煉油I催化油漿泵沖刷腐蝕原因分析及修復

馬興國 張云來 杜 亮 周利華

（1. 中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833699；2. 新疆煉化建設集團有限公司，新疆 克拉瑪依 833699）

0 引言

2021年2月17日某石化煉油廠催化裝置油漿泵P-207/3殼體出口管線處有一直徑為φ3mm的砂眼發生泄漏，該泵是催化裝置關鍵設備，其主要作用是將分餾塔底油漿循環和油漿回煉，設備型號150ZPY400B，屬于單級懸臂式離心泵，于2009年安裝投運，2014年完成密封改造。

1 概述

泵體材質為ZG1Cr13馬氏體型，介質為催化油漿，設計溫度378℃，壓力1.5MPa。拆卸泵體襯里檢查發現，泵殼體內部入口流道底部與襯里密封部位沖蝕，沖蝕尺寸為210×50mm（如圖1所示）。油漿泵的運行情況直接影響催化裝置運行，能及時修復運行，可為企業減小損失。我單位接到任務后，對油漿泵發生沖蝕而引起泄漏原因進行分析，從焊接材料的選擇、焊接工藝以及熱處理方面進行闡述，制定出合理的焊接工藝，取得了滿意效果，對同行有所借鑒。

圖1 泵殼沖刷示意圖

2 泵殼沖刷腐蝕穿孔原因分析

（1）通過拆檢可知，襯里與泵殼間有兩處密封，第一處在泵殼Φ500mm處有一厚度0.5mm的墊片實現密封。第二處是在Φ190×Φ170×3.5mm的石墨墊片實現密封，由于泵殼與襯里間有間隙，因此會形成一個相對封閉的空間，沒有流動介質不存在沖刷腐蝕。

但當泵入口Φ190mm處的密封墊片發生沖刷腐蝕損壞后，泵出口高壓介質通過泵殼與襯里的間隙流至入口處，形成泄漏通道，泵出口與進口聯通，在出口和入口處發生沖刷腐蝕，造成泵殼腐蝕減薄穿孔，發生泄漏；

（2）該油漿泵設計存在缺陷，襯里與泵殼Φ170mm處凸臺存在0.86mm間隙如圖2所示，介質在該處發生湍流，造成沖刷腐蝕，液體中催化劑固體顆粒沿下部流動造成凸臺腐蝕，造成密封墊片失效，在泵殼與襯里間出口與入口貫通形成回路，加速出口和入口處腐蝕，直至泵殼減薄穿孔發生 泄漏。

圖2 泵殼流程示意圖

3 修復方案制定

3.1 可焊性分析

1Cr13鋼焊接性差，焊后組織為為馬氏體，有以下特點：

（1）焊接冷裂紋

馬氏體不銹鋼焊接時在焊接接頭區域出現明顯的淬硬傾向。焊縫及熱影響區焊后的組織通常為硬而脆的馬氏體組織，含碳量越高，淬硬傾向越大，焊接接頭很容易導致冷裂紋的產生，尤其當焊接接頭剛度大或有氫存在時，馬氏體不銹鋼更易產生延遲裂紋；

（2）熱影響區脆化

馬氏體不銹鋼尤其是鐵素體形成元素含量較高的馬氏體不銹鋼，具有較大的晶粒長大傾向。冷卻速度較小時，焊接熱影響區易產生粗大的鐵素體和碳化物，冷卻速度較大時，熱影響區會產生硬化現象，形成粗大的馬氏體。這些粗大的組織都使馬氏體不銹鋼焊接熱響區塑性和韌性降低并導致 脆化。

3.2 1Cr13的化學成分如表1所示、力學性能（如表2所示）

表1 1Cr13的化學成分

表2 1Cr13的力學性能

3.3 金相微觀組織分析

按照GB/T 13298-2015《金屬顯微組織檢驗方法》對泵體母材部位進行金相組織檢驗，其顯微組織為保留馬氏體位向的回火索氏體和帶狀鐵素體，未觀察到明顯的材質劣化（如圖3所示）。

