自動堆焊技術在高含硫氣田設備防腐中的應用

劉博強 蔡偉 范林云 邵青

1 .中國石油西南油氣田川東北作業分公司 四川 成都 610021

2. 上海蘇爾壽工程機械制造有限公司 上海 201306

1 概述

高含硫天然氣田具有高產、高壓、高酸性的特點，因為高含H2S、CO2以及CL-及有機硫的存在，導致天然氣凈化裝置面臨十分嚴峻和復雜的腐蝕環境。從2017年大修開始，再生塔收集塔盤以下部位受胺液、酸氣以及高溫影響，多處出現大面積腐蝕減薄，主要集中在半貧液進口段，并伴有深度不同的點蝕。經過每年大修檢查，腐蝕區域有明顯擴大趨勢，腐蝕深度也在增加。以下圖1、圖2為C-070603-2在2018年大修和2020年大修時繪制的腐蝕區域圖。

圖1 2018年腐蝕圖

圖2 2020年腐蝕圖

2020年大修期間測的最小厚度值及計算腐蝕速率如表1所示，屬于嚴重腐蝕。

表1 腐蝕速率表

腐蝕分析認為是半貧液所攜帶的H2S和CO2在沿著碳鋼塔壁流動的過程中造成的接觸性的局部腐蝕。2020年大修后，使用的某溶液更易吸收CO2的特性，預計會加劇塔內壁CO2腐蝕。因此決定對C-070603-3/2內壁實施不銹鋼堆焊，使其具有更好的抗腐蝕性能，提升設備的可靠性。

2 自動堆焊技術應用過程及關鍵控制點[1-3]

施工之前，對施工單位的機具及材料進行了檢查，確認滿足施工作業條件；并組織相關作業焊工進行入場考試，核實查驗焊工資質證書，確保作業人員符合要求。

堆焊區域:收集塔盤以下3000mm以內塔內壁，A1E和A1F人孔內壁，N6A和N6B接管內壁進行堆焊。具體工序如下：

對收集器以下至下封頭環縫塔內壁，以及DN≥200的人孔及接管內壁，施工前先經過消氫處理，消氫溫度350℃保溫2小時。如圖3、4所示。

圖3 消氫熱處理升溫曲線

圖4 熱處理實際曲線

砂輪機打磨去除收集塔盤以下3000mm以內所有爬梯組件，并將殘余焊縫打磨干凈。

堆焊區域內塔壁表面清理（包括人孔、接管），去除表面氧化層及其他雜物，100% MT檢測后標記腐蝕位置。用砂輪機打磨或等離子氣刨去除腐蝕缺陷，如圖5所示，缺陷清除完畢100%目視檢查，目視檢查合格后100% MT復檢確保腐蝕缺陷全部去除。用UTG定點測厚，確認當前壁厚。

圖5 腐蝕區域打磨

塔璧上腐蝕去除后超過1mm的凹坑，打磨清理去除表面的油污和氧化層，使用GMAW-P或GTAW對凹坑進行手工修補，焊絲為ER50-6。補焊后將多余的厚度打磨去除與周圍母材平齊，100% MT檢測確保表面無缺陷。

將自動堆焊區域6等分，由3臺自動焊機分段施焊，盡量減少焊接變形。自動堆焊前打磨清理去除塔壁表面的油污和氧化層，根據堆焊工藝布置定位點焊相應的自動焊機軌道（如圖6），在塔壁上采用S317L焊絲（圖7）按工藝規程要求的參數進行自動堆焊（圖8），堆焊時控制層間溫度≤150℃，焊接電流控制在120～160A。

圖7 焊絲

圖8 自動焊接

內壁堆焊結束，對新的316L爬梯進行PMI復檢并定位點焊，按工藝規程要求的參數使用半自動GMAW-P焊接爬梯與塔壁角焊縫，焊絲為S317L，見圖9。同時按工藝規程要求的參數使用半自動GMAW-P對人孔和接管進行手工堆焊，見圖10，焊絲為S317L。

圖9 爬梯復檢及焊接

圖10 堆焊接管

堆焊層表面100%目視檢查，對于外觀缺陷，使用GTAW手工修復，焊絲為S317L。修復完成，打磨焊縫余高與周圍堆焊層平齊。

堆焊完畢清理堆焊層表面，以滿足無損檢測要求。對堆焊質量進行驗收，堆焊層無損檢測：100% PT檢測（NB/T 47013.5 Ⅰ級），如圖10，UTG測厚（堆焊層厚度≥3mm），實測壁厚均在24mm以上，PMI檢測（主要合金元素：Cr 13%～18%，Ni 10%～14%，Mo 2%～3%），鐵素體檢測（鐵素體含量4%～12%）。

3 經驗啟示[4-5]

以上步驟在執行過程中發現了一些問題，主要集中在自動堆焊這一步。在自動堆焊過程中，如果軌道安裝沒有合理規劃，將會導致自動焊接區域分散，并且區域接頭環焊縫和縱焊縫較多，另外如果開始時焊接電流的不穩定也會導致了部分焊道成型不好，焊道與焊道之間存在未熔合，無形中會增加了大量的后期修補工作。第二列再生塔為了避免這一狀況，在軌道安裝之前，先要求安裝人員測量好整個焊接區域高度，計算好分幾層堆焊，將軌道架設為同一高度，自動焊機上下行程裝置調整好起始高度，焊機向上行程控制好每次的位移量，確保焊接區域整體成型，焊縫與焊縫之間融合率達到50%，起始焊接電流先從小數值開始，避免焊肉堆積過多，以上措施確保了二列再生塔后期手工修補工作量大大降低，焊縫成型更美觀。縮短了工期，為開廠復產贏得了寶貴的時間。

4 結束語

本次大修二列、三列再生塔總修復面積約80平方米，使用CladFuseTM自動堆焊技術，可以將堆焊熔深控制在0.3-0.5mm，在保證了塔壁母材與堆焊層結合強度的同時，很好的控制稀釋率，確保堆焊層的耐蝕性能，有效的控制變形和應力，預計后期生產過程中腐蝕速率會大幅下降，提升設備的可靠性。