高壓換熱器密封接頭的焊接修復(fù)
隨著石油化工裝置向著大型化和高參數(shù)方向的不斷發(fā)展,其體積和質(zhì)量也越來越大,高壓加氫換熱器作為加氫裝置的主要設(shè)備之一,擔(dān)負(fù)著原料油與反應(yīng)生成油的熱量交換任務(wù),由于設(shè)備的操作壓力和溫度均較高,且介質(zhì)屬于易燃易爆的油氣類,在長期高溫高壓和臨氫的環(huán)境下,此密封接頭焊縫結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋而引起泄漏。高質(zhì)量焊接修復(fù)密封接頭裂紋,對延長密封結(jié)構(gòu)壽命以及保證加氫裝置長周期安全運(yùn)行具有重要的工程意義。
1 焊接分析
加氫高壓換熱器管箱法蘭是平板式焊接密封結(jié)構(gòu),管程設(shè)計(jì)壓力為16.9MPa,設(shè)計(jì)溫度272℃, 管箱法蘭、蓋板材料均為16Mo5,管箱法蘭表面有5mm厚的0Cr18Ni9堆焊層。0Cr18Ni9鋼(AISI 304)是奧氏體不銹鋼,具有足夠的耐晶間腐蝕能力,在氧化性酸中具有優(yōu)良的耐蝕性,在堿溶液和大部分有機(jī)酸和無機(jī)酸中以及大氣、水、蒸汽中耐蝕性亦佳[1]。缺點(diǎn)是對過熱敏感,存在過熱區(qū),也容易造成熱影響區(qū)的晶粒長大,焊縫高溫停留時間過長,在高溫狀態(tài)下Cr和C形成化合物,在高溫區(qū)就形成了貧鉻層,也會導(dǎo)致焊縫的枝晶傾向加劇。當(dāng)焊接材料選擇或焊接工藝不正確時容易出現(xiàn)熱裂紋。實(shí)心圓平板尺寸為Φ1212mm×10mm,材質(zhì)INCOLOY825。Incoloy825是金屬鎳鐵鉻系鎳基耐蝕合金,此合金含少量金屬元素鉬和銅,在還原性酸和氧化性酸中,它有很好的耐蝕性,還有很好的抗應(yīng)力腐蝕開裂、抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕,它對硫酸和磷酸有優(yōu)異的耐蝕性,是一種通用的工程合金。從經(jīng)濟(jì)性和現(xiàn)實(shí)情況考慮,決定對加氫高壓換熱器管箱法蘭焊縫及附近區(qū)域出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行焊接修復(fù)。
2 焊接材料選用
加氫高壓換熱器管箱法蘭材料為16Mo5,表面有0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼堆焊層,實(shí)心圓平板材質(zhì)Incoloy825是金屬鎳鐵鉻系鎳基耐蝕合金,裂紋泄漏處的焊接屬異種鋼焊接。不銹鋼焊條的選用是按等成分的原則,即:選用熔敷金屬化學(xué)成分與母材相同或相近的焊條,同時熔敷金屬的含碳量不應(yīng)高于母材,選用耐熱不銹鋼焊條時還應(yīng)注意滿足焊縫金屬的抗熱裂紋性能和高溫性能,對于耐蝕不銹鋼還應(yīng)考慮到工作條件和工作溫度狀況[3],焊縫的強(qiáng)度、線膨脹系數(shù)的差異,焊接裂紋、氣孔的敏感性也都應(yīng)一并考慮。為此選用了ER NiCrMo-3焊絲;焊條選用ENiCrMo-3美國泰克羅伊萬能電焊條,焊條牌號TECH-ROD112、ENiCrMo-3焊條是堿性藥皮鎳合金焊條,其特點(diǎn)具有電弧穩(wěn)定、飛濺小、熔渣覆蓋均勻,脫渣容易、焊縫成形好、金屬強(qiáng)度、塑韌性、抗氣孔性能良好等特點(diǎn),具有極佳的抗應(yīng)力腐蝕開裂和抗點(diǎn)蝕能力。
3 焊接
3.1 修復(fù)方法
