氮氣球罐焊縫超標缺陷修復技術

商 良

(中國石化達州天然氣凈化有限公司，四川 宣漢 636156)

以某天然氣凈化廠空分空壓站氮氣球罐為研究對象，開展球罐焊縫裂紋、埋藏缺陷現場修復技術研究。通過對氮氣球罐焊縫、埋藏缺陷的現場修復，確保了設備安全運行。

1 設備簡介

空分空壓裝置氮氣球罐為關鍵設備。儲存在球罐內的氮氣可在全廠氮氣管網壓力不足時經減壓后向總管中補充缺量，用于事故發生時緊急之需。設備規格400m3，φ9200mm，Ⅲ類壓力容器，設計壓力3.85MPa，運行壓力3.4MPa，殼體材質為15MnNbR，厚度54mm。

2 設備檢驗情況

2018 年10 月對該罐進行開罐定期檢驗時，發現存在表面裂紋和及埋藏超標缺陷，主要缺陷如下：

外表面裂紋15 處，其中10 處裂紋長度約在3～4mm，另5 處長度大于5mm；內表面發現焊縫（含熔合線）裂紋4 處（已打磨消除），發現母材裂紋65 處，已打磨消除6 處，剩余59 處。上、下大環發現10 處埋藏超標缺陷需要修復。

3 現場維修技術

3.1 確定埋藏缺陷維修方向

缺陷埋藏深度小于1/2 壁厚的從外側返修；缺陷埋藏深度大于或等于1/2 壁厚的從內側返修。

3.2 缺陷維修主要工序流程

1）返修流程

UT、TOFD 檢測定位→球罐內側缺陷清除（碳弧氣刨、打磨）→PT 滲透檢測或磁粉檢測（直至缺陷消除）→預熱→焊接→后熱消氫→MT、UT、TOFD 檢測→整體熱處理。

2）內外部缺陷全部熱處理完畢后進行MT、UT、TOFD 檢測→水壓實驗→MT、UT、TOFD 檢測。

3.3 缺陷清除

1）用UT、TOFD 檢測法對缺陷部位進行定位并標識。

2）焊縫表面缺陷用角磨機進行修磨，直至消除缺陷。

3）缺陷較大或較長的缺陷的焊縫，可進行碳弧氣刨消除后再用角磨機清除滲碳層打磨成圓滑過渡。

4）缺陷清理完畢后,對缺陷部位進行100%滲透檢測或100%磁粉檢測（合格級別為Ⅰ級），確認缺陷消除。

3.4 焊接施工

3.4.1 焊材的選用

焊條選用J557RH，焊條必須有質量證明書，各項指標符合NB/T 47018 規定。

3.4.2 焊材管理

1）擴散氫含量復驗：

焊條（J557RH）應有擴散氫含量復驗報告[1]。焊條的擴散氫含量應小于3.0ml/100g（甘油法測定），否則禁止用于球罐焊接。

2）焊材庫房保證空氣相對濕度應在60%以下。

3）不允許用藥皮碰掉、弄臟或變質的焊條。應特別注意勿使電焊條受潮，必須使用充分干燥的焊條。

5）焊條烘干：烘干溫度為350℃，烘干時間為1～2h，烘干次數不可超過2 次。焊條烘干后置于100℃～150℃恒溫箱內。焊條烘干人員應對所烘干焊條批號、時間、數量、規格進行完整記錄。

3.4.3 預熱、焊接及后熱處理

1）焊前預熱

焊接前必須進行預熱，以維修處為中心，采用天然氣加熱法，在半徑為200mm 的范圍內預熱，預熱溫度為≥200℃，預熱要求受熱均勻。

2）焊接

焊接時要嚴格控制線能量，應控制在18～25kJ/cm 范圍內；在施焊過程中應采用窄焊道多層焊，每一層焊道厚度不超過4.0mm。

焊接時嚴格按照焊接工藝卡執行，連續施焊，不得中間停焊。如因特殊原因中斷，應采取有效措施防止裂紋產生。再次施焊前應經MT 或PT 確認無裂紋，方可繼續施焊。焊接引弧必須在坡口內進行，不準在球殼表面打火或引弧；注意收弧填滿弧坑，防止弧坑裂紋，并在弧坑未冷卻時再次起弧。

