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高压换热器密封接头的焊接修复

发布时间:2015/05/20 点击量:
本文主要介绍了高压加氢换热器管箱法兰、盖板、实心圆平板及堆焊层材质的物理性能、化学成分和工作环境,分析了裂纹形成原因。确定了平板形角焊缝密封结构修复方法及焊接接头的技术要领。确定了采用风錾子将裂纹缺陷处全部清理干净并开U型坡口,同时碾死焊口根部不漏残油并镶进3.2mm的焊条芯,采用氩弧焊点焊的方法。焊接材料选用原则:选择了ERNiCrMo-3氩弧焊焊丝和焊接超级奥氏体不锈钢的ENiCrMo-3万能电焊条进行盖面焊接。确定了焊补工艺和焊接工艺参数和焊接方法、焊接特点以及焊接注意事项等.
  引言
  某石化公司100万吨/年加氢裂化装置,热高分子与进料换热器管箱法兰与隔膜密封板焊缝出现裂纹泄漏。换热器作为装置系统是能量平衡和能量回收中不可缺少的关键设备。随着石油化工装置向着大型化和高参数方向的不断发展,其体积和质量也越来越大,高压加氢换热器作为加氢装置的主要设备之一,担负着原料油与反应生成油的热量交换任务,由于设备的操作压力和温度均较高,且介质属于易燃易爆的油气类,在长期高温高压和临氢的环境下,此密封接头焊缝结构出现裂纹而引起泄漏。高质量焊接修复密封接头裂纹,对延长密封结构寿命以及保证加氢装置长周期安全运行具有重要的工程意义。
  1焊接分析
  加氢高压换热器管箱法兰是平板式焊接密封结构,管程设计压力为16.9MPa,设计温度272℃,管箱法兰、盖板材料均为16Mo5,管箱法兰表面有5mm厚的0Cr18Ni9堆焊层。0Cr18Ni9钢(AISI304)是奥氏体不锈钢,具有足够的耐晶间腐蚀能力,在氧化性酸中具有优良的耐蚀性,在碱溶液和大部分有机酸和无机酸中以及大气、水、蒸汽中耐蚀性亦佳[1]。缺点是对过热敏感,存在过热区,也容易造成热影响区的晶粒长大,焊缝高温停留时间过长,在高温状态下Cr和C形成化合物,在高温区就形成了贫铬层,也会导致焊缝的枝晶倾向加剧。当焊接材料选择或焊接工艺不正确时容易出现热裂纹。实心圆平板尺寸为1212mm10mm,材质INCOLOY825。Incoloy825是金属镍铁铬系镍基耐蚀合金,此合金含少量金属元素钼和铜,在还原性酸和氧化性酸中,它有很好的耐蚀性,还有很好的抗应力腐蚀开裂、抗点蚀和缝隙腐蚀,它对硫酸和磷酸有优异的耐蚀性,是一种通用的工程合金。从经济性和现实情况考虑,决定对加氢高压换热器管箱法兰焊缝及附近区域出现的裂纹进行焊接修复。
  2焊接材料选用
  加氢高压换热器管箱法兰材料为16Mo5,表面有0Cr18Ni9奥氏体不锈钢堆焊层,实心圆平板材质Incoloy825是金属镍铁铬系镍基耐蚀合金,裂纹泄漏处的焊接属异种钢焊接。不锈钢焊条的选用是按等成分的原则,即:选用熔敷金属化学成分与母材相同或相近的焊条,同时熔敷金属的含碳量不应高于母材,选用耐热不锈钢焊条时还应注意满足焊缝金属的抗热裂纹性能和高温性能,对于耐蚀不锈钢还应考虑到工作条件和工作温度状况[3],焊缝的强度、线膨胀系数的差异,焊接裂纹、气孔的敏感性也都应一并考虑。为此选用了ERNiCrMo-3焊丝;焊条选用ENiCrMo-3美国泰克罗伊万能电焊条,焊条牌号TECH-ROD112、ENiCrMo-3焊条是碱性药皮镍合金焊条,其特点具有电弧稳定、飞溅小、熔渣覆盖均匀,脱渣容易、焊缝成形好、金属强度、塑韧性、抗气孔性能良好等特点,具有极佳的抗应力腐蚀开裂和抗点蚀能力。
