加氫反應器的裂紋及處理策略分析

（青島蘭石重型機械設備有限公司 山東 266555）

引言

在石油化工生產當中，通過高溫高壓以及加氫的方式來得到更高質量的石油已經成為了一種重要的工藝，該工藝的發展歷史已經超過了50年。在發展的過程當中，加氫裂化技術和加氫脫硫工藝在不斷改進，這滿足了人們對輕質油品的需求。與此同時，通過對重制原油進行裂解精制的方式還可以減輕石油化工企業所產生的大氣污染問題。其中，加氫反應器就是整個加氫裂化工藝當中需要使用的核心裝置。近年來，加氫反應器的檢修與完善受到了重視，人們對裂縫問題的關注度也越來越高。

1.加氫反應器的特點

即使面對含硫量比較高和質量低劣的原油，加氫反應器也可以很好地發揮作用，實現原油的深加工，同時對當前的環境條件進行改善。目前所使用的加氫反應器也有多種類型，按照不同的功能可以將其主要分為精制反應器和裂化反應器兩種，在運行的過程中可以為原料油與氫氣之間的反應提供溫度上和壓力上的條件，同時提供了充足的反應空間和場所。近年來，隨著現代化煉油技術的發展與成熟，熱壁類加氫反應器受到了人們的關注，它具有運行效率高、內部結構獨特、操作簡單等優點，同時不容易發生故障。目前，該加氫反應器已經在很多煉油廠當中得到了使用，為企業帶來了較高的經濟效益。從20世紀80年代開始，這種熱壁類的加氫反應器已經將原來的冷壁類加氫反應器取代。

在化工領域當中，加氫反應器是關鍵性的設備，但是它的運行條件通常比較惡劣，高溫、高壓、臨氫，這對設備本身的質量也有比較高的要求。在使用的過程中，反應器的主體材料經常會出現被腐蝕、脆化等問題，這些問題如果沒有得到及時解決的話，就會演變為開裂等問題，危險性也會不斷提升。

2.加氫反應器的裂紋分析

(1)堆焊層的開裂

堆焊層開裂指的是不銹鋼堆焊金屬所發生的氫脆問題。通常來說，堆焊層當中鐵素體的體積分數要被控制在3%-10%，如果過低的話，就容易產生熱裂紋，如果過高則會對σ相形成產生影響。實踐發現，在加氫反應器運行過程當中，環境的溶解氫會對焊體的柔韌性和延伸性產生影響。如果σ相吸氫的量超過20×10-6的話，就容易造成σ相開裂，開裂的部位也有可能會進一步拓展。研究人員通過對不銹鋼進行研究之后發現，如果材料當中鐵素體與σ相的含量比較高的話，就會使其在延伸性與韌性方面的損失增加，進而會容易出現裂紋。在出現開裂問題之后，如果沒有及時發現和修復，仍然進行重復地開工和停工，還會導致裂紋變得更為嚴重。

在堆焊金屬當中，裂紋會由焊層表面向著加氫反應器的容器內壁發展，大多數的裂紋會在對焊接的交界處停止發展，也有少數的裂紋會穿過這一交界面最終到達鋼殼體的熔合面。在這樣的情況下，殼體會直接暴露在工作介質當中，導致內部的材料受到高溫高壓和硫化的影響而遭到腐蝕，進而增加了氫致破壞的可能性。

(2)R-301的開裂

雖然加氫反應器的R-301都具有質量證明書，其中的母材鋼板通常也都通過了相應的檢驗，但是在運行的過程當中加氫反應器R-301也經常會出現裂紋。這一裂紋不僅存在于堆焊層當中，還有可能會進一步延伸到母材上。對于這種情況，可以根據不同裂紋的表現形式和堆焊層中裂紋的起源進行分析。通常來說，如果原設備在生產與制造過程當中本身就存在堆焊層焊接缺陷的話，就可能會引發這一問題。尤其是存在夾渣問題的話，加氫反應器的局部區域應力水平就處于比較高的狀態，該應力會與焊接結構當中的殘余應力產生共同作用，進而導致夾渣邊緣產生輕微的裂紋。與此同時，堆焊層材料在經過吸氫之后容易出現脆化，這會導致裂紋進一步拓展，在穿透雙層堆焊層之后，最終到達反應器的器壁，該器壁受到吸氫脆化和回火脆化的影響，就會發生脆性開裂的問題。

