制氢转化炉炉管的修复

性能, 1C r5M o 与 H K240 异种钢焊接后必须进 采用 IN CON EL 82 焊丝单层焊。 但是由于 IN 2
行热处理。 但是由于异种钢材质差异会引起热 CON EL 82 焊接材料熄弧时很容易产生缩孔和
膨胀的不同, 会引起对焊缝和 H K240 炉管的不 利, 用户不希望对接头进行焊后热处理。 为了
(4) 六跨炉管同时逐根按次序组焊, 要保 证对口错边量小于 1mm , 相邻两管中心距偏差 不能大于 2mm , 每根炉管全长垂直度偏差不大 于 5mm。
3 转化炉 (B 套) 出口尾管的更换
(1) 出口集合管和尾管结构见图 2。
1) 先使紧靠集合管封头侧的二跨炉管加强 接头中心线与集合管上的加强接头中心线对 正, 组对、 焊接相应出口尾管。
图 2 出口集合管尾管结构图
(2) 由于施工在现场进行, 为了减少现场 的工作量, 加强接头与集合管之间的焊接可以 在厂房内完成。
(3) 实测并且记录下原集合管上的第一个 加强接头与蒸汽发生器进口异径管与集合管之 间连接焊缝的距离, 以此来确定新集合管的长 度。
(4) 新集合管就位后, 按下列顺序组对焊 接:
411 H K240 炉管的焊接性 (1) 由图 1 可见, 炉管系统由炉管、 集合 管、 尾管等组成。 (2) 炉管 H K240 是一种亚共晶奥氏体耐热 钢, 含碳量高达 0140% , 其化学成分和力学性 能见表 3、4。离心铸造后的铸态组织为奥氏体 基体加沿晶骨架状共晶碳化物 (M 7C3) , 称一次 碳化物。炉管经过长时间高温状态下运行后, 共 晶碳化物由骨架状可以变为棒块状, 即二次碳 化物 (M 23C6) 析出, 并明显粗化。棒状碳化物 的出现, 可视为 H K240 过热的一个重要标志, 使本来就不高的延性更加降低。 旧炉管在含氢 介质下长期运行, 材料性能恶化严重, 焊接时 很容易产生裂纹。
40 炉管焊接。 这样既消除了热影响区的马氏
体, 又避免了焊后热处理给炉管带来的不利影
响。
(3) 法兰坡口堆焊时用氧—乙炔火焰预热
至 250～ 300℃。堆焊方法全部采用的是钨极氩
弧焊, 堆焊完后立即用石棉包裹保温缓冷。 最
图 3 加强接头—尾管接头的改进
后进行了 750℃保温 1 小时的高温回火热处 (2) 防止尾管, 加强接头焊缝破坏采取的
415 吊耳 有 51151% 的破裂泄漏发生在炉管上部弹 簧吊架 1C r5M o 吊耳与炉管焊接部位, 这是由 于此处焊接残余应力和吊架的拉应力以及应力 腐蚀共同作用的结果。解决这个问题十分简单, 只要取消 1C r5M o 吊耳, 改用抱箍吊架结构即 可。 416 异径管纵焊缝的修复 (1) 转化炉 (B 套) 出口集合管异径管两条 拼接纵缝外侧, 经过渗透检测和超声波检测发
检 验 与 修 复
制氢转化炉炉管的修复
R ep a ir of Conve rsion F u rnace T ube s in H yd rogen P lan t s
镇海炼化检修安装公司 俞春尧 唐明忠 叶玉芬 王健良
T h is a rt icle d iscu sses the rep a ir m ethod and the w eld ing p rocess of the loca l w eld2 ing on the conversion fu rnace tubes in hyd rogen p lan t s. It a lso p u t s fo rw a rd som e im 2 p rovem en t suggest ion s fo r so lving som e p rob lem s. 关键词: 高温炉管 焊接 修复
法是以每一跨炉管为一组, 用 100×12 角钢及 切割部位并作标记。 用等离子切割割除破损段
M 12 的 U 型螺栓连排加固于切割以下 500mm 炉管, 并留出约 30mm 的加工余量。
表 2 炉管系统各部分材料、 规格
