加氫反應(yīng)器的裂紋及處理策略分析

（青島蘭石重型機(jī)械設(shè)備有限公司 山東 266555）

引言

在石油化工生產(chǎn)當(dāng)中，通過(guò)高溫高壓以及加氫的方式來(lái)得到更高質(zhì)量的石油已經(jīng)成為了一種重要的工藝，該工藝的發(fā)展歷史已經(jīng)超過(guò)了50年。在發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中，加氫裂化技術(shù)和加氫脫硫工藝在不斷改進(jìn)，這滿足了人們對(duì)輕質(zhì)油品的需求。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)重制原油進(jìn)行裂解精制的方式還可以減輕石油化工企業(yè)所產(chǎn)生的大氣污染問(wèn)題。其中，加氫反應(yīng)器就是整個(gè)加氫裂化工藝當(dāng)中需要使用的核心裝置。近年來(lái)，加氫反應(yīng)器的檢修與完善受到了重視，人們對(duì)裂縫問(wèn)題的關(guān)注度也越來(lái)越高。

1.加氫反應(yīng)器的特點(diǎn)

即使面對(duì)含硫量比較高和質(zhì)量低劣的原油，加氫反應(yīng)器也可以很好地發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)原油的深加工，同時(shí)對(duì)當(dāng)前的環(huán)境條件進(jìn)行改善。目前所使用的加氫反應(yīng)器也有多種類型，按照不同的功能可以將其主要分為精制反應(yīng)器和裂化反應(yīng)器兩種，在運(yùn)行的過(guò)程中可以為原料油與氫氣之間的反應(yīng)提供溫度上和壓力上的條件，同時(shí)提供了充足的反應(yīng)空間和場(chǎng)所。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代化煉油技術(shù)的發(fā)展與成熟，熱壁類加氫反應(yīng)器受到了人們的關(guān)注，它具有運(yùn)行效率高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)獨(dú)特、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不容易發(fā)生故障。目前，該加氫反應(yīng)器已經(jīng)在很多煉油廠當(dāng)中得到了使用，為企業(yè)帶來(lái)了較高的經(jīng)濟(jì)效益。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，這種熱壁類的加氫反應(yīng)器已經(jīng)將原來(lái)的冷壁類加氫反應(yīng)器取代。

在化工領(lǐng)域當(dāng)中，加氫反應(yīng)器是關(guān)鍵性的設(shè)備，但是它的運(yùn)行條件通常比較惡劣，高溫、高壓、臨氫，這對(duì)設(shè)備本身的質(zhì)量也有比較高的要求。在使用的過(guò)程中，反應(yīng)器的主體材料經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)被腐蝕、脆化等問(wèn)題，這些問(wèn)題如果沒(méi)有得到及時(shí)解決的話，就會(huì)演變?yōu)殚_(kāi)裂等問(wèn)題，危險(xiǎn)性也會(huì)不斷提升。

2.加氫反應(yīng)器的裂紋分析

(1)堆焊層的開(kāi)裂

堆焊層開(kāi)裂指的是不銹鋼堆焊金屬所發(fā)生的氫脆問(wèn)題。通常來(lái)說(shuō)，堆焊層當(dāng)中鐵素體的體積分?jǐn)?shù)要被控制在3%-10%，如果過(guò)低的話，就容易產(chǎn)生熱裂紋，如果過(guò)高則會(huì)對(duì)σ相形成產(chǎn)生影響。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在加氫反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，環(huán)境的溶解氫會(huì)對(duì)焊體的柔韌性和延伸性產(chǎn)生影響。如果σ相吸氫的量超過(guò)20×10-6的話，就容易造成σ相開(kāi)裂，開(kāi)裂的部位也有可能會(huì)進(jìn)一步拓展。研究人員通過(guò)對(duì)不銹鋼進(jìn)行研究之后發(fā)現(xiàn)，如果材料當(dāng)中鐵素體與σ相的含量比較高的話，就會(huì)使其在延伸性與韌性方面的損失增加，進(jìn)而會(huì)容易出現(xiàn)裂紋。在出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題之后，如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，仍然進(jìn)行重復(fù)地開(kāi)工和停工，還會(huì)導(dǎo)致裂紋變得更為嚴(yán)重。