由于換熱器角焊縫焊接密封接頭裂紋處是在底下半部,容器內(nèi)有水和殘油不斷滲出,如果直接用熔化焊,將無法焊接。只能用堵塞和碾死滲漏處與焊接相接合的方法進(jìn)行修復(fù)。通過試驗(yàn)確定采用風(fēng)鏨子將裂紋缺陷處全部清理干凈,在焊口根部用風(fēng)鏨子鏨成一個3.2mm的U 型坡口,通過風(fēng)鏨子開坡口的力而使焊口根部碾死不漏殘油,將焊條芯鑲進(jìn)U型坡口內(nèi)采用氬弧焊點(diǎn)焊焊接,電弧不直接熔化根部,達(dá)到手工電弧焊焊接的基本要求。如圖2、圖3所示。
3.2 焊接工藝參數(shù)
焊機(jī)采用手工電弧焊/氬弧焊兩用的WS7-400 逆變式弧焊機(jī),氬弧焊時采用直流正接,焊絲規(guī)格Φ2.0mm,鎢極Φ2.5mm,伸出長度5~6mm。噴嘴直徑8mm,氬氣純度≥99.99%;手工電弧焊時,采用直流反接,焊條規(guī)格Φ3.2mm(見附表)。焊條進(jìn)行300~350℃ 烘干1h,隨取隨用,不要重復(fù)烘干。
3.3 焊前清理
確定泄漏的具體位置,密封板與管箱法蘭之間角焊縫全部清除干凈,清除處與周邊金屬平滑過渡同時做PT處理,清除焊縫時做好相應(yīng)的防護(hù)措施,不要傷及密封板及管箱法蘭密封面,將周圍的油污、雜物徹底清理干凈。對裂紋缺陷處進(jìn)行(300~350)℃×(6~8)h脫氫處理。采用履帶式加熱器(或繩式加熱器)進(jìn)行局部加熱,并布置一支熱電偶進(jìn)行實(shí)體測溫。
3.4 焊接注意事項(xiàng)及要求
3.4.1 Incoloy825的焊接必須在退火態(tài)300~350℃(預(yù)熱消氫)進(jìn)行,焊前應(yīng)使用不銹鋼絲刷,將坡口兩側(cè)表面20mm范圍內(nèi)的水、銹、油污以及毛刺等有害物清理干凈,坡口表面不得有裂紋和夾層等缺陷。
3.4.2 正式焊接前應(yīng)認(rèn)真檢查點(diǎn)固焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量,如發(fā)現(xiàn)各類缺陷時應(yīng)清除后方可施焊。
3.4.3 焊接工作應(yīng)安排具有相應(yīng)合格位置焊接資格的技術(shù)熟練的焊工擔(dān)任。
3.4.4 焊工手工工具,如:刨錘、鋼絲刷等應(yīng)采用不銹鋼制成。
3.4.5 焊接的引弧和收弧必須在坡口內(nèi)進(jìn)行,不得在管壁上試驗(yàn)焊接電流,焊接時注意引、收弧處的質(zhì)量,收弧應(yīng)填滿弧坑。
3.4.6 不銹鋼的焊接對層間溫度和線能量的輸入很敏感,在保證焊透及熔合良好的條件下,焊接時盡量采用小電流、小電壓多層多道快速焊,以減小焊接線能量,層間接頭應(yīng)錯開,每條焊縫焊接兩層以上,當(dāng)一層焊接結(jié)束后應(yīng)及時清理層間熔渣,焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生的顏色要在焊縫區(qū)域未冷卻時,用不銹鋼刷刷去方可進(jìn)行下一層的焊接。
3.4.7 為防止碳化物析出敏化及晶間腐蝕,應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度≤60℃和焊后冷卻速度,避免產(chǎn)生熱裂紋,預(yù)防晶間腐蝕。
3.4.8 焊縫應(yīng)一次連續(xù)焊完,如中途因故停止,重新焊接前必須打磨接頭,并按照原工藝進(jìn)行施焊。
4 檢驗(yàn)
4.1 焊接的角焊縫應(yīng)進(jìn)行100%的PT著色,其表面不得有任何缺陷,符合JB4730-2005Ⅰ級合格。
4.2 缺陷修補(bǔ)后,應(yīng)放置12h以上,管程水壓試驗(yàn)參數(shù)由廠家提供,合格后方可投入使用。
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