裂解爐爐管過渡管焊接管控

李輝源 龔春雷

摘 要：乙烯裂解爐是裂解氣加工重要設(shè)備。裂解爐主要包括急冷器、輻射段以及對流段幾大部分內(nèi)容。但是在急冷器與輻射段爐管中間，有一個經(jīng)常被疏忽的部件，就是過渡管，過度管材料（ZG40Cr25Ni35Nb）。爐管的焊接技術(shù)一直是研究人員關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，過渡管與爐管的焊接及新舊爐管的焊接作為本文的切入點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：過渡管;滲碳;裂紋;焊接技術(shù)

裂解爐輻射段爐管可單投石腦油，也可混投石腦油+拔，入口溫度為550℃左右，原料通過高溫產(chǎn)生裂解氣，出口溫度為840℃左右。爐膛內(nèi)通過底部燃燒器、側(cè)壁燃燒器對爐管進(jìn)行加熱，使?fàn)t膛內(nèi)平均溫度在1000℃以上。其中，輻射段爐管對烴類裂解做出反應(yīng)，而爐管外部是燃燒放熱的區(qū)域。

1存在的問題

1.1 原材料缺陷

裂解爐爐管損壞原因及其復(fù)雜，在裂解爐爐管失效的各種因素共同作用中，其中在爐管損壞中22%為合金滲碳引起材質(zhì)劣化。由于高溫燃燒滲碳等原因，導(dǎo)致爐管出現(xiàn)堵塞、彎曲等變形，受各種熱應(yīng)力和滲碳的影響，導(dǎo)致爐管發(fā)生斷裂等損壞。

1.2 化學(xué)成分偏析

成分偏析是由于凝固或固態(tài)相變而導(dǎo)致的合金中化學(xué)成分的不均勻分布。此種元素是提升材料抗氧化性能的重要元素，如果出現(xiàn)含量提升狀況，便會對焊接施工形成影響，是誘發(fā)焊接熱裂紋的主要原因之一。

1.3 焊接缺陷

在現(xiàn)場的新舊爐管焊接過程中，也曾多次出現(xiàn)裂紋、未焊透、氣孔、夾雜等焊接缺陷。在焊縫結(jié)晶過程中雜質(zhì)會形成低熔點(diǎn)結(jié)晶。在低熔點(diǎn)共晶物中。結(jié)晶容易被推擠到晶界上方，形成液態(tài)薄膜狀，凝固收縮時焊縫金屬產(chǎn)生拉應(yīng)力作用，液態(tài)薄膜承受不了拉應(yīng)力而產(chǎn)生熱裂紋。

2原因分析

2.1 對原材料分析

2.1.1 爐管組織成分變化

在裂解爐管內(nèi)裂解反應(yīng)中，爐管內(nèi)高活性碳原子由表面向基體內(nèi)部逐漸滲入并發(fā)生擴(kuò)散。還有結(jié)焦產(chǎn)生的焦炭對爐管內(nèi)壁的滲碳作用也很強(qiáng)烈，在爐管內(nèi)壁形成一層“滲碳層”。

2.1.2 金相分析

提取舊爐管200mm的長方形試塊， 用磨光機(jī)拋光后用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行損傷層深度測量，比較試樣滲碳層橫截面的深度和成分，并且對爐管內(nèi)外壁滲碳狀況進(jìn)行分析比較。

經(jīng)研究表明，爐管損傷層的深度發(fā)展及不均勻，爐管內(nèi)外壁損傷深度也有所不同;有些均勻演變，有些局部損傷。同時也表明沿晶界延伸是損傷的主要原因，損傷層分布不同，從內(nèi)外壁邊緣向中心逐漸減輕。此外，爐管內(nèi)外表面均發(fā)生了石墨化現(xiàn)象，內(nèi)表面更嚴(yán)重，石墨化層更深。

2.2 化學(xué)成分偏析分析

在進(jìn)行焊接時，由于焊接熱輸入量管控措施不當(dāng)，并未能保證焊接一次合格率，無形中增加了返工概率，造成焊接過程中出現(xiàn)金屬二次過熱問題。此外，因?yàn)殚_口面積會對補(bǔ)焊熱形成較大影響，在多層焊以及電流大小處理的不合適，造成化學(xué)成分偏析問題發(fā)生可能性。