在堆焊金屬當(dāng)中，裂紋會(huì)由焊層表面向著加氫反應(yīng)器的容器內(nèi)壁發(fā)展，大多數(shù)的裂紋會(huì)在對(duì)焊接的交界處停止發(fā)展，也有少數(shù)的裂紋會(huì)穿過(guò)這一交界面最終到達(dá)鋼殼體的熔合面。在這樣的情況下，殼體會(huì)直接暴露在工作介質(zhì)當(dāng)中，導(dǎo)致內(nèi)部的材料受到高溫高壓和硫化的影響而遭到腐蝕，進(jìn)而增加了氫致破壞的可能性。

(2)R-301的開(kāi)裂

雖然加氫反應(yīng)器的R-301都具有質(zhì)量證明書(shū)，其中的母材鋼板通常也都通過(guò)了相應(yīng)的檢驗(yàn)，但是在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中加氫反應(yīng)器R-301也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂紋。這一裂紋不僅存在于堆焊層當(dāng)中，還有可能會(huì)進(jìn)一步延伸到母材上。對(duì)于這種情況，可以根據(jù)不同裂紋的表現(xiàn)形式和堆焊層中裂紋的起源進(jìn)行分析。通常來(lái)說(shuō)，如果原設(shè)備在生產(chǎn)與制造過(guò)程當(dāng)中本身就存在堆焊層焊接缺陷的話，就可能會(huì)引發(fā)這一問(wèn)題。尤其是存在夾渣問(wèn)題的話，加氫反應(yīng)器的局部區(qū)域應(yīng)力水平就處于比較高的狀態(tài)，該應(yīng)力會(huì)與焊接結(jié)構(gòu)當(dāng)中的殘余應(yīng)力產(chǎn)生共同作用，進(jìn)而導(dǎo)致夾渣邊緣產(chǎn)生輕微的裂紋。與此同時(shí)，堆焊層材料在經(jīng)過(guò)吸氫之后容易出現(xiàn)脆化，這會(huì)導(dǎo)致裂紋進(jìn)一步拓展，在穿透雙層堆焊層之后，最終到達(dá)反應(yīng)器的器壁，該器壁受到吸氫脆化和回火脆化的影響，就會(huì)發(fā)生脆性開(kāi)裂的問(wèn)題。

3.加氫反應(yīng)器的裂紋處理策略

(1)堆焊層裂紋的處理策略

①裂紋在面層的處理

首先，需要先使用砂輪片將裂紋的位置進(jìn)行打磨，使它的形狀變得更加規(guī)則，這樣可以更好地進(jìn)行補(bǔ)焊操作。在這之后，還需要對(duì)打磨的表面進(jìn)行滲透檢測(cè)，確保缺陷已經(jīng)全部被消除，然后對(duì)表面的化學(xué)成分進(jìn)行光譜分析，確保它的材質(zhì)符合實(shí)際要求。其次，在補(bǔ)焊的時(shí)候，需要采用小電流快速焊接的方式，同時(shí)還要對(duì)整個(gè)焊接過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。要將道間溫度的最高值控制在150℃左右，并避免出現(xiàn)焊接線能量過(guò)度輸出的問(wèn)題，這樣可以最大化地避免焊接裂紋的出現(xiàn)。在這個(gè)過(guò)程中使用的焊材為E19.9.NbR、規(guī)格為3.2mm，焊接過(guò)程當(dāng)中的電流要控制在100-110A，電壓在22-26V，焊接速度在25-30cm·min-1。

②裂紋在過(guò)渡層的處理

首先，同樣要對(duì)裂紋的位置進(jìn)行打坡處理，并進(jìn)行滲透檢測(cè)與光譜分析。其次，在對(duì)過(guò)渡層進(jìn)行補(bǔ)焊的時(shí)候，只需要焊接一小層即可，堅(jiān)持小電流快速焊的原則，將最高道間溫度控制在200℃左右。最后，在完成焊接之后，還要進(jìn)行熱處理，使用電加熱裝置，設(shè)置相應(yīng)的熱電偶，并將處理信息記錄下來(lái)形成變化曲線，這樣可以對(duì)處理效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查。在處理的過(guò)程中，使用的焊材為E24.13.LR、規(guī)格為3.2mm，焊接過(guò)程當(dāng)中的電流要控制在100-120A，電壓在22-26V，焊接速度在25-30cm·min-1。