  3焊接
  3.1修复方法
  由于换热器角焊缝焊接密封接头裂纹处是在底下半部,容器内有水和残油不断渗出,如果直接用熔化焊,将无法焊接。只能用堵塞和碾死渗漏处与焊接相接合的方法进行修复。通过试验确定采用风錾子将裂纹缺陷处全部清理干净,在焊口根部用风錾子錾成一个3.2mm的U型坡口,通过风錾子开坡口的力而使焊口根部碾死不漏残油,将焊条芯镶进U型坡口内采用氩弧焊点焊焊接,电弧不直接熔化根部,达到手工电弧焊焊接的基本要求。如图2、图3所示。
  3.2焊接工艺参数
  焊机采用手工电弧焊/氩弧焊两用的WS7-400逆变式弧焊机,氩弧焊时采用直流正接,焊丝规格2.0mm,钨极2.5mm,伸出长度5~6mm。喷嘴直径8mm,氩气纯度99.99;手工电弧焊时,采用直流反接,焊条规格3.2mm(见附表)。焊条进行300~350℃烘干1h,随取随用,不要重复烘干。
  3.3焊前清理
  确定泄漏的具体位置,密封板与管箱法兰之间角焊缝全部清除干净,清除处与周边金属平滑过渡同时做PT处理,清除焊缝时做好相应的防护措施,不要伤及密封板及管箱法兰密封面,将周围的油污、杂物彻底清理干净。对裂纹缺陷处进行(300~350)℃(6~8)h脱氢处理。采用履带式加热器(或绳式加热器)进行局部加热,并布置一支热电偶进行实体测温。
  3.4焊接注意事项及要求
  3.4.1Incoloy825的焊接必须在退火态300~350℃(预热消氢)进行,焊前应使用不锈钢丝刷,将坡口两侧表面20mm范围内的水、锈、油污以及毛刺等有害物清理干净,坡口表面不得有裂纹和夹层等缺陷。
  3.4.2正式焊接前应认真检查点固焊点的焊接质量,如发现各类缺陷时应清除后方可施焊。
  3.4.3焊接工作应安排具有相应合格位置焊接资格的技术熟练的焊工担任。
  3.4.4焊工手工工具,如:刨锤、钢丝刷等应采用不锈钢制成。
  3.4.5焊接的引弧和收弧必须在坡口内进行,不得在管壁上试验焊接电流,焊接时注意引、收弧处的质量,收弧应填满弧坑。
  3.4.6不锈钢的焊接对层间温度和线能量的输入很敏感,在保证焊透及熔合良好的条件下,焊接时尽量采用小电流、小电压多层多道快速焊,以减小焊接线能量,层间接头应错开,每条焊缝焊接两层以上,当一层焊接结束后应及时清理层间熔渣,焊接热影响区产生的颜色要在焊缝区域未冷却时,用不锈钢刷刷去方可进行下一层的焊接。
  3.4.7为防止碳化物析出敏化及晶间腐蚀,应严格控制层间温度60℃和焊后冷却速度,避免产生热裂纹,预防晶间腐蚀。
  3.4.8焊缝应一次连续焊完,如中途因故停止,重新焊接前必须打磨接头,并按照原工艺进行施焊。
  4检验
  4.1焊接的角焊缝应进行100的PT着色,其表面不得有任何缺陷,符合JB4730-2005Ⅰ级合格。
  4.2缺陷修补后,应放置12h以上,管程水压试验参数由厂家提供,合格后方可投入使用。
  5结束语
  根据现场实际严格执行焊接工艺,抓好全方位的过程控制,取得良好的焊接效果。经过几个月的质量跟踪验证,产品各项技术指标均满足要求,设备运行良好。实践充分证明,采用在焊口根部用风錾子錾成一个3mm的U型坡口,而使焊口根部碾死不漏残油,用焊条芯镶进U型坡口内用氩弧焊点焊焊接,能使电弧不直接熔化根部而达到正常焊接的方法,在石油化工装置设备检修中应用效果非常好,给公司节约了成本和时间,取得了良好的经济效益,值得推广使用。