裂解爐爐管過渡管焊接管控

李輝源 龔春雷

摘 要：乙烯裂解爐是裂解氣加工重要設備。裂解爐主要包括急冷器、輻射段以及對流段幾大部分內容。但是在急冷器與輻射段爐管中間，有一個經常被疏忽的部件，就是過渡管，過度管材料（ZG40Cr25Ni35Nb）。爐管的焊接技術一直是研究人員關注的重點內容，過渡管與爐管的焊接及新舊爐管的焊接作為本文的切入點。

關鍵詞：過渡管;滲碳;裂紋;焊接技術

裂解爐輻射段爐管可單投石腦油，也可混投石腦油+拔，入口溫度為550℃左右，原料通過高溫產生裂解氣，出口溫度為840℃左右。爐膛內通過底部燃燒器、側壁燃燒器對爐管進行加熱，使爐膛內平均溫度在1000℃以上。其中，輻射段爐管對烴類裂解做出反應，而爐管外部是燃燒放熱的區域。

1存在的問題

1.1 原材料缺陷

裂解爐爐管損壞原因及其復雜，在裂解爐爐管失效的各種因素共同作用中，其中在爐管損壞中22%為合金滲碳引起材質劣化。由于高溫燃燒滲碳等原因，導致爐管出現堵塞、彎曲等變形，受各種熱應力和滲碳的影響，導致爐管發生斷裂等損壞。

1.2 化學成分偏析

成分偏析是由于凝固或固態相變而導致的合金中化學成分的不均勻分布。此種元素是提升材料抗氧化性能的重要元素，如果出現含量提升狀況，便會對焊接施工形成影響，是誘發焊接熱裂紋的主要原因之一。

1.3 焊接缺陷

在現場的新舊爐管焊接過程中，也曾多次出現裂紋、未焊透、氣孔、夾雜等焊接缺陷。在焊縫結晶過程中雜質會形成低熔點結晶。在低熔點共晶物中。結晶容易被推擠到晶界上方，形成液態薄膜狀，凝固收縮時焊縫金屬產生拉應力作用，液態薄膜承受不了拉應力而產生熱裂紋。

2原因分析

2.1 對原材料分析

2.1.1 爐管組織成分變化

在裂解爐管內裂解反應中，爐管內高活性碳原子由表面向基體內部逐漸滲入并發生擴散。還有結焦產生的焦炭對爐管內壁的滲碳作用也很強烈，在爐管內壁形成一層“滲碳層”。

2.1.2 金相分析

提取舊爐管200mm的長方形試塊， 用磨光機拋光后用光學顯微鏡進行損傷層深度測量，比較試樣滲碳層橫截面的深度和成分，并且對爐管內外壁滲碳狀況進行分析比較。

經研究表明，爐管損傷層的深度發展及不均勻，爐管內外壁損傷深度也有所不同;有些均勻演變，有些局部損傷。同時也表明沿晶界延伸是損傷的主要原因，損傷層分布不同，從內外壁邊緣向中心逐漸減輕。此外，爐管內外表面均發生了石墨化現象，內表面更嚴重，石墨化層更深。

2.2 化學成分偏析分析

在進行焊接時，由于焊接熱輸入量管控措施不當，并未能保證焊接一次合格率，無形中增加了返工概率，造成焊接過程中出現金屬二次過熱問題。此外，因為開口面積會對補焊熱形成較大影響，在多層焊以及電流大小處理的不合適，造成化學成分偏析問題發生可能性。

2.3 熱裂紋分析

熱裂紋經常出現在舊爐管熱影響區，與焊縫平行或垂直，裂紋表面為氧化后色彩（深藍色）。觀察斷口，斷裂時未發生明顯塑性變形，顯示舊爐管材質已極脆。

由于輻射段爐管和過渡管材料為ZG40Cr25Ni35Nb，屬于高鉻鎳耐熱合金鋼材料，此材料具有導熱性差、焊接時容易出現裂紋以及氣孔等問題，焊接性能相對較差，所以需要做好焊接施工規劃與管控，以防因焊接不當，致使最終爐管焊接受到影響。在輻射段爐管和過渡管使用過程中，可能會出現燒損問題，此時需要對燒損部位展開焊接處理。

3應對措施

3.1 降低原材料缺陷

原材料自身質量問題，也是焊接施工需要注意的內容。為降低原材料產生缺陷可能性，焊接人員可通過對相應機械設備的運用，完成坡口加工，以防火焰切割對原材料產生影響。同時在正式展開焊接之前，需要認真展開坡口清理、外觀以及著色滲透檢查等操作，應保證坡口表面不會出現分層、裂紋以及夾渣等問題。

3.2 控制化學成分偏析

為避免化學成分偏析這一問題出現，焊接人員一方面需要做好材料質量把控，科學展開有害雜質控制，要在進行焊接施工之前，做好破口處理與清潔;另一方面應做好焊縫溫度把控，防止出現焊縫過熱問題，避免出現粗大柱狀晶。焊接施工全過程需要對焊接溫度展開嚴格控制，應保證每一層間溫度都可被控制在75℃以下范圍，保證焊接接頭韌性。

3.3 對焊接缺陷采取的措施

3.3.1對口要求

按照管道對口要求內壁平齊，錯口不得大于0.5mm，對口應做到無應力對口。在焊縫組對前徹底清理管口，必要時可采用藥劑進行坡口清洗，以防油污、雜質等熔進焊縫，導致熱裂紋產生。

3.3.2焊接要點

運用臨時點進行搭橋固定，展開定位焊。保證焊縫長度可以被控制在8-13mm范圍內，高度可以被控制在3mm左右。按照相關規定要求，每個焊口均會分布3到4個焊點。

由于合金鋼容易出現被硫化問題，熱裂紋出現概率較高，所以在焊接前，需要如上文所述，對焊接坡口展開詳細清理，做好表面灰塵以及油污等清潔工作。

在具體進行燒損部位焊接時，需要先運用爐管焊絲對舊爐管坡口表面實施堆焊處理，并且要注意層間溫度，并要在完成施工之后，再對新舊爐管展開組對焊接施工。此種焊接方式就是對舊爐管坡口表層金屬展開重熔、再結晶處理，形成一層新的金屬層，有效提高爐管可焊性，保證爐管塑性。

結束語：

通過本文對乙烯裂解爐輻射段爐管和過渡管焊接相關內容的闡述，使我們對爐管焊接以及焊接技術具體應用方式有了更加清晰的認知。對于服役時間較長的舊爐管與新爐管的焊接，必須采用合理的焊接工藝方法，如預先在舊管上進行堆焊、采用小焊接參數、控制層間溫度等可有效防止裂紋的出現。應加大對爐管焊接技術的研究力度，明確焊接材料、施工工藝以及焊接檢驗等各項工作具體開展方式，進而制定出最優化焊接施工方案，確保爐管焊接質量可以達到預期要求，從而為企業乙烯生產做出更多貢獻。

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