炉 管
H K240 (ZG4C r25N i20)
进口加强接头
1C r18N i9T i 50
表5
焊接方法 焊接层次
焊丝规格 (mm )
焊接电流 (A )
焊接电压 (V )
焊接速度 (mm s)
A r 气流量 (L m in)
1 钨极氩弧焊
2～
214～ 215 214～ 215
90～ 110 110～ 130
12～ 14 12～ 14
110～ 112 112～ 114
5～ 6 5～ 6
(4) 炉管系统焊接的技术措施
现裂纹等缺陷应彻底打磨掉, 然后方可进行焊
1) 每焊接一层都必须用渗透检测检查, 发源自文库接。
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2) 用角向砂轮打磨时不能用力过大, 同一 部位打磨时间不能过长, 否则易引起炉管微裂 纹。
焊接
413 出口集合管的焊接
(1) 从发生炉管破裂部位统计, 25176% 发
(1) 出口集合管的结构见图 2。如图、其上
生在上法兰与炉管之间的焊接接头上。 对已损 分布有 108 个加强接头, 为了避免焊接变形, 应
坏 的 旧 炉 管 进 行 解 剖 分 析 证 明: 炉 管 与 分散跳焊。
1C r5M o 法兰焊接接头处的裂纹主要集中在热
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制氢转化炉炉管的修复
表3
元素
C
Mn
Si
P
S
Cr
Ni
Mo
成分 0135～ 0145 ≤1150 0150～ 2100 ≤01040 ≤01040 23～ 27 19～ 22 ≤0150
2 转化炉 (A 套) 炉管的局部更换
(1) 针对炉管损坏主要位于上部进口的情
图 1 转化炉炉管系统图
管系统如图 1 所示。主要技术参数见表 1。设计
况, 对 108 根炉管只在入口端约 1200mm 长度 管段进行现场更换。炉管总长 12084mm , 除了 上部弹簧吊架和下部支撑, 其它部位再无任何
现, 沿两焊缝中心全长有深约 16～ 20mm 的裂 缝。
(2) 采用焊接修复方法如下: 1) 用超声检测确定裂缝的正确位置和深 度。 (2) 用碳弧气刨仔细、小心地刨去裂纹。刨 削时层间温度必须小于 60℃, 刨削深度以完全 去除裂纹为止, 最后形状为易于焊接的U 形。 3) 用角向砂轮打磨掉碳弧气刨的热影响 区, 且至少磨掉 2mm 以上, 然后用渗透检测检 查。 4) 应按照集合管对接的焊接工艺进行施 焊。 5) 由于异径管内部有耐热衬里, 最后无法 进行射线检测, 所以每层焊后进行渗透检测, 最 终进行超声波检测, 符合 JB 4730—94 级标 准。 417 炉管系统的焊接工艺 (1) 炉管系统各部位焊接坡口尺寸和熔敷 顺序如图 4 所示。
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压 力 容 器
固定。 所以上部炉管割断前, 必须先对炉管另 处。
行固定, 以防止炉管的倾倒与弯曲。 采用的方
(2) 准确划出切割基准线, 逐根确定炉管
(1) 根据设计要求, 进出口尾管与加强接
还发现: 腐蚀裂纹中含有 C l- 和 S2- 等。 显然, 炉管破坏的根源是应力腐蚀。
头之间的焊接形式如图 3 (a) 所示, 为承插式 角焊缝接头。 为了降低焊接残余应力, 要求焊
(2) 为了消除热影响的马氏体, 改善接头 角高度与尾管壁厚相同。 原施工单位在焊接时
理。
对策
(4) 通过焊接工艺评定试验金相检验, 这
1) 采用两层焊接, 但每层焊缝要薄, 以减
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压 力 容 器
