45萬t/a低密度聚乙烯裝置焊接施工

夏吉龍 姚家賓

一、概述

1. 工程概況

中國石油撫順石化公司的4 5萬t/a線性低密度聚乙烯裝置（LLDPE簡稱PE）位于撫順石化80萬t/a乙烯工程所在的化工新區東部。本裝置引進Un i v a t i o n 公司 UNIPOL 工藝技術，由大慶石化工程有限公司負責工藝及主體結構設計。新建線性低密度聚乙烯裝置沿南北方向設置了兩條貫通式通道，將裝置區劃分為四大區域，分別為原料處理及排放氣回收區、反應區、擠壓造粒區和粒料摻混及輸送系統區。工藝主管廊位于裝置中間，呈東西走向橫穿整個裝置區將各生產區域連接在一起。

2. 工程焊接特點

（1）聚乙烯裝置設計緊湊，施工場地狹窄 裝置南北兩側分別為聚丙烯裝置和高密度聚乙烯裝置，東西兩側分別是包裝車間和乙烯裝置主工藝管廊。工藝管線、鋼結構只能利用裝置區內的部分區域設置臨時預制場地。

（2）聚乙烯裝置鋼結構施工工期緊，焊接工作量大 該裝置高處作業多，焊接質量要求高。聚乙烯裝置鋼結構總重約3 087t，其中脫氣倉框架位于擠壓造粒廠房上部，頂部標高為80.4m，需使用630t履帶吊分四段吊裝就位。

（3）工藝管道安裝量大 工藝管道共計38k m，其中循環氣管線直徑為1 050mm，管線壁厚大，安裝精度要求高，需要焊前預熱、焊后熱處理，對焊工現場焊接、熱處理工藝的執行和質量控制要求高。

（4）涉及到的焊接材質、焊材多，技術含量高 主要為20、A－106B、A672－B60－CL22－S2、A672 B60 C12、A333－Gr6、15Cr Mo、0Cr18Ni9、A312－TP304以及A269－TP316，對原材料、焊接材料的管理工作提出了很高要求。

圖1 鋼結構CO2氣體保護自動焊技術

二、關鍵焊接技術

1. 焊接工藝準備

為確保焊接工藝的正確性和有效性，在收到施工圖后，對公司現有焊接工藝評定項目進行核對，對不能滿足要求的焊接工藝評定項目按照NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》、相關焊接規程以及設計文件要求進行評定，確保裝置用焊接工藝評定正確率100%，覆蓋率100%。

2. 新技術應用

（1）CO2焊運用 在鋼結構預制階段，為提高焊接施工效率，采用C O2氣體保護焊技術（見圖1），同時在鋼結構施工的關鍵部位和自動焊機不方便施焊的位置使用焊條電弧焊進行補充，從而保證施工質量和進度。

（2）高頻逆變直流焊機的使用 聚乙烯裝置T2單元、反應單元有大量小管徑不銹鋼管分布，管線內運行的介質為烷基鋁。由于烷基鋁為無色粘稠的液體，極易氧化，遇水爆炸，所以對管線的組對質量、焊接質量要求很高。為此，項目上選用IGBT逆變直流焊機，通過焊機的高頻引弧和電流衰減功能來避免引弧、收弧缺陷，同時，為了消除管內鐵屑造成的介質粘掛，烷基鋁管線均采用專用割管器進行切割，確保切割后管口無鐵屑粘掛。

（3）運用計算機軟件實現合金鋼管焊接信息化 循環氣管道的材質為A672—B60—CL22—S2，規格為φ1 050mm×22mm，主要用于連接反應器、壓縮機和循環氣冷卻器。循環氣管道在進行焊前預熱、后熱和焊后熱處理時，因管徑大，管內無法封堵而造成熱量大量流失，對管道的焊后熱處理質量造成不好的影響，因此在施工時應盡量減少現場安裝口。針對這種情況，通過運用Sol i dwor ks軟件，優化施工工序，實現地面最大深度組焊預制，不僅大幅度減少高空作業，提高了焊接、熱處理生產效率和質量，而且使管道消應力退火溫度控制均在工藝要求的范圍內，各測溫點曲線滿足工藝要求；工件退火后色澤均勻美觀，無可見變形，硬度試驗、力學性能等檢測結果滿足標準及設計要求，均一次合格。管道信息化施工技術如圖2所示。

