加氫反應(yīng)器堆焊層裂紋的修復(fù)

張軍

（中海石油舟山石化有限公司機(jī)械動(dòng)力部，浙江 舟山 061025）

某石化餾份油加氫裝置安裝有1臺(tái)加氫改質(zhì)反應(yīng)器，該反應(yīng)器于2008年3月投用，2010年5月裝置大修，反應(yīng)器首次壓檢，未發(fā)現(xiàn)堆焊層裂紋缺陷，安全等級(jí)評(píng)定為3級(jí)；2013年5月裝置大修，反應(yīng)器第2次壓檢，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器頂部分配盤(pán)支撐圈下部手工堆焊處存在11處裂紋，10處較淺裂紋打磨、補(bǔ)焊耐蝕層后消除，1處裂紋深入過(guò)渡層但未到基層，補(bǔ)焊中隨焊隨裂、缺陷不斷擴(kuò)大，未再處理，安全等級(jí)評(píng)定為4級(jí)、監(jiān)護(hù)運(yùn)行；2015年10月裝置大修，反應(yīng)器第3次壓檢，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器頂部分配盤(pán)支撐圈上、下部手工堆焊處存在8處裂紋（其中1處裂紋為2013年遺留），8處裂紋返修全部消除，安全等級(jí)評(píng)定為3級(jí)；2018年10月裝置大修，反應(yīng)器第4次壓檢，對(duì)2015年返修的8處裂紋進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)再裂。

1 反應(yīng)器技術(shù)參數(shù)

反應(yīng)器設(shè)計(jì)壓力10.4MPa，設(shè)計(jì)溫度450℃，主體材質(zhì)2.25Cr-1Mo，堆焊層材質(zhì)TP309L+TP347，筒體厚度116+6.5mm，封頭厚度65+6.5mm。

2 堆焊層裂紋情況

2015年反應(yīng)器壓檢發(fā)現(xiàn)頂部分配盤(pán)支撐圈上下部手工堆焊處存在8處裂紋，其中1處裂紋位于支撐圈上部、7處裂紋位于支撐圈下部（其中1處裂紋為2013年遺留），經(jīng)打磨消除裂紋，打磨最深處6mm左右，用硫酸銅溶液檢測(cè)，未到達(dá)基層。圖1為典型堆焊層裂紋缺陷圖。

3 堆焊層裂紋修復(fù)

（1）打磨前消氫。由于反應(yīng)器為在役設(shè)備，運(yùn)行過(guò)程中介質(zhì)中的氫可能進(jìn)入母材，故須先對(duì)缺陷返修區(qū)域進(jìn)行消氫處理，消氫方式為電加熱，消氫處理恒溫溫度為350℃土20℃，保溫時(shí)間12h。

圖1 典型堆焊層裂紋缺陷

（2）著色標(biāo)記。消氫處理降至常溫后對(duì)裂紋區(qū)域再次進(jìn)行著色檢測(cè)，完成缺陷標(biāo)記。

（3）缺陷去除。a)對(duì)標(biāo)記缺陷部位采用電動(dòng)銑刀打磨去除，打磨過(guò)程控制進(jìn)刀量，每次去除深度≯0.5mm，以防局部過(guò)熱（溫度≯100℃），必要時(shí)打磨部位淋水降溫；b)對(duì)缺陷去除后部位進(jìn)行100%PT，I級(jí)合格。

（4）不同深度缺陷的處理方法。

a)打磨深度≤l.5mm，不予補(bǔ)焊；b)1.5mm＜打磨深度≤4.0mm，用Avesta347 φ3.2焊條補(bǔ)焊；c)4.0mm＜打磨深度≤12.0mm，用Avesta309L φ3.2焊條(過(guò)渡層)+Avesta347 φ3.2焊條(耐蝕層)補(bǔ)焊；過(guò)渡層焊至離堆焊層表面3～3.5mm處，余下的進(jìn)行耐蝕層焊接。

