国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

加氫反應(yīng)器人孔接管堆焊層裂紋成因分析與處理

2023-09-02 04:03:12姚碩盧俊文湛立寧王肖逸陳敏周璐璐
化工生產(chǎn)與技術(shù) 2023年4期
關(guān)鍵詞:人孔堆焊基材

姚碩,盧俊文,湛立寧,王肖逸,陳敏,周璐璐

(河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗研究院唐山分院,河北 唐山 063000)

加氫操作是降低原油中氯、硫、氮等有害雜質(zhì)含量,提高成品油質(zhì)量的關(guān)鍵工藝,而加氫反應(yīng)器是加氫工藝的關(guān)鍵設(shè)備[1]。加氫反應(yīng)器在高溫、高壓且臨氫環(huán)境下運行,盛裝介質(zhì)中含有H、H2S和HCl等強腐蝕性介質(zhì),對制造材料的耐蝕性能要求較高;同時還要滿足強度要求。通常采用復(fù)合材料或者采用滿足強度要求的低合金鋼作為基材,在基材表面堆焊耐蝕性材料的方法,奧氏體焊材E309L+E347L 是常見的堆焊材料。但是由于堆焊方法不同、堆焊質(zhì)量的參差不齊,加之設(shè)備運行狀態(tài)的不穩(wěn)定,因此時常會在堆焊層表面產(chǎn)生裂紋,若不及時修復(fù),盛裝介質(zhì)會對基材產(chǎn)生腐蝕破壞[2]。為防止堆焊層產(chǎn)生裂紋或者降低產(chǎn)生裂紋的可能性,并采取合理處理措施,是煉化行業(yè)科技人員不斷研究的課題[3]。

以壓力容器定期檢驗中發(fā)現(xiàn)的反應(yīng)器人孔接管堆焊層開裂案例,分析堆焊層開裂原因并采取有效的處理措施,以使設(shè)備投入正常運行后,定期檢驗中不再出現(xiàn)裂紋缺陷。

1 設(shè)備概況

某煉化公司的1臺加氫反應(yīng)器,2017年2月投入使用,2020年4月首次定期檢驗。反應(yīng)器殼體材質(zhì)為2.25Cr1MoV,殼體表面雙層堆焊不銹鋼,過渡層采用E309L 堆焊,表面耐蝕層采用E347L 堆焊,雙層堆焊厚度為5 mm,其中表面耐蝕層厚度不小于2 mm。殼體母材厚度為89 mm,筒體外徑3.3 m,長度17.51 m,人孔接管直徑φ 450 mm。加氫反應(yīng)器技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 加氫反應(yīng)器技術(shù)參數(shù)Tab 1 Technical parameters of hydrogenation reactor

在對該臺設(shè)備定期檢驗中,滲透檢測人孔接管內(nèi)表面堆焊層時發(fā)現(xiàn)表面裂紋,位于人孔接管與長頸法蘭連接的環(huán)焊縫處,滲透檢測裂紋形貌如圖1所示。

圖1 滲透檢測裂紋形貌Fig 1 Penetration detection of crack morphology

為進一步檢查裂紋狀況,使用無鐵基砂輪對裂紋表面輕度打磨,然后用10 倍放大鏡檢查,裂紋宏觀形貌如圖2所示。

圖2 裂紋宏觀形貌Fig 2 Macro morphology of cracks

同時在人孔接管外表面進行UT檢測,接管母材及環(huán)焊縫未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷,查閱運行記錄,有1次短暫超溫操作。