2.3 熱裂紋分析

熱裂紋經(jīng)常出現(xiàn)在舊爐管熱影響區(qū)，與焊縫平行或垂直，裂紋表面為氧化后色彩（深藍(lán)色）。觀察斷口，斷裂時未發(fā)生明顯塑性變形，顯示舊爐管材質(zhì)已極脆。

由于輻射段爐管和過渡管材料為ZG40Cr25Ni35Nb，屬于高鉻鎳耐熱合金鋼材料，此材料具有導(dǎo)熱性差、焊接時容易出現(xiàn)裂紋以及氣孔等問題，焊接性能相對較差，所以需要做好焊接施工規(guī)劃與管控，以防因焊接不當(dāng)，致使最終爐管焊接受到影響。在輻射段爐管和過渡管使用過程中，可能會出現(xiàn)燒損問題，此時需要對燒損部位展開焊接處理。

3應(yīng)對措施

3.1 降低原材料缺陷

原材料自身質(zhì)量問題，也是焊接施工需要注意的內(nèi)容。為降低原材料產(chǎn)生缺陷可能性，焊接人員可通過對相應(yīng)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)用，完成坡口加工，以防火焰切割對原材料產(chǎn)生影響。同時在正式展開焊接之前，需要認(rèn)真展開坡口清理、外觀以及著色滲透檢查等操作，應(yīng)保證坡口表面不會出現(xiàn)分層、裂紋以及夾渣等問題。

3.2 控制化學(xué)成分偏析

為避免化學(xué)成分偏析這一問題出現(xiàn)，焊接人員一方面需要做好材料質(zhì)量把控，科學(xué)展開有害雜質(zhì)控制，要在進(jìn)行焊接施工之前，做好破口處理與清潔;另一方面應(yīng)做好焊縫溫度把控，防止出現(xiàn)焊縫過熱問題，避免出現(xiàn)粗大柱狀晶。焊接施工全過程需要對焊接溫度展開嚴(yán)格控制，應(yīng)保證每一層間溫度都可被控制在75℃以下范圍，保證焊接接頭韌性。

3.3 對焊接缺陷采取的措施

3.3.1對口要求

按照管道對口要求內(nèi)壁平齊，錯口不得大于0.5mm，對口應(yīng)做到無應(yīng)力對口。在焊縫組對前徹底清理管口，必要時可采用藥劑進(jìn)行坡口清洗，以防油污、雜質(zhì)等熔進(jìn)焊縫，導(dǎo)致熱裂紋產(chǎn)生。

3.3.2焊接要點(diǎn)

運(yùn)用臨時點(diǎn)進(jìn)行搭橋固定，展開定位焊。保證焊縫長度可以被控制在8-13mm范圍內(nèi)，高度可以被控制在3mm左右。按照相關(guān)規(guī)定要求，每個焊口均會分布3到4個焊點(diǎn)。

由于合金鋼容易出現(xiàn)被硫化問題，熱裂紋出現(xiàn)概率較高，所以在焊接前，需要如上文所述，對焊接坡口展開詳細(xì)清理，做好表面灰塵以及油污等清潔工作。

在具體進(jìn)行燒損部位焊接時，需要先運(yùn)用爐管焊絲對舊爐管坡口表面實(shí)施堆焊處理，并且要注意層間溫度，并要在完成施工之后，再對新舊爐管展開組對焊接施工。此種焊接方式就是對舊爐管坡口表層金屬展開重熔、再結(jié)晶處理，形成一層新的金屬層，有效提高爐管可焊性，保證爐管塑性。

結(jié)束語：

通過本文對乙烯裂解爐輻射段爐管和過渡管焊接相關(guān)內(nèi)容的闡述，使我們對爐管焊接以及焊接技術(shù)具體應(yīng)用方式有了更加清晰的認(rèn)知。對于服役時間較長的舊爐管與新爐管的焊接，必須采用合理的焊接工藝方法，如預(yù)先在舊管上進(jìn)行堆焊、采用小焊接參數(shù)、控制層間溫度等可有效防止裂紋的出現(xiàn)。應(yīng)加大對爐管焊接技術(shù)的研究力度，明確焊接材料、施工工藝以及焊接檢驗(yàn)等各項(xiàng)工作具體開展方式，進(jìn)而制定出最優(yōu)化焊接施工方案，確保爐管焊接質(zhì)量可以達(dá)到預(yù)期要求，從而為企業(yè)乙烯生產(chǎn)做出更多貢獻(xiàn)。

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