自動(dòng)堆焊技術(shù)在高含硫氣田設(shè)備防腐中的應(yīng)用

劉博強(qiáng) 蔡偉 范林云 邵青

1 .中國(guó)石油西南油氣田川東北作業(yè)分公司 四川 成都 610021

2. 上海蘇爾壽工程機(jī)械制造有限公司 上海 201306

1 概述

高含硫天然氣田具有高產(chǎn)、高壓、高酸性的特點(diǎn)，因?yàn)楦吆琀2S、CO2以及CL-及有機(jī)硫的存在，導(dǎo)致天然氣凈化裝置面臨十分嚴(yán)峻和復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。從2017年大修開(kāi)始，再生塔收集塔盤(pán)以下部位受胺液、酸氣以及高溫影響，多處出現(xiàn)大面積腐蝕減薄，主要集中在半貧液進(jìn)口段，并伴有深度不同的點(diǎn)蝕。經(jīng)過(guò)每年大修檢查，腐蝕區(qū)域有明顯擴(kuò)大趨勢(shì)，腐蝕深度也在增加。以下圖1、圖2為C-070603-2在2018年大修和2020年大修時(shí)繪制的腐蝕區(qū)域圖。

圖1 2018年腐蝕圖

圖2 2020年腐蝕圖

2020年大修期間測(cè)的最小厚度值及計(jì)算腐蝕速率如表1所示，屬于嚴(yán)重腐蝕。

表1 腐蝕速率表

腐蝕分析認(rèn)為是半貧液所攜帶的H2S和CO2在沿著碳鋼塔壁流動(dòng)的過(guò)程中造成的接觸性的局部腐蝕。2020年大修后，使用的某溶液更易吸收CO2的特性，預(yù)計(jì)會(huì)加劇塔內(nèi)壁CO2腐蝕。因此決定對(duì)C-070603-3/2內(nèi)壁實(shí)施不銹鋼堆焊，使其具有更好的抗腐蝕性能，提升設(shè)備的可靠性。

2 自動(dòng)堆焊技術(shù)應(yīng)用過(guò)程及關(guān)鍵控制點(diǎn)[1-3]

施工之前，對(duì)施工單位的機(jī)具及材料進(jìn)行了檢查，確認(rèn)滿足施工作業(yè)條件；并組織相關(guān)作業(yè)焊工進(jìn)行入場(chǎng)考試，核實(shí)查驗(yàn)焊工資質(zhì)證書(shū)，確保作業(yè)人員符合要求。

堆焊區(qū)域:收集塔盤(pán)以下3000mm以內(nèi)塔內(nèi)壁，A1E和A1F人孔內(nèi)壁，N6A和N6B接管內(nèi)壁進(jìn)行堆焊。具體工序如下：

對(duì)收集器以下至下封頭環(huán)縫塔內(nèi)壁，以及DN≥200的人孔及接管內(nèi)壁，施工前先經(jīng)過(guò)消氫處理，消氫溫度350℃保溫2小時(shí)。如圖3、4所示。

圖3 消氫熱處理升溫曲線

圖4 熱處理實(shí)際曲線

砂輪機(jī)打磨去除收集塔盤(pán)以下3000mm以內(nèi)所有爬梯組件，并將殘余焊縫打磨干凈。

堆焊區(qū)域內(nèi)塔壁表面清理（包括人孔、接管），去除表面氧化層及其他雜物，100% MT檢測(cè)后標(biāo)記腐蝕位置。用砂輪機(jī)打磨或等離子氣刨去除腐蝕缺陷，如圖5所示，缺陷清除完畢100%目視檢查，目視檢查合格后100% MT復(fù)檢確保腐蝕缺陷全部去除。用UTG定點(diǎn)測(cè)厚，確認(rèn)當(dāng)前壁厚。

圖5 腐蝕區(qū)域打磨

塔璧上腐蝕去除后超過(guò)1mm的凹坑，打磨清理去除表面的油污和氧化層，使用GMAW-P或GTAW對(duì)凹坑進(jìn)行手工修補(bǔ)，焊絲為ER50-6。補(bǔ)焊后將多余的厚度打磨去除與周圍母材平齊，100% MT檢測(cè)確保表面無(wú)缺陷。