2 檢驗項目

2.1 化學(xué)成分分析

采用射線光譜分析儀、碳硫分析儀對堆焊層的表層(耐蝕層)E347L、過渡層E309L進行化學(xué)成分檢測,裂紋部位堆焊層化學(xué)成分如表2所示。

表2 裂紋部位堆焊層化學(xué)成分Tab 2 Chemical composition of weld overlay at crack location

從表2 可以看出,堆焊層化學(xué)成分符合GB/T 983-2012標(biāo)準(zhǔn)對E347L、E309L焊材的要求[4]。

2.2 硬度檢測

對人孔接管內(nèi)表面堆焊層進行硬度檢測,檢測位置如圖3所示。

圖3 硬度檢測位置Fig 3 Hardness Testing Location

檢測位置沿軸向分布3個檢測環(huán)帶,分別是長頸法蘭環(huán)焊縫位置(C1)、人孔接管轉(zhuǎn)角位置(C2)、C1與C2的中間位置(C3),每個環(huán)帶沿周向分布4個檢測點,分別是面對法蘭的12點鐘、3點鐘、6點鐘、9點鐘位置。

采用便攜式HBX-0.5布氏硬度計,按圖3所示位置檢測硬度,人孔接管堆焊層硬度檢測結(jié)果如表3所示。

表3 人孔接管內(nèi)表面堆焊層布氏硬度Tab 3 Brinell hardness of surfacing layer on inner surface of manhole nozzle

從表3 可以看出,長頸法蘭環(huán)焊縫位置(C1環(huán)帶)硬度高于其他2個檢測環(huán)帶,但滿足制造技術(shù)文件硬度小于245 HB的要求。

2.3 鐵素體檢測

奧氏體不銹鋼易產(chǎn)生焊接熱裂紋,其中鐵素體含量直接影響熱烈紋傾向,過低的鐵素體含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3%)會加大熱裂紋傾向,同時降低耐蝕性能;過高的鐵素體含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于15%)易形成σ相轉(zhuǎn)變,在400~500 ℃溫度下長期運行時,將導(dǎo)致堆焊層強性脆化[5]。奧氏體不銹鋼中含有適量鐵素體,可以形成奧氏體+δ鐵素體雙相組織,從而提高堆焊層的抗裂紋性能、耐蝕性能,臨氫條件下服役的設(shè)備,通常將鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在3%~8%[6]。

采用FMP30 鐵素體檢測儀,檢測人孔接管堆焊層鐵素體含量,無裂紋區(qū)域的鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.78%~7.05%,檢測結(jié)果在正常范圍內(nèi);裂紋區(qū)域鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.93%~2.35%,含量低于正常范圍。

2.4 金相分析

采用PTI6500型金相顯微鏡,分別在堆焊層裂紋部位和無裂紋區(qū)域進行金相分析,無裂紋部位取點選在C2環(huán)帶處,其金相組織為奧氏體+δ鐵素體,無裂紋區(qū)域金相組織如圖4所示。

圖4 無裂紋區(qū)域金相組織Fig 4 Metallographic structure of crack-free area

由圖4 可以看出,裂紋區(qū)域堆焊層金相組織中,奧氏體溶解的δ鐵素體極少,與鐵素體檢測結(jié)果一致。

裂紋區(qū)域金相組織如圖5所示。

圖5 裂紋區(qū)域金相組織Fig 5 Metallographic Structure of Crack Area

由金相組織分析可知裂紋沿晶間擴展。

3 堆焊層裂紋原因分析

3.1 氫聚積

堆焊層材料E309L+E347L 均為奧氏體組織,其中溶解的氫元素含量高于基材2.25Cr1MoV,而氫擴散系數(shù)卻低于基材,尤其是停工狀況下,基材的氫擴散速度遠高于堆焊層,從而導(dǎo)致基材與堆焊層氫濃度差距加大,可使堆焊層氫含量高于母材10倍以上,在高溫下引起鐵素體σ相轉(zhuǎn)變,使其斷后伸長率降至10%以下,與脆性材料5%的伸長率較為接近,加大了堆焊層脆性開裂的可能性[7]。

3.2 熱應(yīng)力

堆焊層E309L+E347L 導(dǎo)熱系數(shù)低于基材2.25Cr1MoV,而熱膨脹系數(shù)卻大于基材,在開工的升溫操作時,導(dǎo)致堆焊層與基材之間產(chǎn)生較大膨脹差,設(shè)備運行時操作溫度波動也產(chǎn)生膨脹差,從而產(chǎn)生較大熱應(yīng)力[8];在停車降溫操作時,基材降溫速度明顯高于堆焊層降溫速度,同樣會產(chǎn)生熱應(yīng)力。最終導(dǎo)致堆焊層應(yīng)力集中部位或有原始缺陷部位產(chǎn)生疲勞應(yīng)變,達到一定的開停工次數(shù),使堆焊層產(chǎn)生脆性裂紋。

