流化床催化裂化和氣體回收塔制造

張媛

摘要：流化床催化裂化和氣體回收主要塔為TALARA秘魯石化煉油工藝段主要設備，其涉及復合材料間的焊接和熱處理，本論文重點介紹了不同材料間的過渡處理，復合材料封頭筒體制造方案，旨在為以后的項目提供借鑒。

關鍵詞：復合板;封頭;焊接;熱處理

Abstract：The main tower for fluidized bed catalytic cracking and gas recovery is the main equipment of the TALARA Peru Petrochemical Refinery Process Section，which involves welding and heat treatment between composite materials. This paper focuses on the transition treatment between different materials and manufacturing schemes of composite head cylinder，Designed to provide a reference for future projects.

Keywords：Composite plate，head，welding，heat treatment

1.引言

隨著現代科技的進步發展，石油化工產品與人們生活的相關性越來越高，大到上天入地的必需品，小到日常生活的必需品，現在我們很大程度上已經離不開石油化工產品。現代交通工業的發展與石油供應商息息相關，沒有燃料，就沒有現代交通工業。金屬加工、各類機械毫無例外需要各類潤滑材料及其它配套材料，消耗了大量石化材料。而森松作為壓力容器制造行業的領頭羊，在石化設備的技術制造方面起到了重要作用。

流化床催化裂化和氣體回收塔的封頭筒體制造涉及到的復合板，Cr-Mo，碳鋼不同材料之間的焊接，焊接后的熱處理，及成形為此項目的重點。為此本文就如何進行封頭制作，筒體卷制，坡口加工，如何選擇焊材，及其使用要求，焊接的方法等進行闡述，期望可以為以后的項目提供借鑒。

2.設備概況

流化床催化裂化和氣體回收塔，是煉油工藝段的主要設備，其特點為底部筒體材質Cr-Mo鋼復合410S，裙座為純Cr-Mo鋼材質，上部筒體封頭為碳鋼，設備主要制造難度集中在下部Cr-Mo鋼段。根據API 934 C標準中，下段SA387 Gr.11 CL1材料的熱處理溫度為660～690°C，上段SA516 70材料的在ASME ⅷ-1卷UCS-56標準中最低熱處理溫度為595°C，兩種材料的焊縫焊接后熱處理問題是制造的關鍵點之一。為了確保產品上下端的熱處理質量，同時又要保證上段SA516 70材料熱處理后的性能指標，在兩種材料的焊接處進行工藝性處理，即在SA387 Gr.11 CL1筒體卷制后，在上口堆焊耐高溫熱處理材料，堆焊后與下端筒體一起熱處理，在SA516 70材料筒體與SA387 Gr.11 CL1材料筒體組裝過程中，堆焊材料起到很好的隔離作用。并且，此環縫熱處理過程時保溫時間設定在610度左右，對產品質量進行有效控制。

