2205雙相鋼加氫高壓空冷器的制造方法

王安寅

摘 要：雙相鋼是鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼結(jié)合后形成的新材料，具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)和韌性良好的優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)下設(shè)備加工中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。該文針對(duì)2205雙相鋼加氫高壓空冷器國(guó)產(chǎn)化的研制工作、技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)控制要點(diǎn)等進(jìn)行了全面分析，提出關(guān)鍵制造技術(shù)和制造方法。并針對(duì)加氫高壓空冷器操作運(yùn)行、工藝系統(tǒng)要求等提出了合理化建議，旨在為科研機(jī)構(gòu)、設(shè)備廠家等提供一定的理論借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：雙相鋼；加氫高壓空冷器；制造方法；標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：TE986 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

近年來，國(guó)內(nèi)煉化、石油行業(yè)中進(jìn)口原油比例大幅增加，由于進(jìn)口原油含硫比例較高，腐蝕問題較為嚴(yán)重，對(duì)整個(gè)設(shè)備的危害不容忽視。2008年，國(guó)內(nèi)石化組織針對(duì)Incoloy825材料進(jìn)行自主研發(fā)，提出該合金材料具有良好的耐腐蝕性，且該材料已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，對(duì)降低設(shè)備腐蝕概率做出了突出貢獻(xiàn)。為了更進(jìn)一步提高高壓空冷器材料的選擇范圍，有效降低設(shè)備成本，降低設(shè)備加工難度，國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)計(jì)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。最終完成了2205雙相鋼高壓空冷器國(guó)產(chǎn)化的目標(biāo)。初步形成了完整的技術(shù)方案，相關(guān)空冷設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)后，取得了良好的效果。

1 2205雙相鋼加工制造技術(shù)要求

1.1 腐蝕要求

空冷設(shè)備經(jīng)常應(yīng)用于煉油產(chǎn)業(yè)中，其腐蝕試驗(yàn)必須滿足ASTM G48-2003相關(guān)要求，這一試驗(yàn)方法在針對(duì)材料耐點(diǎn)蝕開裂效果中應(yīng)用較多。雙相鋼投入應(yīng)用后，介質(zhì)中經(jīng)常含有較高比例的氯離子、硫化物，為此需要評(píng)價(jià)該材料耐氯離子腐蝕性和抗硫化物腐蝕性的能力。遵守標(biāo)準(zhǔn)為YB/ T5326，試驗(yàn)方法規(guī)定較為詳盡，具體合格標(biāo)準(zhǔn)可由廠家、業(yè)主協(xié)商確定。其中抗硫化物應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)可借助NACE TM 0177相關(guān)內(nèi)容獲悉，國(guó)內(nèi)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 4157。相關(guān)內(nèi)容規(guī)定了外加應(yīng)力0.8 Rm下，被檢測(cè)零件需要在720 h內(nèi)不可發(fā)生開裂、斷裂等問題。

1.2 硬度要求

第一，硬度值檢測(cè)，2205雙相鋼材料的硬度值需要控制在HRC29-HRC31之間，硬度過高，可能會(huì)對(duì)焊接、軋制等操作產(chǎn)生負(fù)面作用，損傷較高。為此，采用2205雙相鋼材料進(jìn)行加氫高壓空冷器的制造中，必須考慮其硬度控制要求，結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行全面合理化的分析，一般要求母材、焊接接頭的硬度值在HRC25以下較為合理。

第二，硬度檢測(cè)方案分析，雙相鋼材料的進(jìn)行硬度檢測(cè)中，主要方法包括：Vickers、Rock-well兩種方法。結(jié)合雙相鋼特殊性，可不采用HBW法。需要引起相關(guān)人員重視的是維氏硬度、洛氏硬度的換算必須遵守一定的規(guī)律。

2 2205加氫高壓空冷器制造要點(diǎn)分析

2.1 焊接方法

第一，焊接方法。雙相鋼空冷器的制造中，選擇合適的焊接方法是保證焊接接頭質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。考慮因素包括：熱影響區(qū)和焊縫金屬中鐵素體的比例，這是工藝評(píng)定、接頭處力學(xué)性能分析的關(guān)鍵要求。一般要求鐵素體含量在35 %-40 %較為合理，這是維持良好沖擊性能、硬度值的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。其次，熱影響區(qū)和焊縫金屬中有害中間相的影響。從原因上分析，焊縫金屬產(chǎn)生的有害相一般是在高溫下產(chǎn)生，與其累計(jì)停留時(shí)間相關(guān)度較高。為此，焊接中必須詳盡考慮這一要素的影響。