（4）低溫鋼A333－Gr6管道焊接 A333－Gr6是一種脫氧細晶粒低溫韌性無鎳鋼。由于焊縫的性能必須保證在使用溫度-60℃下具有足夠的韌性，所以合理的選擇焊接材料和工藝，改善焊接接頭的韌性，特別是低溫沖擊性能，成為低溫鋼焊接的關鍵環節。采用氬弧焊和焊條電弧焊相結合的工藝，有效的改善焊縫低溫韌性，焊接效率也得到提高。

焊條應選用低氫型藥皮焊條，焊材的含Ni量應與母材相近或稍高，焊接材料熔敷金屬S、P含量應不高于母材，且焊材的焊縫金屬低溫夏比V型缺口沖擊試驗溫度和沖擊吸收能量應符合母材的要求。現場A333－Gr6管線的焊接，對接焊道全部采用鎢極氣體保護焊打底，焊條電弧焊填充、蓋面。A333－Gr6焊接時，應嚴格限制焊接熱輸入，最大限度地降低焊縫過熱出現的粗大鐵素體或馬氏體組織。焊接時，焊條盡量不擺動，采用窄焊道，多層多道焊，焊接電流不宜過大，宜用快速多道焊以減輕焊道過熱，并通過多層焊的作用細化晶粒。多道焊的時候，要控制道間溫度，采用小熱輸入施焊。選擇合適的坡口角度，適當加大坡口角度，可以減小熔合比，避免出現偏析，并可采用回火焊道數目，從而改善焊縫韌性，避免焊縫邊緣處咬邊（見圖3）。

（5）探索新方法對世偉洛克（Swagelok）耐火閥進行保護性焊接 由于該裝置的操作介質為易燃易爆等危險物質，所以設計采用高性能、耐用的特殊世偉洛克焊接閥門。由于其閥座組件材質為聚四氟乙烯，法蘭密封為304L+石墨波齒復合墊片，所以焊接時需避免焊接熱影響對閥體結構變形或密封面造成破壞。為此制定了專項措施，在被保護閥體外側進行裹布處理（選用吸水性較好的棉布），在焊前及焊接過程中向裹布上澆水，并在焊接過程中使用紅外線測溫儀對閥體進行監測，焊接采用熱輸入較小的鎢極氬弧焊進行焊接，通過這種方法可保證溫度效果好、降溫速度平穩，有效規避了閥體溫度過高，損傷閥門的風險。

圖2 管道信息化施工技術

圖 3

3. 焊接材料與設備的應用

該聚乙烯裝置在建設過程中，使用的焊接焊料如附表所示。先后投入手工電弧焊機（見圖4）、CO2氣體保護焊機（見圖5），高頻逆變直流焊機（見圖6）100余臺，極大地提高了工作效率和焊接質量，大大地降低了施工人員的勞動強度，保證了裝置的焊接質量。

三、結語

我公司施工的撫順45萬t/a線性低密度裝置工程，遵循“誠實守信、精益求精，永遠適應和滿足顧客要求”的質量方針，在克服了撫順地區冬季氣候寒冷、質量要求高、工藝特殊、工期短等諸多不利條件下，通過提前策劃，采用先進施工技術，嚴格過程控制，最終實現了管道焊接一次合格率98.5%，工程一次投產成功，安全零事故，高效優質完成了施工任務，實現了工程建設質量、安全、進度全面受控。

焊接材料

圖4 手工電弧焊機

圖5 CO2氣體保護焊機

圖6 高頻逆變直流焊機