淺析魯奇爐內夾套腐蝕修復施工技術

李立紅 李拴平

(中化二建集團有限公司，山西 太原 030021)

1 概述

我國“富煤、貧油、少氣”的資源特點，決定了現代大型煤炭深加工產業的廣闊發展前景。截止到2017年年底，全國煤炭保有查明資源儲量為16 000余億噸，為我國煤化工行業的發展提供了良好的條件。加快對煤炭清潔高效利用技術的研究，大力發展煤制油、煤制天然氣等現代煤化工產業，對保障我國能源安全具有非常重要的意義，也是我國建設清潔低碳、安全高效的現代化能源體系的必由之路，是我國實現綠色低碳發展的根本途徑。國家從“十五”期間開始至今,建設了一系列煤基合成油、煤制天然氣示范項目，氣化爐作為煤制油、煤制天然氣項目中的核心裝置，其內夾套受高溫高壓煤炭的腐蝕破壞作用最為強烈，內夾套一旦腐蝕穿孔，將導致整個裝置的停車，本文正是基于此背景下，對魯奇爐內夾套的腐蝕修復施工方法進行了研究。

2 工程概況

我單位施工的某煤制天然氣項目為我國首個大型煤制天然氣示范項目，設計規模為年產40億m3天然氣，核心裝置為Mark Ⅳ型魯奇加壓氣化爐，規格：φ4 000×13 000，設計壓力：4.0 MPa，一期共16臺。魯奇爐分外殼體和內夾套兩層，其中外殼體厚度為60 mm、材質為13MnNiMoNbR，內夾套上部厚度為28 mm，材質為20R；下部厚度為32 mm，材質為15CrMoR。該項目一期投產運行一年左右，16臺氣化爐內夾套均出現不同程度的腐蝕破壞，其夾套腐蝕部位、程度不盡相同，現場需要根據各部位的具體情況制定針對性的修復方案。另外，由于其內部結構復雜，空間狹小，夾套腐蝕修復工序繁瑣，受限空間交叉作業頻繁，給現場修復工作帶來了一定的難度。

3 內夾套修復方案的確定和實施

3.1 工藝流程

工藝流程見圖1。

3.2 方案確定

該項目魯奇爐采用的煤質為褐煤，硫化物、鹵化物、堿金屬含量較高，其煤灰中鈉、鉀、硫酸鹽含量偏高以及氣化劑布氣不均勻是造成夾套腐蝕的主要原因。經掛片試驗發現鎳基合金材料可以抵抗該煤質腐蝕。

經現場研究確定：對已腐蝕穿孔的夾套部位，更換基板材質為Q245R、表面堆焊有3 mm～5 mm厚inconel625鎳基合金的復合板；對于腐蝕減薄的夾套部位，腐蝕區域采用異種鋼焊條A302補焊至厚度22 mm以上。然后對換板和補焊后的夾套表面均進行噴砂處理使之露出均勻的金屬光澤。最后對所有未換板的夾套區域進行堆焊3 mm～5 mm厚的inconel625鎳基合金。

3.3 附屬設備、爐篦的拆除和夾套測厚

3.3.1附屬設備、爐篦拆除

1)工藝管道拆除：將與煤溜槽、煤鎖相連的影響施工的管道全部拆除；拆除的管道統一編號、分類存放。

2)煤溜槽、煤鎖拆除：首先清理設備內殘留煤塊，然后用廠房配套的40 t葫蘆將其固定，拆除與煤倉連接的伸縮節及與煤鎖連接螺栓，將其吊至廠房外地面上妥善存放；拆除煤鎖下法蘭螺栓，將其吊至廠房外地面上妥善存放。

3)爐篦拆除：打開人孔，鋪設軟梯，做氣體分析，合格后施工人員戴防毒面具進入魯奇爐內，用磨光機磨開爐篦點焊的螺栓、螺母，按照從上到下的順序將爐篦分體后從魯奇爐上法蘭口吊至廠房外地面上妥善存放，如圖2，圖3所示。

