加氫反應器制造的關鍵過程控制

劉佳鵬

（大慶石油化工機械廠有限公司，黑龍江大慶 163714）

1 設備部署

加氫反應器是大型石油煉化廠的核心設備，加氫過程在石油煉制工業中，除用于加氫裂化外還廣泛用于加氫精制，以脫除油品中的含氧、硫、氮等雜質，并使烯烴全部飽和、芳烴部分飽和，以提高油品的質量（圖1）。一般在高溫、氫氣環境下反應，操作條件惡劣，具有爆炸性，因此對設備設計和生產工藝提出了更嚴格的要求。

圖1 設備布置

該設備主要受壓件材料為14Cr1MoRⅣ、40CrNiMoA 和35CrMoA，其中主體材料為14Cr1MoRⅣ鍛造耐氫耐熱鉻聚合物（表1）。14Cr1MoRⅣ材料廣泛應用于加氫、換熱器等設備，由于其高溫強度高，抗氫腐蝕能力強，含碳量控制在0.11%～0.17%，由于鉻、鉬等熔融元素含量高，其碳當量高，焊接時共有區域很強。因此，在正常運行條件下，反應器也面臨著一些問題，如平均腐蝕、電阻腐蝕、氫氣的析出、防腐等，特別是表面活性劑的表面開裂和氫致開裂對反應器的安全運行有著非常重要的影響。本文分析并介紹了用于容器加工、焊接、涂裝、無損檢測、熱處理等關鍵開關的鍛造和焊接設備。

表1 設備主要技術參數

2 材料控制

材料采購自具有生產經驗、業績豐富、同類鋼板評定合格的供應商，熱處理等質量證明文件和材料的標識符合真實主體的，必須正確、清晰。

2.1 主要材料

（1）主體（包括汽缸、缸尖、頂蓋等）材料為14Cr1MoRⅣ制造（正火+淬火），不僅符合NB/T 47008—2010《承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件》標準的要求，而且嚴格按照14Cr1MoRⅣ鍛造技術條件進行制造、控制和驗收。復檢的內容和資格要求，也應符合技術要求。

（2）S32168 Ⅳ鍛件的制備、檢驗和批準應符合NB/T 47010—2010《承壓設備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》的要求，并應按照TSI R0004—2019《固定式壓力容器安全技術監察規程》硬度規范第2.11.2 的要求進行單獨檢查。

2.2 焊接材料

焊接材料按NB/T 47018—2017《承壓設備焊接材料訂貨要求》采購，有如下兩個要點：

（1）主要材料中使用的焊接材料必須有合格的化學配方質量保證，并采用低氫型焊接材料，焊接材料的脆性系數必須滿足焊材回廠時，應嚴格復驗焊材的熔化量。

（2）按圖紙要求采用雙層涂裝工藝。由過渡層涂層組成的焊帶應為ER309L，由該涂層制成的焊帶應為ER347L。除符合相關標準外，每個焊帶（焊絲）和每個焊帶（焊絲）的表面化學涂層的化學成分分析必須符合要求。

3 過程控制

3.1 鋼瓶加工

為了保證設備在高溫、加氫條件下的耐腐蝕性和純度，必須對氣缸內壁進行表面涂層處理。內表面粗糙度Ra 為6.3，焊縫位移不大于1.5 mm，整體直線度不大于17 mm。

（1）鍛造汽缸分7 個部分制造，每個部分用支撐線加固，然后放在上面。這些應包括在檢測到凸出后按照規定的要求進行泄壓熱處理，堆焊層的總厚度應滿足筒體抽汽厚度處理的要求。

（2）表面修整后，內壁層和凹槽對兩端進行修整，應通過合格的焊接來確定類型（圖2）。

圖2 筒體坡口形式

（3）防轉向滾輪支座應水平連接至氣缸，氣缸的每個部分應標有訂單號，并按照線路和標記順序進行組裝。

（4）每臺復焊缸焊接、涂裝、檢查后，內周長用參考金屬焊接平整，用拋光輪和細磨板打磨。

（5）B 型焊接配件控制環樣品采用同一爐設備制造、熱處理，嚴格執行試驗標準、沖擊試驗、彎曲試驗、間歇腐蝕試驗按NB/T 47016—2011《承壓設備產品焊接試件的力學性能檢驗》進行，并按相關標準進行合格標引。

3.2 設備缸蓋端部

（1）在對鍛造工藝進行新的檢查后，應按照原設計進行加工，以滿足表面活性條件。注：為了確保以下涂層工藝的舒適性，必須“在零件20 的頂蓋內”，零件同時處理P57 襯孔。