(2)接管裂紋的處理策略

首先，要在裂紋深度的2mm處進(jìn)行修磨，并對(duì)打磨的位置進(jìn)行磁粉檢測(cè)，確保沒(méi)有缺陷存在。其次，對(duì)裂紋深度大于2mm的部位進(jìn)行補(bǔ)焊。要想將周圍20cm處的雜物清理干凈，將范圍以內(nèi)區(qū)域進(jìn)行均勻預(yù)熱，然后按照相應(yīng)的工藝進(jìn)行補(bǔ)焊，確保層間溫度在200-280℃。完成補(bǔ)焊之后，要在第一時(shí)間進(jìn)行消氫處理，并對(duì)焊縫進(jìn)行修磨，實(shí)現(xiàn)焊材與母材之間的平滑過(guò)渡。在處理的過(guò)程中，使用的焊材為CROMOE225、規(guī)格為3.2mm，焊接過(guò)程當(dāng)中的電流要控制在120-140A，電壓在22-26V，焊接速度在12-20cm·min-1。

在完成焊接之后的24h之內(nèi)，還需要對(duì)焊接部位及其周邊5cm范圍處進(jìn)行檢測(cè)，確定檢測(cè)合格之后再對(duì)焊接的位置進(jìn)行熱處理。具體來(lái)說(shuō)，操作人員要使用電加熱裝置，對(duì)加熱帶進(jìn)行環(huán)向布置。要將起始加熱溫度和終止加熱溫度均控制在400℃以內(nèi)，保溫溫度則控制在680-710℃，保溫時(shí)間在2h左右。同時(shí)，還要將升溫與降溫的速率控制在40-55℃/h。在局部加熱的過(guò)程當(dāng)中，要在每個(gè)部位設(shè)置1個(gè)以上的熱電偶，并將熱處理的變化曲線記錄下來(lái)，這樣可以對(duì)熱處理的效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查。

(3)R-301的處理策略

加氫反應(yīng)器R-301出現(xiàn)裂紋的部位通常處于臨氫的環(huán)境當(dāng)中，金屬表面可能已經(jīng)有氫氣滲透，這導(dǎo)致材料受到了不同程度的劣化。在對(duì)該部位的裂紋進(jìn)行處理的時(shí)候，焊接性將會(huì)受到明顯的影響。因此，在焊接之前，需要先對(duì)其進(jìn)行去應(yīng)力處理，確保溶解在金屬表面的氫能夠全部溢出，同時(shí)也要確保材料并沒(méi)有出現(xiàn)軟化。與此同時(shí)，在對(duì)其進(jìn)行焊接的時(shí)候，融合線周圍的熱影響區(qū)如果處理不當(dāng)?shù)脑挘菀桩a(chǎn)生新的裂紋。在處理的過(guò)程中，首先要對(duì)裂紋的具體位置及其長(zhǎng)度進(jìn)行定位，確保每一道裂紋都得到妥善處理。其次，要對(duì)焊接表面進(jìn)行處理，要將裂紋進(jìn)行打磨消缺，并等到裂紋被降至常溫之后在對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的檢查。打磨之后，焊接面需要保持光滑，尤其是過(guò)渡區(qū)域要保持高度圓滑，不能出現(xiàn)凹坑，也要避免焊接的死角。在焊接部位的中間區(qū)域，要去應(yīng)力退出，這同時(shí)可以達(dá)到消氫的目的。最后就可以補(bǔ)充焊接。在這個(gè)過(guò)程中，要將母材熔合比控制在合理的范圍，使焊接線周圍的能量輸入盡可能地降低，同時(shí)還要堅(jiān)持小電流、快速焊的原則，在完成每一層和每一道焊接之后，要在徹底清渣并將凹坑處進(jìn)行補(bǔ)焊填平之后再進(jìn)行下一層的焊接。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加氫反應(yīng)器的作用比較多，它可以幫助企業(yè)獲得更高質(zhì)量的石油加工產(chǎn)品，促進(jìn)石油化工原料的進(jìn)一步增產(chǎn)，同時(shí)還可以進(jìn)行中餾分油的操作。面對(duì)裂紋，工作人員需要及時(shí)做好相應(yīng)的處理，對(duì)接管處和堆焊層的裂紋進(jìn)行分別修復(fù)，按照相應(yīng)的工藝控制好修復(fù)的質(zhì)量，還要對(duì)整個(gè)修復(fù)的過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督與檢查，并在完成修復(fù)之后做好相應(yīng)的檢測(cè)，確保修復(fù)的效果能夠滿足實(shí)際要求。