廣東石化煉化延遲焦化裝置NM550 耐磨鋼板焊接技術總結

張學云 閆亭亭 劉鑫磊

中國化學工程第七建設有限公司 四川成都 61000

廣東石化煉化一體化項目是中國石油集團貫徹國家能源安全戰略、實現煉化業務轉型升級的戰略工程，也是構建廣東省對外開放新格局、推動粵東地區經濟發展的重點工程。其300 萬t/ a 延遲焦化裝置由焦化部分（含冷焦水處理）、吸收穩定部分、干氣液化氣精制部分、石油焦密閉處理部分及公用工程部分組成。其中，焦化部分、吸收穩定部分采用美國 FOSTER WHEELER 公司的SYDEC (Selective Yield Delayed Coking)工藝技術。焦化部分溜焦槽設計為NM550 耐磨鋼板材質，自破碎機下口延伸至石油焦脫水倉。

1 耐磨鋼板應用的背景及優勢

1.1 背景

石油焦是原油經蒸餾將輕重質油分離后，重質油再經熱裂轉化而成的產品，從外觀上看，焦炭為形狀不規則、大小不一的黑色塊狀（或顆粒），有金屬光澤。焦炭的顆粒具多孔隙結構，主要元素組成為碳(80%以上)，含氫1.5%～8%，其余為氧、氮、硫和金屬元素。

按石油焦外觀形態及性能的不同，可分為海綿狀焦、蜂窩狀焦和針狀焦3 種。其中海綿狀焦外觀類似海綿，雜質含量較多，內部含有許多小孔，空隙間焦壁很薄，不適合作為生產炭材料的原料；蜂窩狀焦內部小孔分布比較均勻，有明顯的蜂窩結構，具有較好的物理性能和力學性能，此類石油焦可以作為普通功率石墨電極、預焙陽極和電炭制品生產用的原料；針狀焦外表有明顯條紋，焦塊內部的孔隙呈細長橢圓形定向排列，破碎后為細長顆粒，可作為生產高功率和超高功率石墨電極的原料。

在石油焦自破碎機破損后輸送至脫水倉的過充中，由于溫度較高、粘度較大，極易在溜焦槽運輸部位阻塞或磨損損耗，因此一種新型耐磨鋼板材料應運而生。

1.2 耐磨鋼板的優勢及先進性

NM550 是高強度耐磨鋼板，具有較高的耐磨性能和較好的沖擊韌性，被廣泛應用于冶金、機械、礦山等行業。其布氏硬度值達到550（HBW），主要是在需要耐磨的場合或部位提供保護，延長設備使用壽命，減少維修帶來的檢修和停機，相應減少資金的投入。

但此鋼種合金成分較高、碳當量較大，在切割、焊接過程中具有明顯的冷裂紋傾向，焊接性能較差。為了保證此鋼種的結構使用性能，達到耐磨板強度、韌性、耐磨性的統一，以下就廣東石化煉化一體化項目二聯合300 萬t/ a延遲焦化裝置Ⅱ的溜焦槽耐磨鋼板安裝及焊接過程中的重難點進行深入研究總結。

2 溜焦槽耐磨鋼板焊接前期準備

2.1 現場安裝主要工作量

溜焦槽耐磨鋼板厚度分為10mm 及20mm 兩種，為半圓倉形狀。為方便現場安裝，減少現場拼接焊道數量，要求廠家沿斷面方向分兩段制作發運至現場（即兩段拼接為一個半圓倉），縱向方向長度可取2.0～3.0m。半成品運達現場后，中國化學工程第七建設有限公司負責組對焊接剩余焊道，施焊長度約1581m。圖1 為溜焦槽耐磨鋼板分段圖。

2.2 現場焊接存在的主要困難

耐磨鋼板具有復雜的合金成分系統，在熱切割過程中由于斷面組織的改變極易導致延遲裂紋的產生。由材料化學成分及力學性能可知，NM550 屬于低合金高強度耐磨板，具有較高的機械強度，但相對于常用鋼材（例如Q345B），其碳當量較大，CEV＝0.65%，具有明顯的冷裂紋傾向。如果焊材的選用原則遵循等強匹配，焊縫容易出現焊縫根部超強，局部脆硬而韌性不足及熱影響區脆化，在焊接過程中焊縫容易產生裂紋。