（5）缺陷修復(fù)工藝。a)返修采用焊條電弧焊，堆焊層焊條為Avesta309L、Avesta347，直徑φ3.2；b)補(bǔ)焊用焊條使用前進(jìn)行烘焙，烘焙后放置在專(zhuān)用的保溫桶內(nèi)，桶內(nèi)焊條放置時(shí)間不得超過(guò)4h，超過(guò)放置時(shí)間必須重新烘焙；c)焊接采用短弧操作，并嚴(yán)格控制道間溫度；d)過(guò)渡層焊前預(yù)熱，焊前預(yù)熱及道間溫度150～200℃，當(dāng)返修深度＞5mm時(shí)，焊后立即進(jìn)行消氫處理，消氫處理恒溫溫度為350℃土20℃，保溫時(shí)間2h；當(dāng)返修深度≤5mm時(shí)，不必進(jìn)行消氫處理；過(guò)渡層焊后應(yīng)測(cè)量距離表面的高度并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修整，為了保證面層的有效厚度，應(yīng)打磨至距離表面3～3.5mm；e)耐蝕層堆焊采用Avesta347焊條，焊前不需預(yù)熱，焊接道間溫度≤100℃；f)焊接時(shí)注意收弧處的質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)將熔池填滿；g)耐蝕層焊縫余高控制在≤1.5mm，且與周?chē)押笇哟蚰コ蓤A滑過(guò)渡；h)焊接工藝參數(shù)（表1）。

表1

（6）返修焊縫檢測(cè)。a)過(guò)渡層焊縫焊后24h進(jìn)行外觀檢查和100%PT檢測(cè)，按JB/T4730標(biāo)準(zhǔn) Ⅰ級(jí)為合格,合格后方可進(jìn)行耐蝕層的焊接；b)對(duì)耐蝕層焊縫進(jìn)行外觀檢查和100%UT+100%PT檢測(cè)，按JB/T4730標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級(jí)為合格。

（7）鐵素體檢測(cè)。全部堆焊完畢后，在焊態(tài)下對(duì)耐蝕層進(jìn)行鐵素體數(shù)測(cè)定，每處至少測(cè)6個(gè)讀數(shù)，以鐵素體數(shù)3～10FN為合格。

（8）焊接熱處理。①打磨前消氫。對(duì)缺陷部位及四周不少于200mm區(qū)域進(jìn)行消氫處理。為了保證消氫效果，采用履帶式工裝加熱器，在筒體內(nèi)側(cè)對(duì)返修區(qū)域進(jìn)行局部消氫，將返修區(qū)域均勻加熱至350±20℃，保溫12h，同時(shí)筒體外側(cè)設(shè)置保溫棉，棉厚60mm，保溫區(qū)域?yàn)閷?duì)應(yīng)的加熱區(qū)及加熱區(qū)以外不少于200mm，以減少溫度梯度。焊件保溫期間，加熱區(qū)內(nèi)最高與最低溫度之差不易大于20℃；降溫至200℃后，可在靜止空氣中冷卻。內(nèi)側(cè)加熱時(shí)，必須保證每塊加熱器至少設(shè)置1個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。②過(guò)渡層焊后消氫。過(guò)渡層返修完畢后，立即進(jìn)行350±20℃，保溫2h的焊后消氫處理，方案同上。③預(yù)熱及道間溫度控制。過(guò)渡層焊前進(jìn)行預(yù)熱，焊前預(yù)熱及道間溫度控制150～200℃。預(yù)熱采用打磨前消氫處理相同的方案，返修焊接時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，熱處理配合道間溫度控制，將加熱器設(shè)置到返修對(duì)應(yīng)位置的筒體外側(cè)，采用接觸式測(cè)溫儀測(cè)溫配合焊接進(jìn)行道間溫度控制。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）反應(yīng)器頂部分配盤(pán)支撐圈上下部手工堆焊處頻繁出現(xiàn)的裂紋，經(jīng)打磨均能發(fā)現(xiàn)夾雜、密集氣孔等缺陷源，說(shuō)明手工堆焊埋藏缺陷誘發(fā)了堆焊層裂紋的形成。眾多源發(fā)于堆焊層的裂紋沒(méi)有一處擴(kuò)展至鉻鉬鋼基層，說(shuō)明加氫反應(yīng)器堆焊層裂紋一般不會(huì)向鉻鉬鋼基層擴(kuò)展。

（2）該返修方案經(jīng)設(shè)備3年運(yùn)行檢驗(yàn)，證明是行之有效的。反應(yīng)器堆焊層裂紋可能還會(huì)出現(xiàn)，但掌握了缺陷處理的手段就能做到有備無(wú)患。