3.加氫反應器的裂紋處理策略

(1)堆焊層裂紋的處理策略

①裂紋在面層的處理

首先，需要先使用砂輪片將裂紋的位置進行打磨，使它的形狀變得更加規則，這樣可以更好地進行補焊操作。在這之后，還需要對打磨的表面進行滲透檢測，確保缺陷已經全部被消除，然后對表面的化學成分進行光譜分析，確保它的材質符合實際要求。其次，在補焊的時候，需要采用小電流快速焊接的方式，同時還要對整個焊接過程進行監控。要將道間溫度的最高值控制在150℃左右，并避免出現焊接線能量過度輸出的問題，這樣可以最大化地避免焊接裂紋的出現。在這個過程中使用的焊材為E19.9.NbR、規格為3.2mm，焊接過程當中的電流要控制在100-110A，電壓在22-26V，焊接速度在25-30cm·min-1。

②裂紋在過渡層的處理

首先，同樣要對裂紋的位置進行打坡處理，并進行滲透檢測與光譜分析。其次，在對過渡層進行補焊的時候，只需要焊接一小層即可，堅持小電流快速焊的原則，將最高道間溫度控制在200℃左右。最后，在完成焊接之后，還要進行熱處理，使用電加熱裝置，設置相應的熱電偶，并將處理信息記錄下來形成變化曲線，這樣可以對處理效果進行現場檢查。在處理的過程中，使用的焊材為E24.13.LR、規格為3.2mm，焊接過程當中的電流要控制在100-120A，電壓在22-26V，焊接速度在25-30cm·min-1。

(2)接管裂紋的處理策略

首先，要在裂紋深度的2mm處進行修磨，并對打磨的位置進行磁粉檢測，確保沒有缺陷存在。其次，對裂紋深度大于2mm的部位進行補焊。要想將周圍20cm處的雜物清理干凈，將范圍以內區域進行均勻預熱，然后按照相應的工藝進行補焊，確保層間溫度在200-280℃。完成補焊之后，要在第一時間進行消氫處理，并對焊縫進行修磨，實現焊材與母材之間的平滑過渡。在處理的過程中，使用的焊材為CROMOE225、規格為3.2mm，焊接過程當中的電流要控制在120-140A，電壓在22-26V，焊接速度在12-20cm·min-1。

在完成焊接之后的24h之內，還需要對焊接部位及其周邊5cm范圍處進行檢測，確定檢測合格之后再對焊接的位置進行熱處理。具體來說，操作人員要使用電加熱裝置，對加熱帶進行環向布置。要將起始加熱溫度和終止加熱溫度均控制在400℃以內，保溫溫度則控制在680-710℃，保溫時間在2h左右。同時，還要將升溫與降溫的速率控制在40-55℃/h。在局部加熱的過程當中，要在每個部位設置1個以上的熱電偶，并將熱處理的變化曲線記錄下來，這樣可以對熱處理的效果進行現場檢查。

(3)R-301的處理策略

加氫反應器R-301出現裂紋的部位通常處于臨氫的環境當中，金屬表面可能已經有氫氣滲透，這導致材料受到了不同程度的劣化。在對該部位的裂紋進行處理的時候，焊接性將會受到明顯的影響。因此，在焊接之前，需要先對其進行去應力處理，確保溶解在金屬表面的氫能夠全部溢出，同時也要確保材料并沒有出現軟化。與此同時，在對其進行焊接的時候，融合線周圍的熱影響區如果處理不當的話，容易產生新的裂紋。在處理的過程中，首先要對裂紋的具體位置及其長度進行定位，確保每一道裂紋都得到妥善處理。其次，要對焊接表面進行處理，要將裂紋進行打磨消缺，并等到裂紋被降至常溫之后在對其進行相應的檢查。打磨之后，焊接面需要保持光滑，尤其是過渡區域要保持高度圓滑，不能出現凹坑，也要避免焊接的死角。在焊接部位的中間區域，要去應力退出，這同時可以達到消氫的目的。最后就可以補充焊接。在這個過程中，要將母材熔合比控制在合理的范圍，使焊接線周圍的能量輸入盡可能地降低，同時還要堅持小電流、快速焊的原則，在完成每一層和每一道焊接之后，要在徹底清渣并將凹坑處進行補焊填平之后再進行下一層的焊接。

4.結束語

綜上所述，加氫反應器的作用比較多，它可以幫助企業獲得更高質量的石油加工產品，促進石油化工原料的進一步增產，同時還可以進行中餾分油的操作。面對裂紋，工作人員需要及時做好相應的處理，對接管處和堆焊層的裂紋進行分別修復，按照相應的工藝控制好修復的質量，還要對整個修復的過程進行監督與檢查，并在完成修復之后做好相應的檢測，確保修復的效果能夠滿足實際要求。