少焊接应力, 两层的引、 熄弧坑要错开。 这样 第一层焊缝的焊接缺陷如缩孔、 弧坑、 偏析等 等可以被第二层焊缝重熔或者覆盖, 提高了焊 缝抗热冲击的能力, 从而提高了接头的使用寿 命。 2) 有条件时, 可将加强接头—尾管之间的 焊接改为对接接头, 结构形式如图 3 (b) 所示, 这样可以消除由于原设计的角焊缝受力状态 差、 根部的应力集中及缺口效应而导致损坏的 缺点。
(2) 集合管的对接采用U 型坡口, 多层多
影响区, 裂纹起源于炉管内壁表面的腐蚀坑, 由 道焊接, 每层焊前用角向砂轮修磨焊缝表面, 以
里向外形成一条条贯穿的裂缝。金相分析发现, 防止层间未熔合。
1C r5M o 一侧焊缝热影响区的组织为大量板条
414 进、出口尾管与加强接头之间的焊接
状马氏体和片状马氏体。 扫描电镜和能谱分析
抗拉强度 (常温)
≥451M Pa
屈服强度 (常温)
≥245M Pa
延伸率 (常温)
表4 871℃ 抗拉强度 延伸率
≥15% ≥113M Pa ≥6%
871℃ 持久强度 ≥25h 69M Pa
982℃ 持久强度
≥11h 41M Pa
412 1C r5M o 法兰与 H K240 炉管之间的 种焊接接头热影响区无马氏体组织出现。
偏析等缺陷, 在多次的开停炉过程中, 温度、压 力的周期性变化, 导致了该焊接接头的热疲劳,
解决这一矛盾, 我们采取先在法兰坡口面上堆 加上角焊缝承载能力差, 因而出现了多处的开
焊 6mm 的 IN CON EL 82 高 C r2N i 合金过渡层, 裂。
过渡层堆焊完后即进行热处理, 然后再与 H K2
2) 将集合管向蒸汽发生器方向缓缓平移, 使中间二跨炉管加强接头中心线与集合管上的 加强接头中心线对正, 组对、 焊接相应出口尾 管。
3) 继续平移集合管, 使最后二跨炉管加强 接头中心线与集合管中心线对正, 组对、 焊接 相应出口尾管。
4) 再次平移集合管, 最终与蒸汽发生器进 口异径管相焊接。
4 炉管系统的焊接
3) 不能强行组对、锤击调整及强力板扭点 焊处, 点焊两端修磨成利于焊接的缓坡形。
4) 引弧和收弧应在坡口或焊缝内进行。收 弧时必须使用电流衰减装置, 衰减时间要长, 一 般不少于 10 秒, 以保证填满弧坑而避免缩孔。 重新引弧前要认真检查焊缝和弧坑, 如有裂纹 及时磨掉后再焊。
出口尾管
C r20N i32 32×315
上、 下法兰
1C r5M o
进口尾管
1C r18N i9T i 32×315
进口集合管
1C r5M o 219×6
出口加强接头
C r20N i32 52
出口集合管
N 08800 406×28
(3) 采用机械方法 (倒如坡口机、 镗床、 车床等等) 加工炉管坡口。 加工完毕还必须对 坡口面及其周围 200mm 范围管段进行渗透检 测。
表 1 转化炉主要设计技术参数 进口温度 460℃ 炉管材料 H K240 (ZG4C r25N i20)
出口温度 800℃ 炉管尺寸
127×12×12084
设计压力 210M Pa 法兰材料
1C r15M o
介 质
原料混合气 (硫化氢、氢气、碳氢有机物、 硫化物等)
为了节约费用, 我公司对转化炉炉管进行 了局部修复, 简述如下。
图 4 炉管系统坡口尺寸及熔敷顺序图
(2) 各部位焊接材料除了上尾管与加强接 接也可采用 H 4C r25N i20 焊丝。
头之间的焊接采用 H 0C r20N i10T i 焊丝, 其余
(3) 炉管系统各部位的焊接工艺参数可参
全部采用 IN CON EL 82, H K240 炉管之间的焊 见表 5。
1 前言
某炼化公司制氢装置转化炉是一种外热式 内装催化剂的管式加热炉, 由A 、B 两套组成。 每台炉子由 108 根材质为 H K240 炉管分六跨 组成。 转化炉由洛阳石化工程公司设计, 其炉
寿命为 10 万小时。 自 1992 年投用, 至今已运 行 2 万多个小时。1997 年 5 月停工大修时发现 转化炉 (A 套) 52 根转化炉炉管出现 66 处穿透 性裂纹; 转化炉 (B 套) 出口尾管与加强接头之 间焊缝多处泄漏, 出口集合管后异径管拼接纵 缝出现深达壁厚 2 3 的裂缝。