圖3 泵體母材金相組織（100×）

4 焊接工藝

4.1 焊接方法和焊接材料選擇

馬氏體不銹鋼焊接修復采用焊條電弧焊，焊接材料選取G207焊條，直流反接。焊條使用需經300～350℃烘干，恒溫1h隨取隨用。焊材化學成分如表3所示、力學性能如表4所示。

表3 G207的化學成分(%)

表4 G207的力學性能

4.2 焊前準備

焊前用磨光機將焊縫表面兩側15mm范圍內打磨出金屬光澤，打磨完成對坡口必須進行100%PT滲透檢測、Ⅰ級合格，焊前預熱溫度為100～150℃，預熱方式采用氣焊加熱，用紅外線測溫儀測量溫度。

4.3 工藝參數選擇（如表5所示）

表5 焊接工藝參數

4.4 打底層焊接

焊接時采用小電流多層多道焊工藝，焊接過程層間溫度控制在150℃以內，對每道焊縫進行錘擊，減小焊接應力。焊接時注意兩側坡口及根部要熔合良好，避免未熔合缺陷的產生，在熔池邊緣處收弧，收弧時注意填加鐵水并要保證弧坑飽滿，以避免產生弧坑裂紋。

4.5 填充、蓋面層焊接

采用多層多道焊，各層接頭應互相錯開，焊工要加強層間清理，嚴防焊縫夾渣。各焊道的單層厚度約3.0mm，方可進行下一層的焊接（如圖4 所示）。

圖4 打底、填充、蓋面層焊接示意圖

4.6 焊后要求

焊縫外觀要求焊縫波紋均勻、寬窄整齊，焊縫與母材要圓滑過渡，焊縫表面不得有氣孔、未熔合、裂紋、接頭脫節、內凹等缺陷，咬邊深度不得超過0.5mm有咬邊要圓滑過渡,焊縫增寬量0.5～2.5 mm，所有焊縫余高為1～2mm。

4.7 焊后切削加工及檢驗

補焊完成后在車床上進行切削加工恢復尺寸，再進行滲透檢測（如圖5所示），滲透探傷檢驗按NB/T 47013.5-2015檢驗，I級合格。熱處理完成后再進行一次滲透檢測。

圖5 切削加工進行滲透檢測

4.8 焊接工藝要點

（1）嚴格控制層間以及焊接區域的溫度，溫度控制≤150℃，以防止在熔敷后續焊道前發生冷 裂紋；

（2）采用直線運條多層多道焊，焊條不擺動，小規范分段、分散焊，焊后立即用尖的渣錘敲擊焊縫，可以減小應力，提高抗裂性能力；

（3）焊接時，接頭要盡量錯開，收弧時要填滿弧坑，防止產生弧坑裂紋。每道清完渣后，用10倍放大鏡檢查，發現焊接缺陷隨時處理，如有裂紋，立即鏟除重焊；

（4）焊后用石棉覆蓋焊縫，緩冷至室溫。

5 焊后回火熱處理

（1）焊后回火溫度在650～750°C，恒溫時間1小時；

（2）升溫速度、降溫速度50～80°C/h，300°C以下空冷。

圖6 回火熱處理曲線圖

6 結論與建議

（1）將問題反饋嘉利特泵廠家，已向廠家建議為防止油漿泵沖刷腐蝕對設計進行改造；

（2）定期檢查襯里與泵殼之間的密封墊片沖刷腐蝕情況；

（3）對馬氏體組織的ZG1Cr13補焊，選用G207焊材取得了良好的效果，保證了泵體的補焊質量，對同類型其他工件的補焊具有指導意義；

（4）通過采取科學合理的補焊工藝措施，精心操作保證了泵殼的補焊質量，運行后符合使用要求，修復方案是可行的。