加氫反應器堆焊層裂紋的修復

張軍

（中海石油舟山石化有限公司機械動力部，浙江 舟山 061025）

某石化餾份油加氫裝置安裝有1臺加氫改質反應器，該反應器于2008年3月投用，2010年5月裝置大修，反應器首次壓檢，未發現堆焊層裂紋缺陷，安全等級評定為3級；2013年5月裝置大修，反應器第2次壓檢，檢驗發現反應器頂部分配盤支撐圈下部手工堆焊處存在11處裂紋，10處較淺裂紋打磨、補焊耐蝕層后消除，1處裂紋深入過渡層但未到基層，補焊中隨焊隨裂、缺陷不斷擴大，未再處理，安全等級評定為4級、監護運行；2015年10月裝置大修，反應器第3次壓檢，檢驗發現反應器頂部分配盤支撐圈上、下部手工堆焊處存在8處裂紋（其中1處裂紋為2013年遺留），8處裂紋返修全部消除，安全等級評定為3級；2018年10月裝置大修，反應器第4次壓檢，對2015年返修的8處裂紋進行檢查，未發現再裂。

1 反應器技術參數

反應器設計壓力10.4MPa，設計溫度450℃，主體材質2.25Cr-1Mo，堆焊層材質TP309L+TP347，筒體厚度116+6.5mm，封頭厚度65+6.5mm。

2 堆焊層裂紋情況

2015年反應器壓檢發現頂部分配盤支撐圈上下部手工堆焊處存在8處裂紋，其中1處裂紋位于支撐圈上部、7處裂紋位于支撐圈下部（其中1處裂紋為2013年遺留），經打磨消除裂紋，打磨最深處6mm左右，用硫酸銅溶液檢測，未到達基層。圖1為典型堆焊層裂紋缺陷圖。

3 堆焊層裂紋修復

（1）打磨前消氫。由于反應器為在役設備，運行過程中介質中的氫可能進入母材，故須先對缺陷返修區域進行消氫處理，消氫方式為電加熱，消氫處理恒溫溫度為350℃土20℃，保溫時間12h。

圖1 典型堆焊層裂紋缺陷

（2）著色標記。消氫處理降至常溫后對裂紋區域再次進行著色檢測，完成缺陷標記。

（3）缺陷去除。a)對標記缺陷部位采用電動銑刀打磨去除，打磨過程控制進刀量，每次去除深度≯0.5mm，以防局部過熱（溫度≯100℃），必要時打磨部位淋水降溫；b)對缺陷去除后部位進行100%PT，I級合格。

（4）不同深度缺陷的處理方法。

a)打磨深度≤l.5mm，不予補焊；b)1.5mm＜打磨深度≤4.0mm，用Avesta347 φ3.2焊條補焊；c)4.0mm＜打磨深度≤12.0mm，用Avesta309L φ3.2焊條(過渡層)+Avesta347 φ3.2焊條(耐蝕層)補焊；過渡層焊至離堆焊層表面3～3.5mm處，余下的進行耐蝕層焊接。

（5）缺陷修復工藝。a)返修采用焊條電弧焊，堆焊層焊條為Avesta309L、Avesta347，直徑φ3.2；b)補焊用焊條使用前進行烘焙，烘焙后放置在專用的保溫桶內，桶內焊條放置時間不得超過4h，超過放置時間必須重新烘焙；c)焊接采用短弧操作，并嚴格控制道間溫度；d)過渡層焊前預熱，焊前預熱及道間溫度150～200℃，當返修深度＞5mm時，焊后立即進行消氫處理，消氫處理恒溫溫度為350℃土20℃，保溫時間2h；當返修深度≤5mm時，不必進行消氫處理；過渡層焊后應測量距離表面的高度并根據實際情況進行修整，為了保證面層的有效厚度，應打磨至距離表面3～3.5mm；e)耐蝕層堆焊采用Avesta347焊條，焊前不需預熱，焊接道間溫度≤100℃；f)焊接時注意收弧處的質量，收弧時應將熔池填滿；g)耐蝕層焊縫余高控制在≤1.5mm，且與周圍堆焊層打磨成圓滑過渡；h)焊接工藝參數（表1）。

表1

（6）返修焊縫檢測。a)過渡層焊縫焊后24h進行外觀檢查和100%PT檢測，按JB/T4730標準 Ⅰ級為合格,合格后方可進行耐蝕層的焊接；b)對耐蝕層焊縫進行外觀檢查和100%UT+100%PT檢測，按JB/T4730標準Ⅰ級為合格。

（7）鐵素體檢測。全部堆焊完畢后，在焊態下對耐蝕層進行鐵素體數測定，每處至少測6個讀數，以鐵素體數3～10FN為合格。

（8）焊接熱處理。①打磨前消氫。對缺陷部位及四周不少于200mm區域進行消氫處理。為了保證消氫效果，采用履帶式工裝加熱器，在筒體內側對返修區域進行局部消氫，將返修區域均勻加熱至350±20℃，保溫12h，同時筒體外側設置保溫棉，棉厚60mm，保溫區域為對應的加熱區及加熱區以外不少于200mm，以減少溫度梯度。焊件保溫期間，加熱區內最高與最低溫度之差不易大于20℃；降溫至200℃后，可在靜止空氣中冷卻。內側加熱時，必須保證每塊加熱器至少設置1個測溫點。②過渡層焊后消氫。過渡層返修完畢后，立即進行350±20℃，保溫2h的焊后消氫處理，方案同上。③預熱及道間溫度控制。過渡層焊前進行預熱，焊前預熱及道間溫度控制150～200℃。預熱采用打磨前消氫處理相同的方案，返修焊接時間較長時，熱處理配合道間溫度控制，將加熱器設置到返修對應位置的筒體外側，采用接觸式測溫儀測溫配合焊接進行道間溫度控制。

4 結語

（1）反應器頂部分配盤支撐圈上下部手工堆焊處頻繁出現的裂紋，經打磨均能發現夾雜、密集氣孔等缺陷源，說明手工堆焊埋藏缺陷誘發了堆焊層裂紋的形成。眾多源發于堆焊層的裂紋沒有一處擴展至鉻鉬鋼基層，說明加氫反應器堆焊層裂紋一般不會向鉻鉬鋼基層擴展。

（2）該返修方案經設備3年運行檢驗，證明是行之有效的。反應器堆焊層裂紋可能還會出現，但掌握了缺陷處理的手段就能做到有備無患。