱焊接變形為主要原則；第二，焊接方法和工藝流程的選擇。經過前期摸索、模擬管箱制造工藝等可以確定，管箱的焊接方法如圖1所示。

管箱焊縫處理中，其打底焊、內角焊等均需要借助二氧化碳保護焊完成相關操作，其他位置可借助手工焊完成要求。焊接操作中，相關工藝操作需要對應參數要求，為維持焊縫及熱影響區的鐵素體含量，層間溫度一般不高于100 ℃。此外，焊接操作中需要盡量采用短弧焊、單道不擺動的運條方法，可維持焊縫、母材具有良好的融化效果，必須保證所有焊縫一次焊接合格。

再者，管接頭焊接和脹接處理。加氫高壓空冷器的制造中，2205雙相鋼材料和管板的連接方法首選強度焊，一般不建議采用強度焊和脹接相結合的方式。原因在于：材料強度高會導致脹接難度增加，脹接后還需進行特殊操作。部分廠家在進行管接頭處理中可能會采用強度焊、貼脹相結合的運作模式。還進行了特殊脹接器具的制備，目的在于維持脹度大小低于2%，嚴格操作和控制管理可大幅提高管接頭的制造質量。

2.3 管箱及管接頭的檢驗

管箱焊接后需要針對承壓焊縫進行射線檢測（RT）、滲透檢測（PT）、和超聲檢測（UT），保證所有檢測結果均滿足對應要求后方可進行相關處理。一般空冷廠家針對其進行處理中，第一遍會采用熔化焊、第二遍多采用填絲焊，焊后達到100 %PT檢測合格方可判定滿足標準。其次，管箱及管束加工后需要進行水壓、氦氣檢驗處理。無任何泄露后方可投入運營。

2.4 運行及工藝要求

結合當下高壓空冷器的腐蝕泄露問題進行分析可以看出，空冷器制造具有一定影響，此外設備安裝、設備運營、工藝布置等均會對其產生影響作用。首先，高壓空冷設備投入運營后，需要定期進行工藝介質程度參數監測，包括其中氮化物、硫化物含量、pH值高低等，一旦其含量超出規定要求，必須進行有效處理來降低腐蝕作用。其次，流速控制。2205雙相鋼材料的空冷島中，介質流速需要適當提高，一般維持在3 m/s～9 m/s范圍內較為合理。這是提高材料耐腐蝕性的重要舉措，同時可縮減加工制造成本。

近年來，國內雙相鋼材料的研發、應用、制造等均得到了快速發展，該文針對雙相鋼空冷器的加工制造關鍵要素進行了分析，旨在為實踐操作提供一定參考。

參考文獻

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