第二，含氧量對(duì)沖擊性能的影響。焊接方法不同，對(duì)應(yīng)接頭含氧量會(huì)對(duì)沖擊性能產(chǎn)生不一樣的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，含氧量過高會(huì)引發(fā)焊縫金屬?zèng)_擊作用受到較大牽連。實(shí)際焊接操作中，必須嚴(yán)格控制氣氛中氧含量的影響。一般要求含氧量低于1 000 mg/L較為合理。

第三，焊接層間溫度的控制。API TR938要求層間溫度需要控制在150 ℃之下，一般層間溫度越低，對(duì)材料保護(hù)效果越好。在實(shí)際焊接工藝評(píng)定中，2205材料的層間溫度不能高于100 ℃。這是保證材料滿足焊接工藝要求和產(chǎn)品性能的關(guān)鍵舉措。

2.2 管箱和管接頭的焊接

2205雙相鋼管箱和管接頭的焊接是整個(gè)操作中較難的部分。難點(diǎn)分析如下：第一，管箱焊接順序，以降低管箱焊接變形為主要原則；第二，焊接方法和工藝流程的選擇。經(jīng)過前期摸索、模擬管箱制造工藝等可以確定，管箱的焊接方法如圖1所示。

管箱焊縫處理中，其打底焊、內(nèi)角焊等均需要借助二氧化碳保護(hù)焊完成相關(guān)操作，其他位置可借助手工焊完成要求。焊接操作中，相關(guān)工藝操作需要對(duì)應(yīng)參數(shù)要求，為維持焊縫及熱影響區(qū)的鐵素體含量，層間溫度一般不高于100 ℃。此外，焊接操作中需要盡量采用短弧焊、單道不擺動(dòng)的運(yùn)條方法，可維持焊縫、母材具有良好的融化效果，必須保證所有焊縫一次焊接合格。

再者，管接頭焊接和脹接處理。加氫高壓空冷器的制造中，2205雙相鋼材料和管板的連接方法首選強(qiáng)度焊，一般不建議采用強(qiáng)度焊和脹接相結(jié)合的方式。原因在于：材料強(qiáng)度高會(huì)導(dǎo)致脹接難度增加，脹接后還需進(jìn)行特殊操作。部分廠家在進(jìn)行管接頭處理中可能會(huì)采用強(qiáng)度焊、貼脹相結(jié)合的運(yùn)作模式。還進(jìn)行了特殊脹接器具的制備，目的在于維持脹度大小低于2%，嚴(yán)格操作和控制管理可大幅提高管接頭的制造質(zhì)量。

2.3 管箱及管接頭的檢驗(yàn)

管箱焊接后需要針對(duì)承壓焊縫進(jìn)行射線檢測(cè)（RT）、滲透檢測(cè)（PT）、和超聲檢測(cè)（UT），保證所有檢測(cè)結(jié)果均滿足對(duì)應(yīng)要求后方可進(jìn)行相關(guān)處理。一般空冷廠家針對(duì)其進(jìn)行處理中，第一遍會(huì)采用熔化焊、第二遍多采用填絲焊，焊后達(dá)到100 %PT檢測(cè)合格方可判定滿足標(biāo)準(zhǔn)。其次，管箱及管束加工后需要進(jìn)行水壓、氦氣檢驗(yàn)處理。無任何泄露后方可投入運(yùn)營(yíng)。

2.4 運(yùn)行及工藝要求

結(jié)合當(dāng)下高壓空冷器的腐蝕泄露問題進(jìn)行分析可以看出，空冷器制造具有一定影響，此外設(shè)備安裝、設(shè)備運(yùn)營(yíng)、工藝布置等均會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響作用。首先，高壓空冷設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)后，需要定期進(jìn)行工藝介質(zhì)程度參數(shù)監(jiān)測(cè)，包括其中氮化物、硫化物含量、pH值高低等，一旦其含量超出規(guī)定要求，必須進(jìn)行有效處理來降低腐蝕作用。其次，流速控制。2205雙相鋼材料的空冷島中，介質(zhì)流速需要適當(dāng)提高，一般維持在3 m/s～9 m/s范圍內(nèi)較為合理。這是提高材料耐腐蝕性的重要舉措，同時(shí)可縮減加工制造成本。

近年來，國(guó)內(nèi)雙相鋼材料的研發(fā)、應(yīng)用、制造等均得到了快速發(fā)展，該文針對(duì)雙相鋼空冷器的加工制造關(guān)鍵要素進(jìn)行了分析，旨在為實(shí)踐操作提供一定參考。

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