必須采取有效措施搭設防風棚。

缺陷的清除深度應在鋼板厚度2/3 以內，如缺陷深度超過2/3，在該狀態下進行焊接，然后在其背面再次清除缺陷。

3）后熱消氫處理

焊接結束后應立即進行后熱消氫處理，后熱溫度為250～300℃，后熱時間0.5h～1h，加熱范圍與溫度測量等同預熱規定一致[2]。

3.4.7 焊后檢查

1）焊縫和熱影響區表面不得有裂紋；

2）焊縫表面不得有咬邊、氣孔、夾渣、弧坑等缺陷，不得有熔渣飛濺物；

3）焊縫余高符合上述規定。

3.5 MT、UT、TOFD 探傷檢測

1）焊接完成后打磨焊縫與母材平齊，保證周邊圓滑過渡，并滿足探傷要求。經外觀檢查合格后，按NB/T47013.4-2015 質量要求對焊縫進行100%UT、100%MT 檢測，I 級合格。

2）無損檢測合格后，方可進行下一道工序的施工。

3.6 整體熱處理

采用內燃法進行現場整體熱處理。

3.6.1 升降溫步驟

1）熱處理溫度為580±20℃，恒溫130min，400℃以下時自由升溫；

2）400℃以上時，將按50～80℃∕h 升溫，加熱區域控制溫差在120℃以內；

3）其球殼板厚度為54mm，恒溫時間為130min，外表面加保溫面已達到施工要求；

4）在升溫和恒溫做完后，開始降溫過程，400℃～580℃之間降溫速度按照30～50℃∕h。

5）400℃以下可任其自然冷卻。

3.6.2 測溫點布置

在球罐上共設測溫點16 個，赤道帶設6 個，上極板共3 個，下極板共3 個，距上下人孔與球殼板環焊縫邊緣200mm 范圍內應各設一個測溫點共2 個，修復上下大環縫各1 個。

3.6.3 溫度監測

當熱處理溫度升至400℃，在規定的熱處理溫度期間內記錄各測溫點指針讀數，并作好文字記錄。

3.6.4 柱腿移動措施

熱處理前將球罐拉桿及地腳螺栓全部松開，以保證熱處理過程中的位移。每個柱腿設置使柱腳移動的工裝，并配合球罐溫度升降。隨時移動柱腳，使柱腳保持垂直，并對每個柱腿設置垂直度測量點（徑向、環向）。柱腿移動前在基礎板上做出移動量刻度，每升溫100℃進行一次柱腿移動。見表1。

表1 400m3 球罐柱腿移動量

3.6.5 熱處理記錄

做好熱處理期間的各項數據記錄，并對熱處理工藝做出綜合評定。

3.7 水壓試驗后無損檢測

按NB/T47013.4-2015 質量要求對焊縫進行100%MT 檢測，I 級合格；按NB/T47013.3-2015質量要求對焊縫進行100%UT 檢測，I 級合格。

3.8 水壓試驗

3.8.1 水壓試驗條件確認

1）維修工作全部完成并經檢驗合格；

2）熱處理工作完成并經檢查合格；

3）支柱已找正固定，梯子平臺和地面連接螺栓已松開，球罐內部清掃干凈。

3.8.2 基礎沉降觀測及注意事項

1）球罐充水前應在每個支柱或基礎上定出沉降觀測點，劃出明顯標記，并在不受球罐基礎沉降影響的永久性建筑物上測量一個基準線，并劃好標記，檢查工具用水平儀、塔尺（加鋼板尺），按支柱順序作測量記錄，沉降觀測按下列階段逐項進行：

充水前，定出基準點；

充水到1/3 球殼內徑時；

充水到2/3 球殼內徑時；

充滿水時；

放水后。

2）計算測定沉降值，各支柱應按規定焊有永久性的水平測定板與基準線的差值即為沉降量，每個支柱基礎都應測定沉降量。按要求支柱基礎沉降應均勻，放水后，相鄰支柱基礎沉降差不大于2mm。

4 結語

天然氣凈化廠應用該現場修復技術，順利完成了氮氣球罐缺陷修復工作，經檢測和試壓后合格，設備投運后運行良好。高含硫氣田氮氣球罐焊縫超標缺陷修復技術，對國內同類裝置氮氣球罐缺陷修復提供了經驗。