3.筒體、封頭、裙座的制造

3.1筒體的制造

厚板的卷制是制造的關鍵點，卷制過程中需在以下幾個方面進行控制

a.下料后板材邊緣四周應進行100%MT檢測

b.板材邊緣鈍邊打磨成R角

c.筒體拼縫僅焊接基層，覆層卷制時用工裝墊板將焊縫布滿

d.壓制過程中需控制延伸率，第一節筒體卷制前，選取第一節的筒體弧長1000mm位置，進行預壓值，記錄弧長1000mm壓制的伸長量。

e.根據第一節筒體延伸率，進行筒體二次下料。

f.預熱應在爐內進行，每塊板應有熱電偶記錄溫度。

g.使用內樣板檢測橢圓度。

3.2封頭的制造

1.封頭拼縫成型前僅進行基層焊接，焊縫覆層暫不堆焊，封頭壓制后再進行堆焊。

2.上下模具清理

3.入爐前，封頭板設置兩個熱電偶，母材試板設置一個熱電偶，檢驗儀表，熱電偶，熱處理爐是否見有效期內。

4.加熱工藝：入爐溫度入爐≤300℃;升溫速度≤100℃/h;保溫溫度：620～650℃;保溫時間：1.8-2.5min/mm;出爐壓制。

5.加熱溫度控制在620℃時，壓制次數小于5次。

6.加熱及壓制過程，母材試板應相應出爐，入爐，完全模擬封頭片的受熱過程。

7.尺寸檢驗

8坡口機加工

3.3 Y型鍛件的堆焊

為保證Y型鍛件堆焊過程中無變形，工藝采用Y型鍛件與封頭焊接后進行堆焊的方式，盡可能控制堆焊變形。

3.4 裙座筒體的制造

錐體由三張鋼板卷制而成，具體制造工藝措施如下。

a下料

展開尺寸按排版圖，大小口不留余量（即高度方向上無余量），展開方向留2倍的板厚作為壓頭余量。

b預熱

切割區域及邊緣100mm采用電加熱片預熱，加熱溫度125℃±20℃保溫，測得反面溫度≥100℃時切割，低于80℃需火焰補熱.板材進行機加工，去除約2mm的氣割淬硬層。縱縫的一條邊加工平齊，作為壓制時的基準邊。板上小口邊緣打磨成連續圓角R5，不允許出現個別間斷

c溫卷卷制

裙座錐體板壓頭前，使用電加熱片對壓頭區域及向內600mm范圍內預熱，預熱300℃～250℃，測加熱片側反面溫度達到250℃之后進行壓頭（兩頭壓頭），壓頭長度不小于500mm，使用樣板進行測量，壓制后打磨去除壓痕，并對打磨區域100%MT檢測I級合格。

d切頭，進行二次下料，切頭之后按排版圖要求機加工坡口。

e錐體板材進行爐內加熱，底部墊高500mm以上加熱，加熱溫度至677℃±15℃保溫，保溫2.5h。升溫速度小于等于30～65℃/h. 開爐后吊至卷板機上找正卷制，終卷溫度≥50℃，小于50℃不允許在卷制。

f錐體組裝焊接，焊接按焊接工藝。尺寸公差：小口橢圓度：16mm（I.D.4578.3±8mm）大口橢圓度（I.D.5372.1±12.5mm），縱縫錯邊量小于5mm，棱角度小于5mm。

4.復合板基層SA-387 Gr11 CL1焊接總體要求

4.1坡口加工

A，B類坡口采用機械加工，開孔處采用等離子切割，切割從內測開始以避免污染復層。切割時對切割周圍進行干預熱，預熱溫度 ?80°C左右，對于采用熱切割方法加工的坡口須采用磨光機打磨去除淬硬層。所有坡口表面在加工完畢進行PT檢測。復層剝邊采用機械剝邊，剝邊寬度按設計圖紙要求，剝邊后用試劑檢測，剝離干凈后方可進行基層的焊接。

4.2焊材使用要求

焊條及焊劑在使用前按廠家規定的溫度進行烘干，焊工每次領用量不得超過4h的用量，盡量避免二次烘干，領取時放在通電的保溫筒內隨取隨用，焊條電弧焊時焊工手中拿出的焊條根數不得超過2根。

4.3定位焊

對于組對前的定位焊采用SMAW進行定位焊，定位焊所采用的焊條與正式焊條一致，E8018-B2Φ4.0，并在定位焊前進行預熱，定位焊引弧及收弧部位不允許在母材表面進行，只允許在坡口內測引弧。對于間斷定位的焊縫每段定位焊長度以20～30mm為宜，定位焊后立即用保溫棉保溫緩冷。要求定位焊焊縫無任何裂紋、夾渣等缺陷。

焊前固定盡量少用拉筋板，對于需要采用拉筋板進行定位的焊縫，拉筋板的材料須與母材一致，焊條須與正式焊縫一致，焊前預熱要求同上，并要求焊縫無缺陷，焊后立即進行保溫緩冷，去除拉筋板時采用留根打磨，不允許采用強力拆卸，去除后進行100%MT檢測無缺陷。

4.4預測及層間溫度要求

4.4.1 預熱溫度及范圍

對于定位焊、正式焊縫焊接前無論厚度焊前均需預熱，預熱溫度150～180°C，預熱范圍為焊接處周圍各不少于3倍板厚，且不得少于120mm。要求預熱溫度均勻，如果溫度不均勻，不但不減少焊接應力，反而會出現增大焊接應力的情況。預熱須保持至焊接結束，并控制層間溫度在150～220°C范圍內。

4.4.2預熱方法

預熱可采用火焰加熱或電加熱方法，當采用火焰加熱時，須采用氧乙炔火焰進行加熱，氧乙炔需進行充分的燃燒，采用外焰進行加熱，對環形工件應當轉動均勻加熱;當用電加熱時，應使用保溫棉將電加熱器全部覆蓋。