（2）過渡層涂層合格后，應按工藝要求進行泄壓熱處理，并對涂層進行涂層和試驗。

3.3 設備裝配工藝

氣缸總成及缸頂、底缸無損初檢（Magnetic particle Testing，MT）合格，可轉化縫線層非推試驗（Penetrant Testing，PT，滲透探傷），非推測中間熱電偶軍事化熱處理，上下蓋等密封件水壓試驗無損檢測檢查。

4 焊接工藝控制

（1）焊接前，焊接工藝評定按NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》標準進行，設備生產焊接程序按圖紙要求和合格焊接程序制定。

（2）組件焊接要求：①焊接前應對所有坡口進行處理，每缸槽兩側100 mm 處清除氧化物、油、渣、灰塵、鐵粉等有害物質。磁粉或瞬態試驗應在穿透后進行，火焰切割產生的焊接管件段的熱影響區也應機械去除；②焊接前，在200～250 ℃的焊接過程中，應采用預熱調整焊縫，中間層溫度應嚴格控制，不得低于預熱溫度；③焊接采用埋弧焊自動焊接技術，盡可能采用低線能量的多層多道焊，有利于降低焊接應力，改善晶粒，用于結構修補和提高強度的效果；④制作焊接文件，確保每種焊接方法、焊接材料的品牌、批號（包括焊絲和焊道的組合）、焊接工藝和每種焊接代碼都能被識別；⑤管件的焊接有一層金屬保護膜，焊接時逐層進行外觀檢查，確認無缺陷后方可焊接下一層；⑥開口接管與汽缸之間的尾部焊接接頭的極限距離一般不小于200 m；⑦在焊接過程中，如果由于任何原因必須中斷焊接操作，則焊接區域和兩側必須保持在200～250 ℃的預熱溫度，直至重新開始焊接作業，否則應在停止焊接作業后立即進行加氫脫硫或中間熱處理以消除應力；⑧焊后熱處理前，所有與基體材料（噴嘴、支撐板、起重合同等）連接的部件應進行焊接，熱處理后，不得進行焊接或電弧沖擊；⑨B 型焊接配件焊接規范：隨機焊接用手工電弧焊（位置長50 mm、距離150 mm），底座內部采用手工電弧焊，基礎齒輪外側采用埋弧自動焊，基層焊接時過渡層與面層采用手工焊接。

（3）改良技術要求：①14Cr1MoRⅣ筒體涂裝前，用電熱板工具將底座換熱器從200～250 ℃，過渡層和涂層厚度符合焊接工藝要求；②過渡層完成并合格后，按熱處理卡要求進行中間應力釋放熱處理；③每道焊層的焊渣、污物應清理干凈后再升到表面，相鄰兩道之間的拉力應不大于2 m，焊接不平度應不大于1 mm，而土層要求厚度均勻，表面無夾渣、孔隙、裂縫等缺陷；④應嚴格控制過渡層和表層之間的溫度，不得超過150～200 ℃。

（4）無損檢測要求：①所有紋理的增韌層應通過機械加工或研磨去除，然后進行100%磁粉檢測，應滿足NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》Ⅰ級合格的要求；②基地區已進行100%磁粉檢測；表面活性劑過渡層與基體、表面活性劑與過渡層表面按標準進行100%超聲波分析，不允許使用直徑大于25 mm 的未粘合零件，應使用滲透試驗的I 類100%Pt 來獲得表面面積；③對B 類設備的焊接件進行超聲波檢測，熱和長頸法蘭、接管、接管及公稱直徑的接管或彎頭、焊接表面及焊接接頭B 級均采用100%MT 控制；④設備經36 h 一般減應力熱處理后，對B 級焊接件進行100%超聲波檢測，對所有焊接件進行100%磁粉檢測；水壓試驗完成24 h 后，所有焊接接頭也應進行100%磁粉檢測。

（5）熱處理。設備焊前預熱溫度為200 ℃，焊后氫脫硫溫度為300 ℃，持續5 h，分離14Cr1MoRIV 與過渡層焊接，進行抗應力熱處理，筒體與端部輪廓裝配焊接后進行焊后整體熱處理，熱處理溫度600 ℃（圖3）。

圖3 設備整體熱處理曲線

5 結論

產品來自加氫反應器，經過加工、焊接、表面涂裝、無損檢測、熱處理等焊接設備的相關關系，以嚴格控制設備停產后所有符合設計和生產工藝要求的參數，對同類設備有一定的參考價值。