鍛焊結構鉻鉬鋼制反應器產品質量分級標準研制

呂錚

摘 要：基于鍛焊結構鉻鉬鋼制反應器產品質量分級標準的制定與創新需求，通過對影響鍛焊結構鉻鉬鋼制反應器本質安全的關鍵因素進行分析，得出了標準性能測試指標的設置思路，以現行國家標準、行業標準為基礎，結合多年來檢驗實踐積累的數據庫，創新性設置了性能測試指標及其量化分級范圍，并對標準的可操作性進行了分析。

關鍵詞：鍛焊結構，鉻鉬鋼，反應器，性能測試，質量分級

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.05.018

0 引 言

鍛焊結構加氫反應器是現代煉油工業中的重大關鍵設備，主要用于石油煉制中重質油的加氫裂化、加氫精制以及催化重整等。隨著我國石油深加工技術的提高以及煉化裝置的大型化，加氫反應器的設計溫度、設計壓力、規格尺寸都在逐步增大，2020年6月，全球首臺3000噸級超級鍛焊結構鉻鉬鋼制加氫反應器在我國制造完工。

鍛焊結構鉻鉬鋼制反應器屬于高溫、高壓、臨氫環境下工作的大型壓力容器，主體材質為加釩的鉻鉬鋼鍛件堆焊 E309L（過渡層）+E347（耐蝕層），遵循的技術規范為TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》，所執行的標準包括JB 4732-1995，2005確認版《鋼制壓力容器—— 分析設計標準》、NB/T 47008-2017《承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件》、NB/T 47013-2015《承壓設備無損檢測》及設計院技術條件等。國內外現有的產品制造標準及設計文件僅規定了該類產品質量應當滿足的最低要求。市場經濟環境下，相關產品合格不好用、優質不優價、低價格中標等相關問題的產生，迫切需要研制出鍛焊結構鉻鉬鋼制反應器產品質量分級[1]標準。

1 性能測試指標設置思路

依據相關法規標準[2 ，3]對鍛焊結構反應器安全性能的基本要求，結合加氫反應器制造及使用中發現的問題進行了有針對性的考慮。鍛焊結構鉻鉬鋼制反應器的本質安全主要由以下3個方面來保證。

（1）材料應具有良好的力學、化學、工藝等方面的性能。在材料方面，該類設備筒體主體材料為抗氫耐熱鉻鉬鋼2.25Cr1MoVⅣ鍛件[4]，有較高的高溫強度和抗氫腐蝕能力，但由于材料中含有較高的Cr、Mo等合金元素，在370～575℃區間材料會發生回火脆化，鋼中P、Sn、As、Sb等雜質元素在晶界上的偏析是回火脆化的主要原因，因此，選擇了主體材料的回火脆化系數J、焊縫材料的回火脆化系數X、沖擊吸收能量作為產品質量分級性能測試評價指標，J系數、X系數值越高，回火敏感性越大，沖擊吸收能量越高則材料韌性越好。

（2）結構上應具有足夠的壁厚和合理的形狀，保證各個部位的應力、應變均在容許的范圍內。在結構上，選擇了壁厚、對口錯邊量、筒體圓度偏差、直線度偏差作為質量分級性能測試評價指標，這些指標反映了反應器結構的均勻性，實測值越小，表明其結構越均勻，受力狀態越好，抗疲勞性能也就越好，該類指標的設置是合理且必須的。

（3）焊接是壓力容器制造過程中極為關鍵的環節，焊接質量直接關系到產品的使用安全及壽命。在焊接質量及焊接強度方面，選擇了焊工經驗和穩定性檢查、焊接接頭內外表面缺陷無損檢測[5]、焊接接頭內部質量無損檢測作為質量分級性能測試評價指標；在耐腐蝕方面，選擇了堆焊層厚度測量、堆焊層表面無損檢測作為質量分級性能測試評價指標。測試發現問題越少，本質越安全。

選擇與產品質量密切相關的、能夠充分體現產品本質安全和實際使用性能的技術指標，作為產品性能測試考核量化指標，包括主要受壓元件材料中主要合金元素含量、焊接材料中主要合金元素含量的測試、焊接返修部位檢查、無損檢測抽查、熱處理效果驗證、幾何尺寸及形位偏差測試等。

2 性能測試指標的設置與量化分級

性能測試指標的設置及量化分級呈金字塔型，既鼓勵先進，又考慮相關國家、行業標準具體實際，既符合國情，又為樹立產品質量標桿、追求產品質量提升打下良好基礎。

2.1 S、P元素含量

S、P是材料中的有害元素，在統計了國內大量鍛件數據的基礎上，本分級標準提高考核指標要求，將S含量滿足設計要求（Ⅲ檔）、S≤0.005%（Ⅱ檔）、S≤0.003%（Ⅰ檔）3檔賦分值；將P含量滿足設計要求（Ⅲ檔）、P≤0.008%（Ⅱ檔）、P≤0.005%（Ⅰ檔）3檔賦分值。