4.4.3測溫方法

預熱時應隨時進行測溫，只有當工件表面達到規定的最低預熱溫度并保持適當的時間后待溫度均勻后方可施焊，測溫采用接觸式測溫儀進行，且應在加熱源的背面進行測溫。施焊過程中，須隨時進行測溫加強監控，若發現焊件表面的溫度低于規定的預熱溫度的情況，應及時調大火焰功率，或增加火嘴（指火焰加熱），或及時通電加熱（電加熱時）。

4.5焊接操作要求

4.5.1焊前須仔細閱讀WPS要求，嚴格執行WPS上關于預熱溫度、層間溫度、焊接參數的要求，嚴格控制焊接熱輸入不超過WPS上的規定，采用多層多道排焊，層間仔細清渣，每條焊縫焊接過程盡量不要中斷，如需中斷焊接厚度至少為板厚的1/3且在中斷前立即進行清氫處理，并在焊前重新進行預熱。

4.5.2 采用焊條電弧焊焊接時，采用多層多道排焊，避免擺動過寬焊道，且擺動寬度不超過焊條直徑的3倍，并控制每根焊條焊接長度不低于WPS的規定。

4.5.3 埋弧焊時嚴格控制熱輸入，控制每層焊縫厚度不超過3.5mm，在能分道焊接時必須采用多道焊，且盡量每層的焊道數相同。

4.5.4 GTAW僅用于小接管與法蘭的打底焊，不能用于A，B，D類焊縫的打底焊。

4.5.5 對于雙面焊縫在一側焊完后立即進行清氫處理后才能進行清根，清根可采用碳弧氣刨清根，清根時溫度至少為150°C，碳刨清根后用磨光機打磨去除滲碳層。

4.5.6 所有基層焊接至距復層剝邊處停止焊接，避免基層焊縫金屬焊接至復層處。

4.6焊縫檢查

焊接過程需仔細檢查焊接質量，如焊接過程中發現問題需及時處理，對于焊縫表面缺陷，如咬邊、氣孔、夾渣及尺寸欠缺需及時修補，避免反復進行加熱、消氫等

4.7消氫及中間熱處理

焊縫在焊接完畢后立即進行消氫處理，消氫處理溫度為315～350°C，保溫時間至少為2h。

中間熱處理：對于拘束應力大的焊接結構，在焊接完畢后立即進行中間熱處理代替消氫，中間熱處理溫度為600～620°C，保溫時間據厚度而定。

消氫及中間熱處理采用電加熱帶或在爐內進行，不允許采用火焰局部加熱。

4.8工裝卡具的焊接及去除

工裝卡具只能焊接在基層上，直接與母材焊接的工裝卡具所用材料須與主體相同，焊材采用與主體相同的焊接。工裝卡具的焊接與正式焊接要求相同，包括焊前預熱及消氫或保溫緩冷。工裝卡具的去除采用留根打磨，不允許強力去除。去除后進行100%MT檢測無缺陷，并對裝過工裝卡具的部位進行書面記錄。

5.SA-240 410S復層的焊接

5.1復層焊接前基層焊縫須經RT，MT，PT檢測合格后方可進行復層的焊接。復層焊接至少為3層，焊接完畢后在距表面向下1.5mm范圍內進行化分檢測。

5.2 過渡層的焊接：對于主體A，B，D類焊縫過渡層的焊接采用GTAW或復層與基層的交界處采用GTAW Φ2.4進行焊接，焊材：ERNiCr-3，焊接順序如下圖，先焊接邊緣處焊道，再焊中間焊道。焊前對基層進行預熱，預熱溫度至少為150°C。焊接過程中注意觀察有無裂紋出現，如有裂紋需及時打磨去除重新焊接。

5.3 其余層的焊接：過渡層焊接完畢且經無損檢測合格后進行其余層的焊接，焊接采用SMAW，焊條ENiCrFe-2 Φ3.2，焊接時采用小電流，快速排焊，焊接過程中間層溫度≤150°C。

6.各部件的焊接特點

6.1下封頭組件的焊接

6.1.1下封頭板壓成型部分SA-387 Gr11 Cl1 CLAD 410S A03，A04的焊接

6.1.1.1基層焊接

采用埋弧焊，焊材F8P2-EB2R焊接時雙面交錯焊接，以防止產生過大的焊接變形。焊接總體要求按上述第3條款進行。焊接順序如下：

1）先焊帶復層側基層焊縫，焊接完畢后從背面清根，清根后立即進行315～350°C/2h消氫處理。（注：如果為了更好的控制變形，在一側焊縫焊至一半需要翻身前，應對焊縫立即進行消氫處理，因為清根焊縫要求進行MT檢測，MT檢測需要降溫后才能進行）

