加氫裂化裝置高壓換熱器管口與相連管道異種鋼焊接

陳寶運（陜西化建工程有限責任公司，陜西 咸陽712000）

1 工程概況

某化工有限公司180萬噸/年加氫裂化裝置以減壓蠟油、洗油、蒽油為原料，采用兩段兩劑工藝、全循環操作、多產石腦油的加工方案。裝置共有13 臺高壓換熱器，設計溫度210～450℃，設計壓力14.5～20.8MPa。高壓換熱器設備口與相連管道設計采用焊接連接方式，設備管口材質主要有12Cr2Mo1Ⅲ+堆焊Inconel625、12Cr2Mo1Ⅳ+堆焊Inconel625、15CrMoⅢ+堆焊Inconel625、16Mn(R-HIC)Ⅲ，與其連接的管道材質主要有TP347、A106、A335 P11，以上異種鋼材料焊接為公司首次焊接。

2 焊接工藝的選擇

2.1 機械與材料的確定

經與設備廠家確認及現場光譜分析，除1臺高壓換熱器的4 個設備口沒有堆焊Inconel625 外，其余換熱器設備管口均進行了堆焊，考慮到8mm堆焊層厚度，本次設備管口與相連工藝管道焊接的工藝重點問題就是堆焊層材質與相連管道材質的焊接，但為了保證工藝評定過程中材料性質與原始設備管口盡可能相同，本次評定用試件采用鍛件管材+堆焊Inconel625 的試件。

2.2 坡口設計

其中一側的制作由制造廠家負責，而另一側的制作需要通過氧乙炔（現場）的切割。

2.3 預熱方式

選擇繩式電加熱器進行管道的預熱工作時，不僅要保證加熱寬度超過200mm，還要讓加熱寬度與保溫范圍分別超過200mm 與400mm；確保預熱溫度處于100～150℃，在維持標準溫度30min 后才能著手施焊。除此之外，工作人員在預熱的過程中還要注意。設備一側口無需進行預熱工作。

表1是管道擬定的焊接工藝參數。15 L/min的氬氣流量鎢極氬弧焊，其背面保護氬氣流量是20 L/min。

表1 管道的焊接工藝參數

3 注意事項

為保證堆焊層與相連管道材質的熔敷金屬性能能夠達到評定試驗要求，堆焊層與相連管道焊絲選用ERNiCrMo-3，該焊絲用于異材焊接和材料表面的耐腐蝕堆焊。高溫和超低溫機械性能優異，在寬泛的氧化和還原媒質中耐強腐蝕，耐應力腐蝕裂紋，點蝕和隙蝕。熔敷金屬成分如下（%）。

C 0.03 P 0.01 Si 0.05 S 0.001 Mn 0.05 Ti 0.22 Cr 22.4 Cu 0.1 Ni 64.2 Cb+Ta 3.55 Fe 0.2 Mo 9

焊絲使用前徹底清除油污、鐵銹、水份等表面雜質。打底時使用純度在99.99%以上的氬氣進行背部保護，氣體流量控制在10～15 L/min。施焊時必須有適當的防風設施，否則保護氣體易受風的影響而致氣體保護不良。使焊道劣化而發生氣孔。

在焊接過程中嚴格控制打底層間厚度及電流是打底層熔敷金屬保證性能的關鍵，層間厚度控制在3mm，打底電流控制在115～125A 性能最佳。層間溫度的控制也是堆焊層和管道材料焊接過程中控制的重點，層間溫度不能超過150℃，在焊接過程中安排專人使用紅外線測溫儀進行監控，一旦超出范圍，立即停止焊接采取降溫措施。

其中堆焊層與A335-P11焊接過程中對焊接人員操作要求高（焊接手法），每層厚度控制在2.5mm，電流控制在81A,焊后進行700～760℃的熱處理；堆焊層與TP347、A106 材質焊接過程中每層厚度控制在3mm，電流控制在90A，打底2～3 層后進行一次RT檢測，合格后進行填充作業。

打底以3 層厚度為宜，打底完成后進行RT 檢查，合格后進行填充作業。填充焊條使用ENiCrMo-3，填充電流控制在80～90A，溫度的控制同樣是保證熔敷金屬性能合格的關鍵點，嚴格控制在3mm 以內，其中堆焊層與A335-P11 焊接過程中層間厚度保證在2.5mm為宜，如：23mm厚度的管道從打底到填充完成以9層為宜。

4 工程的焊接措施

P11 耐熱鋼不具備相應的焊接性，很容易出現冷裂傾向。由于鎳合金的獨特性質，因此工作重點應該放在熱裂紋的防治工作。

4.1 管口的組對工作

盡量降低強行組對的概率，盡可能地降低組對應力；如果出現組對應力過高的情況，最好在管道側開展局部回火工作，并將回火溫度保持在710℃左右。將保溫時間設定在2h，能夠進一步地減少組對應力。

定位焊應采取過橋式氬弧焊的方式，定位焊的縫長與厚度分別控制在20～30mm、3～5mm，保證數目超過8 處，且能夠延管口均布。與此同時，在正式焊接的過程中一定要打磨定位焊縫。開展管口側的局部預熱工作時，要將預熱范圍控制在超過定位焊縫處周邊約100mm處。

4.2 焊縫擴散氫含量的控制以及背面的保護

在正式使用焊條之前，要進行相應的烘焙工作。存放溫度一定要維持在100～120℃，并及時開展坡口兩側的清理工作。

管口內貼可溶紙充氬保護方法的使用，要讓焊口與可溶貼紙之間的距離維持在100～150mm 的范圍內，最少不得低于兩側。利用充氬進行空氣的置換時，將流量控制在50 L/min左右，且超過2h。

4.3 其他工藝措施

第一，采用氬弧焊打底時，最好不要使用斷弧；斷弧要求后接頭的打磨長度為斷弧處的3～5mm。第二，通過小擺動多層多道焊的方式能夠進一步度降低熔入的母材，且將焊接接頭打磨干凈。第三，由于故障導致的焊接中斷，一定要在重新施焊前開展作色檢驗。

5 結語

加氫裂化裝置高壓換熱器管口與相連管道異種鋼焊接重點為堆焊層與相焊管道材料的焊接工藝控制，在焊接過程中嚴格控制層間厚度、電流、層間溫度是保證合格熔敷金屬的關鍵控制點，其中堆焊層與A335-P11 材質的焊接對層間厚度及電流的控制尤為苛刻，且要進行焊后熱處理，方可保證焊接質量。