3.3.2夾套測厚

以人孔為起點，順時針水平方向每隔500 mm，垂直方向每隔300 mm確定一點，并打磨光滑，用超聲波測厚儀測量每一點的厚度。對于夾套腐蝕嚴重甚至腐蝕穿孔的部位相應加密觀測，對測量的數據進行收集、整理并繪制出夾套厚度分布圖，準確確定每臺魯奇爐夾套換板和補焊面積及補焊厚度。

3.4 換板

1)夾套等分、定位：采取分塊拆除的方法，以魯奇爐人孔為起點、對夾套進行八等分，用記號筆進行標記；由于夾套腐蝕嚴重，其下部段(材質15CrMoR)和上部段(材質20R)之間的焊縫已無法辨識，故采用便攜式光譜儀做光譜分析，確定焊縫位置并用記號筆在夾套四周進行標記。

2)夾套拆除：在需拆除的每塊夾套中心線位置焊接吊耳，先用氣刨將其切割至5 mm～10 mm深后，換用等離子切割機將其切割移除。

3)復合板組對：復合板為V型坡口，夾套拆除兩塊后，開始組對一塊復合板并焊接定位護板。以后每拆除一塊夾套均組對一塊復合板直至復合板組對完畢，以防止夾套拆除時大量變形。復合板組對以內表面平齊，縱向焊縫錯邊量不大于3 mm、環向焊縫錯邊量不大于3 mm，兩塊復合板材間縱縫坡口間距為(2±1)mm為準。

4)復合板焊接：施焊前清除坡口及母材兩側表面20 mm范圍內的氧化物、油污及其他有害雜質，并在始焊處100 mm內將復合板預熱至80 ℃以上。復合板焊接時先焊縱焊縫再焊環焊縫，焊工對稱分布，沿同一方向施焊，并留丁字焊縫最后施焊。焊接完畢后進行焊縫外觀檢查，表面不得有裂紋、咬邊、凹坑、飛濺等缺陷。

3.5 夾套補焊

由于夾套腐蝕以均勻凹坑為主，故把腐蝕部位劃分為更小的多個區域，以每個區域凹坑中心最薄處開始向四周施焊，采取補焊面積逐漸增大的多層次補焊方法。

為減少合金鋼焊接熱處理工作量，補焊焊材選用不銹鋼φ3.2 A302焊條。補焊前用火焰加熱法預熱至150 ℃～200 ℃，先從每個區域凹坑中心開始，采用小電流、小面積補焊，防止電流過大造成夾套變形甚至燒穿夾套，然后仍以凹坑中心開始采用正常電流補焊、補焊面積比上次稍微增大，重復此操作，補焊層數逐漸增多、補焊面積層層增大直至補焊區域內的夾套厚度達到22 mm以上；其他補焊區域采用同樣的方法施工直到夾套補焊完畢。

對補焊完畢的夾套進行厚度測量，測量方法與3.2.2條夾套測厚相同，以保證施工質量。

3.6 換板焊縫熱處理

1)同臺夾套焊縫應同步進行熱處理，防止夾套受熱不均勻產生局部應力。熱處理設備采用ZWK-11-180KW型智能控溫裝置，磁鋼電加熱片規格為500 mm×300 mm。

2)依據換板焊縫長度確定電加熱片數量，把磁鋼電加熱片緊貼在夾套表面，均勻插入熱電偶至焊縫中心位置，磁鋼電加熱片外采用陶瓷纖維氈保溫并采取加固措施，二次線、信號線分別與電加熱片和熱電偶連接。熱處理參數如表1所示。