2.2 沖擊吸收能量（KV2）

KV2是材料韌性的主要指標，本標準在統計了國內大量材料數據的基礎上，將沖擊吸收能量指標KV2≥設計要求值（Ⅱ檔）、KV2≥設計要求值的150%（Ⅰ檔）2檔賦分值。

2.3 主體材料的回火脆化系數J

J系數=（Si+Mn）×（P+Sn）×104%，一般設計要求J系數≤100%，本標準在調查研究的基礎上，將J系數≤100%（Ⅲ檔）、J系數≤80%（Ⅱ檔）、J系數≤60%（Ⅰ檔）分3檔賦分值。

2.4 焊縫材料的回火脆化系數X

X系數=（10P +5Sb+4Sn+ As）×10-2，一般設計要求X系數≤15，本細則在調查研究的基礎上，將X系數≤15（Ⅱ檔）、X系數≤12（Ⅰ檔）2檔賦分值。

2.5 焊縫返修

A、B 類焊縫返修總長度≤焊縫總長度的0.2%；返修總長度≤焊縫總長度的0.5%（射線檢測按底片/圖像總數的3%）或不超過1處，且無2次返修；返修總長度≤焊縫總長度的0.5%（射線檢測按底片/圖像總數的3%）或不超過1處分3檔賦分。

2.6 無損檢測

無損檢測Ⅰ級底片/圖譜長度比例≥98%、Ⅰ級底片/圖譜長度比例≥95%、Ⅰ級底片/圖譜長度比例≥90%分3檔賦分。

2.7 錯邊量

錯邊量≤標準允許值、錯邊量≤標準允許值的2/3、錯邊量≤標準允許值的1/2分3檔賦分。

2.8 筒體圓度偏差

筒體圓度偏差≤標準允許值、筒體圓度偏差≤標準允許值的2/3、筒體圓度偏差≤標準允許值的1/2分3檔賦分。

2.9 筒體直線度偏差

筒體直線度偏差≤標準允許值、筒體直線度偏差≤標準允許值的2/3、筒體直線度偏差≤標準允許值的1/2分3檔賦分。

以現行國家標準、行業標準為基礎，在進行了大量調查研究的基礎上，結合中國特檢院多年來檢驗實踐積累的數據庫，設置鍛焊結構鉻鉬鋼制反應器產品質量分級標準中性能測試指標，確定量化分級范圍，實現產品質量的量化分級，可以充分體現產品質量及安全性的優劣，具有一定的創新性。

3 標準可操作性分析

（1）材料檢查。依據現行國家標準GB/ T 223《鋼鐵及合金化學分析方法》，分析可得材料中S、P、Si、Mn、Sn、Sb、As等元素含量，計算得出J系數、X系數；依據GB/T 228.1《金屬材料 拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》，試驗可得沖擊吸收能量（KV2）試驗值；與國家材料標準及技術文件等相關要求比較得出指標的量化分級范圍。

（2）焊縫無損檢測及返修。根據對產品制造過程資料的查閱情況，確定產品A、B、C、D、E類焊縫的抽查位置和比例，依據NB/T 47013《承壓設備無損檢測》，評定Ⅰ級底片/圖譜長度，統計焊縫返修長度等指標。

（3）產品結構檢查。現場測試抽樣產品的錯邊量、筒體圓度/橢圓度、筒體直線度，依據相關國家標準及技術文件要求，計算偏差值，得出相關指標的量化分級范圍。

標準所有性能測試指標均有國家或行業標準為依據，相關機構、企業的測試能力基本滿足測試要求，可操作性強。

4 結 語

（1）鍛焊結構鉻鉬鋼制反應器產品質量分級評價標準創新性地設置性能測試指標，提高了測量精度及結果區分度，實現了產品質量測試評價的精準量化，實現了對產品在合格基礎上進行科學地量化分級，為解讀同類產品質量差異、豐富產品質量信息，為消費者選購提供了有益參考，為優質優價提供采信依據，為質量提升和高質量發展創造有利環境。

（2）鍛焊結構鉻鉬鋼制反應器產品質量分級評價標準的應用，使多家企業在設計環節為自身產品質量提升作出了積極改變。

（3）該標準的應用為同類產品質量分級標準的制定提供了有益思路。

參考文獻

T/CAS ES000000001-2022（V01），工業品質量分級評價

通則[S].

TSG 21-2016，固定式壓力容器安全技術監察規程[S].

JB 4732-1995，鋼制壓力容器-分析設計標準[S].

NB/T 47008-2017，承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件[S].

NB/T 47013-2015，承壓設備無損檢測[S].