同樣因為合金成分較為特殊，焊接過程中極易造成局部焊接應力過大，焊接應力無法消除的情況，對焊縫質量帶來隱患。

3 耐磨鋼板焊接過程控制

3.1 耐磨鋼板下料及坡口加工

預防耐磨鋼板產生切割裂紋最有效的方法是在切割前進行預熱，預熱溫度高低主要取決于鋼板質量等級和板厚，可采用火焰燒槍、電加熱等預熱方法。為確定鋼板預熱效果，應在靠近加熱點5cm 以外位置檢測預熱溫度。另外，低速切割也是避免切割裂紋的有效方法。對于耐磨板的切割，現場采用電加熱片加熱，切割前預熱溫度達到100℃左右為宜；并按鋼板的厚度及等級選用合適的切割速度，例如20mm 鋼板，切割速度以200cm/ min 為宜。

現場拼接位置需按要求開設坡口，坡口組對間隙為2mm，坡腳為45.0°，10mm/ 20mm 厚耐磨鋼板鈍邊δ=2mm/ 4mm。圖2 為耐磨鋼板坡口加工圖。

圖2 耐磨鋼板坡口加工圖

3.2 耐磨鋼板焊接焊材選用

HM550 耐磨鋼板具有明顯的冷裂紋傾向，如果焊材的選用原則遵循等強匹配，焊縫容易出現焊縫根部超強，局部脆硬而韌性不足及熱影響區脆化。為了保證焊縫在使用過程中的強度、韌性要求，項目部選用D276 耐磨堆焊用焊材連接耐磨板的基體部分，來提高焊縫韌性，降低焊縫淬硬性，同時滿足強度要求。

3.3 耐磨鋼板焊接注意事項

3.3.1 焊前預熱

由于耐磨鋼板材質特殊性，合金成分含量較高，極易在焊接過程中產生焊接應力。為避免此類情況發生，要求焊接前及焊接過程中一直保持100～150℃伴熱溫度。

3.3.2 焊接線能量控制

表1 和表2 分別為10mm 和20mm 厚耐磨鋼板焊接工藝參數。焊接時采用窄道，多層多道焊焊接方法，層間溫度控制在150～250℃。

表1 10mm 厚耐磨鋼板焊接工藝參數

3.3.3 焊后保溫緩冷

參考相關標準規范要求該材質鋼板焊接完成后不需進行焊后熱處理，但需使用保溫棉覆蓋焊縫，使之達到緩慢冷卻的要求。由于前期施工作業人員對保溫緩冷要求理解不到位，該焊縫僅部分焊接完成，未注意保溫緩冷要求，導致焊縫開裂。詳見圖3 圖4。

圖4 耐磨鋼板焊縫局部開裂

3.3.4 焊后無損檢測要求

首先焊接應滿足GB50205 及其他現行焊接技術規范的相關要求，耐磨鋼板焊縫應滿足二級焊縫的要求，不得有超出允許偏差的缺陷，具體外觀檢測應滿足表3 中要求。其中二級焊縫需按焊縫長度20%進行超聲檢測，其合格等級不得低于表4 中B 級檢測中的Ⅲ級要求。現場施工焊縫總長1581m，超聲檢測焊縫長度352m，一次檢測焊縫長度350.5m，合格率為99.5%

表3 二級、三級焊縫外觀質量標準 mm

表4 超聲波檢測缺欠等級評定

4 結語

采用低組配焊接材料，在下料及焊接過程中恒溫加熱，并在焊接完成后進行保溫緩冷等先進工藝，基本上解決了高強度耐磨鋼板焊接開裂問題，大大縮短了施工工期，降低了施工成本，保證了焊接質量，廣東石化煉化一體化項目中300 萬t/ a 延遲焦化裝置溜焦槽耐磨鋼板焊接施工任務順利完成。