將自動(dòng)堆焊區(qū)域6等分，由3臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)分段施焊，盡量減少焊接變形。自動(dòng)堆焊前打磨清理去除塔壁表面的油污和氧化層，根據(jù)堆焊工藝布置定位點(diǎn)焊相應(yīng)的自動(dòng)焊機(jī)軌道（如圖6），在塔壁上采用S317L焊絲（圖7）按工藝規(guī)程要求的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)堆焊（圖8），堆焊時(shí)控制層間溫度≤150℃，焊接電流控制在120～160A。

圖7 焊絲

圖8 自動(dòng)焊接

內(nèi)壁堆焊結(jié)束，對(duì)新的316L爬梯進(jìn)行PMI復(fù)檢并定位點(diǎn)焊，按工藝規(guī)程要求的參數(shù)使用半自動(dòng)GMAW-P焊接爬梯與塔壁角焊縫，焊絲為S317L，見(jiàn)圖9。同時(shí)按工藝規(guī)程要求的參數(shù)使用半自動(dòng)GMAW-P對(duì)人孔和接管進(jìn)行手工堆焊，見(jiàn)圖10，焊絲為S317L。

圖9 爬梯復(fù)檢及焊接

圖10 堆焊接管

堆焊層表面100%目視檢查，對(duì)于外觀缺陷，使用GTAW手工修復(fù)，焊絲為S317L。修復(fù)完成，打磨焊縫余高與周圍堆焊層平齊。

堆焊完畢清理堆焊層表面，以滿足無(wú)損檢測(cè)要求。對(duì)堆焊質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，堆焊層無(wú)損檢測(cè)：100% PT檢測(cè)（NB/T 47013.5 Ⅰ級(jí)），如圖10，UTG測(cè)厚（堆焊層厚度≥3mm），實(shí)測(cè)壁厚均在24mm以上，PMI檢測(cè)（主要合金元素：Cr 13%～18%，Ni 10%～14%，Mo 2%～3%），鐵素體檢測(cè)（鐵素體含量4%～12%）。

3 經(jīng)驗(yàn)啟示[4-5]

以上步驟在執(zhí)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，主要集中在自動(dòng)堆焊這一步。在自動(dòng)堆焊過(guò)程中，如果軌道安裝沒(méi)有合理規(guī)劃，將會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)焊接區(qū)域分散，并且區(qū)域接頭環(huán)焊縫和縱焊縫較多，另外如果開(kāi)始時(shí)焊接電流的不穩(wěn)定也會(huì)導(dǎo)致了部分焊道成型不好，焊道與焊道之間存在未熔合，無(wú)形中會(huì)增加了大量的后期修補(bǔ)工作。第二列再生塔為了避免這一狀況，在軌道安裝之前，先要求安裝人員測(cè)量好整個(gè)焊接區(qū)域高度，計(jì)算好分幾層堆焊，將軌道架設(shè)為同一高度，自動(dòng)焊機(jī)上下行程裝置調(diào)整好起始高度，焊機(jī)向上行程控制好每次的位移量，確保焊接區(qū)域整體成型，焊縫與焊縫之間融合率達(dá)到50%，起始焊接電流先從小數(shù)值開(kāi)始，避免焊肉堆積過(guò)多，以上措施確保了二列再生塔后期手工修補(bǔ)工作量大大降低，焊縫成型更美觀。縮短了工期，為開(kāi)廠復(fù)產(chǎn)贏得了寶貴的時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次大修二列、三列再生塔總修復(fù)面積約80平方米，使用CladFuseTM自動(dòng)堆焊技術(shù)，可以將堆焊熔深控制在0.3-0.5mm，在保證了塔壁母材與堆焊層結(jié)合強(qiáng)度的同時(shí)，很好的控制稀釋率，確保堆焊層的耐蝕性能，有效的控制變形和應(yīng)力，預(yù)計(jì)后期生產(chǎn)過(guò)程中腐蝕速率會(huì)大幅下降，提升設(shè)備的可靠性。