表1 夾套焊縫熱處理參數

3)設置智能控溫裝置程序，確保各個程序無誤，同時開啟開關進行熱處理。

4)熱處理過程中，密切注意熱電偶溫度并采取相應措施，確保焊縫熱處理溫度同步。

3.7 夾套換板和補焊質量檢測

1)夾套換板焊縫表面不得有裂紋、咬邊、凹陷、熔合性飛濺等缺陷；焊縫兩側150 mm內打磨光滑，進行UT和TOFD檢測，Ⅰ級合格。

2)夾套補焊完畢進行表面質量檢查，不得有焊瘤、裂紋等缺陷；對補焊部位進行PT檢測，Ⅰ級合格。

3.8 夾套噴砂處理

噴砂材料為石英砂、噴砂面積除夾套換板外其他所有區域。在爐內搭設井字型腳手架，加大爐內空氣流量、確保空氣暢通。夾套噴砂由上至下進行，及時清理廢棄石英砂，保證下部噴砂質量。噴砂完畢后表面應無油跡、污垢、鐵銹、氧化物等，在聚光燈下顯示均勻的金屬光澤。

3.9 夾套堆焊、PT檢測

夾套噴砂除銹合格、滿足標準要求后，方可進行夾套堆焊，堆焊采用熔化極惰性氣體保護焊(MIG)，焊機為自動堆焊機，每臺魯奇爐同時采用5臺堆焊機施工。焊接工藝參數見表2。

表2 焊接工藝參數

沿夾套內壁安裝焊機環軌道和垂直導軌、安裝堆焊機，焊絲使用前必須清理表面油污、鐵銹等。用規格為φ1.2或φ1.6的焊絲進行第一次堆焊，在保證焊透的前提下，采用小電流、短電弧操作，第一次堆焊厚度可達1.8 mm～2.2 mm。第二次堆焊采用小電流多層多道焊，層間溫度控制在100 ℃以下，每層間清理徹底，各層各道間相互錯開、搭接處平滑過渡，兩次堆焊厚度可達4.0 mm～4.5 mm。

堆焊完畢后進行表面質量檢查，不得有焊瘤、裂紋等缺陷；然后進行PT檢測，評定級別為Ⅰ級合格。

3.10 夾套耐壓試驗

夾套設計壓力為0.15 MPa、試驗壓力0.19 MPa，耐壓水源為消防水、壓力為1.0 MPa。

試驗壓力至0.15 MPa時停留30 min，壓力表無壓力降方可繼續升壓至0.17 MPa停留10 min，觀察夾套有無異常，壓力表無壓力降方可繼續升壓至0.19 MPa，此次升壓速度控制在0.005 MPa/min，升壓過程中仔細傾聽夾套是否有異常聲響以及觀察夾套是否有鼓包等異常現象。

3.11 爐篦、附屬設備等調試、回裝

3.11.1爐篦回裝、調試

爐篦配件依據拆卸時的編號，按照爐篦圖紙及相關要求由下至上層層回裝。爐篦調試前，魯奇爐內清理干凈，嚴禁有鐵制品遺留在爐篦內。

3.11.2附屬設備回裝

附屬設備等安裝應先煤鎖后煤溜槽然后工藝管道的順序按要求依次回裝。

4 實施效果

我單位在本工程中應用上述施工方法共修復16臺魯奇加壓氣化爐，先后進行運行試驗。運行一年后，入爐檢查確認夾套inconel625堆焊層表面無腐蝕、裂紋等缺陷，夾套腐蝕修復效果良好。目前該項目達產達標，正在給我國北方供應著源源不斷的清潔天然氣，助力我國打贏“藍天保衛戰”。

5 結語

魯奇爐夾套修復施工中工序復雜，操作空間狹小、焊接工程量大，采用補焊和換板相結合的方案，有效降低工程成本、縮短施工工期；無損檢測采用滲透、超聲波和TOFD相結合的方法，確保了夾套換板焊接焊縫、補焊、堆焊層質量；熱處理電加熱片對稱布置，同臺爐統一、同步進行熱處理，確保熱處理效果；堆焊采用自動堆焊機，提高了生產效率、保證了施工質量；由于我國煤質種類繁多，同類型壓力容器的腐蝕破壞機理不盡相同，但本文通過工程實例對魯奇爐夾套腐蝕修復施工積累了一定的經驗和數據，為今后同類型的壓力容器的腐蝕修復工程提供了一定的借鑒。