2）消氫處理完畢后對根部焊縫進行FULL MT檢測。

3）焊接另一側基層焊縫及采用GTAW ERNiCr-3 Φ2.4焊絲對復層處進行封邊

4）焊后立即進行中間熱處理，熱處理溫度600～620°C/3h

5）熱處理完畢24h后對拼接焊縫進行FULL RT+FULL UT+FULL MT（外側）+FULL PT（內測）

6）墊不銹鋼襯條

7）溫壓成型

注：上述焊接過程要連續，否則需要進行多次預熱，消氫，如需中斷需立即進行消氫處理，并在焊接前重新預熱。

6.1.1.2復層焊接

1）壓制后進行復層的焊接。因焊縫處于立焊位置，復層全部采用GTAW ERNiCr-3 Φ2.4進行焊接。

2）焊接過渡層前需進行預熱，預熱溫度至少150°C，過渡層焊接完畢后立即進行315～350°C/2h消氫處理。

3）消氫處理完畢后對過渡層焊縫進行FULL PT檢測。

4）焊接其余層焊縫，控制層間溫度≤150°C。

5）對所有焊縫進行FULL RT+FULL UT+FULL MT（外側）+FULL PT（內測）

6.1.2下封頭與Y型鍛件的焊接

Y型鍛件堆焊前與下封頭進行組焊，基層焊接采用SAW，焊接完成且無損檢測合格后進行Y型鍛件堆焊，堆焊加工裝采用帶極堆焊。

6.1.3下封頭開孔接管焊接完畢后與Y型鍛件組成部件后進行中間消應力熱處理。中間熱處理600～620°C/3h，目的是降低堆焊后的應力，為焊接環縫降低風險。

6.2筒體的焊接

6.2.1縱縫坡口：縱縫采用內V外U坡口，如果卷制后需要修邊，坡口會被破壞，筒體一端縱縫只能用火焰切割成K型坡口。

6.2.2縱縫焊接：基層焊接采用SAW，先焊內側基層，基層焊接完畢后從外側清根焊接外側基層，所有基層焊接完畢后進行無所檢測，檢測合格后進行復層的焊接。復層焊接采用GTAW+SMAW，焊材為ERNiCr-3+ENiCrFe-2，焊接要求見第3部分。

6.2.3縱縫進行中間消應力熱處理，然后校圓。

6.2.4環縫焊接：焊接要求同5.2.2

6.3 SA-387 Gr11 Cl1 CLAD 410S（51+3mm）與SA-516 70（48mm）環縫的焊接要求

由于SA-387 Gr11 Cl1 CLAD 410S與SA-516 70（48mm）熱處理溫度要求不同，所以熱處理需分開考慮。

6.3.1 在SA-387 Gr11 Cl1 CLAD 410S（51+3mm）坡口側堆焊E7018-A1過渡型焊條并重新加工坡口后，隨鉻鉬鋼段進行718°C熱處理。

6.3.2 SA-516 70筒體段（包括所有接管）焊接完畢后單獨進行 ? ?600°C熱處理。

6.3.3 環縫焊接及熱處理：各自熱處理完畢后采用EH12K-F7P2進行焊接，且無所檢測合格后對環縫進行局部熱處理，熱處理溫度 ? ?600 °C。

7.結束語

本論文針對流化床催化裂化和氣體回收塔的筒體封頭裙座的制造方案進行了總結，同時對于上下封頭的縱環焊縫的焊接方法，及焊材選用，過渡階段的熱處理方式進行了介紹。此制作方法已應用在實際制作過程中，解決了不同材料過渡焊接時帶來的困難。也為以后有同類材料的焊接提供了借鑒。

參考文獻：

[1] GB150-1998《鋼制壓力容器》

[2] JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》

[3] 郭晶. 焊接材料選擇原則和實踐[J].石油化工設備.2001，1（30）：41-43.

[4] JB4708-2000《鋼制壓力溶體焊接工藝評定》

[5] NB/T47002.1-2009《壓力容器用爆炸焊接復合板》

[6] JB/T4730-2005《承壓設備無損檢測》

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