甲醇合成塔的修理與檢驗

郭穎，方燕然

（巨化集團公司壓力容器檢測站，浙江衢州324004）

0 引 言

圖1 甲醇合成塔結構及開裂部位

某公司甲醇合成塔是甲醇生產的關鍵設備，2008 年1 月巡檢發現該塔二樓筒體環焊縫處（圖1）發生大量飽和水蒸汽泄漏，泄漏部位總長約200 mm，停車檢查后發現泄漏部位分布數條間斷裂紋，裂紋已經穿透筒體環焊縫。對筒體進行壁厚測定，厚度值在正常范圍內，隨后進行超聲波、磁粉檢測，發現該環縫的其他部位也存在不同程度的線性缺陷，在有嚴重缺陷的環縫部位用電鉆對準缺陷鉆出一定深度的小孔，證實了環縫內側存在裂紋，于是決定委托南京化學工業公司化工機械廠對整條環焊縫進行修理。

1 容器基本資料

設計壓力（殼程/管程）為5.6/5.6MPa；設計溫度（殼程/管程）為280/280℃；工作壓力（殼程/管程）為5.4/5.4 MPa；工作溫度（殼程、管程）為270/280℃；材質為筒體20MnMoNi55，上下球形封頭16Mo3，換熱管SAF2205；厚度為筒體46/60 mm，上下球形封頭48 mm，換熱管φ44×2 mm；介質（殼程/管程）為鍋爐給水、蒸汽/合成氣、觸媒；制造日期為2002 年5 月；容器直徑為2 900 mm。

2 容器環焊縫裂紋原因分析及對策

2.1 原因分析

該容器自2002 年8 月投用至2008 年1 月筒體環焊縫泄漏開裂，運行了5 年多，該容器筒體材質20MnMoNi55 為低合金高強鋼，焊接性能不佳，開裂的部位為殼程（蒸汽側）筒體環焊縫為40 mm 和60 mm 對接焊接接頭，其中60 mm 為固定管板處筒體厚度。焊接殘余應力大，焊縫容易產生再熱裂紋和延遲裂紋，而且在使用過程中筒體的熱脹冷縮，使筒體環焊縫產生巨大的應力，環焊縫逐漸開裂引起水、蒸汽泄漏，如圖2 所示。

圖2 環焊縫開裂引起水、蒸汽泄漏

2.2 返修前準備工作

1）系統停車，塔體溫度降至50℃以下，排盡塔內水等介質，拆除塔體保溫，返修部位搭設工作平臺和幾乎全封閉的防風防雨工作篷，篷內設照明碘鎢燈3 盞。

2）現場分設4 個電源箱，提供約500 kW 檢修電源（2臺180 kW 電加熱設備，4 臺大功率直流焊機，1 臺空壓機，2 個220 V 電源盒）。

3）塔體外側點焊加熱塊鉤和整圈單面焊擋板，另在焊縫上下兩側200 mm 處各點焊6 只測溫電偶（整圈均布），電加熱塊用鐵絲整圈包裹在焊縫兩側，共2 圈，2 圈加熱塊外覆2 層隔熱玻璃纖維，再包一層石棉布，用數圈鐵絲包扎固定，焊縫兩側各留100 mm 作業空間，2 臺電加熱器各分管一圈加熱塊，使用電加熱器時，無論升溫還是降溫，都需緩慢調節溫度（每小時升降溫不得大于50℃），降溫時焊縫部位的實際溫度用紅外測溫儀檢測確定。

2.3 消除缺陷

修理部位預熱到200℃，用碳弧氣刨、砂輪機、鏨子徹底清除缺陷和熔渣，用砂輪機打磨修理U 型焊縫坡口，坡口部位必須打磨至露出金屬光澤并且100%滲透檢測合格。

2.4 焊接工藝

表1 焊接參數

用氬弧焊打底（氬弧焊機）→用J607Ni 施焊（1 000 A直流焊機，直流反接，焊接參數見表1，焊縫層間溫度200～300℃）→測應力和除焊渣（用電錘改裝，每堆焊一層測應力一次，邊測邊焊）→全部堆焊結束（焊縫表面堆到與筒體外壁平齊），焊縫外觀檢測合格。

注意：J607Ni 焊條是專用于有再熱裂紋傾向的設備殼體的焊接，焊條電烘箱需緩慢升到350 ℃，保溫2 h，再緩慢降溫到100℃保溫，隨取隨用。碳弧氣刨棒為φ13×355，氣刨電流為650～800 A。

2.5 施工工藝

為盡可能減少對甲醇合成塔變形的影響和加快檢修速度，將整圈焊縫均分成8 小段，由兩個相同的施工隊伍（兩焊一打磨）從對稱的兩小段同步施工，修好（完全焊好）兩小段后，再轉90°，換另兩小段同步施工，如此分4次將全部焊縫修理完畢。

2.6 焊后消氫處理

用電加熱帶緩慢加熱焊縫，焊縫溫度從200～300℃上升到300～400℃保溫3 h 后緩慢降溫至50℃，焊縫MT、UT 檢測合格。

2.7 焊后消除應力熱處理

為防止產生延遲裂紋，進行消除應力熱處理，焊縫溫度從不大于50℃緩慢升溫到600～650 ℃，保溫10 h，緩慢降溫至400℃，拆除加熱設備，自然冷卻到常溫。

2.8 無損檢測

整條環縫進行100%超聲波檢測，對發現的4 處未超標缺陷詳細記錄（缺陷在焊縫中的位置、回波波幅、長度、埋藏深度等信息），焊縫外表面100%磁粉檢測，檢測前用A1-30/100 試片確認檢測靈敏度符合要求。

2.9 耐壓試驗

用4D-SY-16/80 試壓泵緩慢升壓至試驗壓力6.8 MPa，保壓30 min 后降壓至5.4 MPa，檢查容器和焊縫無異常變形、無異常響聲、無泄漏，耐壓試驗合格后緩慢降壓至常壓。

3 結 語

該甲醇合成塔修理投用后一直安全運行至今，經過2008 年、2009 年、2010 年、2013 年的定期檢驗，對修理后的未超標缺陷進行超聲波、磁粉檢測，未發現缺陷擴展，證明對甲醇合成塔的修理是成功的。

［1］ 劉會杰.焊接冶金與焊接性［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［2］ 韓國明.焊接工藝理論與技術［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［3］ 王宗杰.熔焊方法及設備［M］.北京：機械工業出版社，2006.