3.3 綜合分析

綜合考慮設(shè)備運行狀況,結(jié)合鐵素體檢測、化學(xué)成分分析、硬度檢測和金相分析結(jié)果,可以總結(jié)出堆焊層裂紋產(chǎn)生原因。人孔接管內(nèi)壁堆焊層為手工堆焊,檢驗中其他埋弧帶級堆焊的部位均未見缺陷,而手工堆焊位置在人孔接管環(huán)焊縫處,堆焊工藝控制不嚴(yán),產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中,是堆焊層出現(xiàn)裂紋的初始原因。設(shè)備運行不穩(wěn)定,出現(xiàn)過短暫超溫現(xiàn)象,是產(chǎn)生裂紋的誘導(dǎo)因素,在堆焊層與基材之間產(chǎn)生了較大的熱應(yīng)力,使覆蓋環(huán)焊縫的堆焊層出現(xiàn)裂紋,在強腐蝕介質(zhì)H2S的作用下,使裂紋沿堆焊層晶間擴展,最終形成2處彌散型裂紋。

通過鐵素體檢測和金相分析可知,裂紋區(qū)域的鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3%,金相組織中奧氏體溶解的鐵素體極少,降低了堆焊層抵御裂紋的能力,σ鐵素體含量不足是導(dǎo)致不銹鋼堆焊層出現(xiàn)裂紋的根本原因。

4 返修措施

經(jīng)宏觀檢查和超射波檢測確認,堆焊層表面裂紋在基材結(jié)合面終止,基材還沒有產(chǎn)生腐蝕缺陷,不會影響反應(yīng)器的強度承載能力。采用無鐵基砂輪打磨后,部分裂紋已消除,但是仍有部分裂紋淺層打磨后無法消除,一直沿過渡層擴展道與母材結(jié)合面。為防止后續(xù)使用過程中,介質(zhì)對基材產(chǎn)生腐蝕,影響設(shè)備的正常使用,對堆焊層采取補焊措施。由于反應(yīng)器在臨氫條件下運行,介質(zhì)氫已擴散至堆焊層和基材,所以裂紋打磨后應(yīng)進行消氫處理,采用繩式電加熱器對施焊部位預(yù)熱至250~300 ℃,在此溫度下恒溫4 h,使氫元素完全溢出才能保證返修質(zhì)量。

打磨深度應(yīng)深入到母材2~3 mm,經(jīng)滲透檢測確認裂紋消除后,采用焊條電弧焊方法補焊,過渡層采用E309L、表層采用E347L焊條,直徑均為φ 3.2 mm,焊前在350~400 ℃下烘干1 h。過渡層焊前預(yù)熱至150 ℃,過渡層堆焊完成后進行后熱,在250~300 ℃下保溫1 h,堆焊過程中應(yīng)控制層間溫度小于100 ℃,采取小電流、快速焊接的方式,盡量減少在高溫區(qū)停留時間[9]。焊接工藝參數(shù)如表4所示。

表4 焊接工藝參數(shù)Tab 4 Welding Process Parameters

按表4所列焊接工藝參數(shù),對耐蝕層和過渡層進行了補焊,補焊后的表面進行打磨處理,然后進行100% PT 和100% RT 檢測,按NB/T 47013-2015 標(biāo)準(zhǔn),I 級合格后投入使用,3 年后定期檢驗中沒有再出現(xiàn)裂紋缺陷[9]。

5 結(jié)束語

1)加氫反應(yīng)器人孔接管堆焊層裂紋成因包括:手工焊接工藝控制不嚴(yán),環(huán)焊縫表面堆焊層應(yīng)力集中沒有消除;奧氏體中鐵素體含量過低,導(dǎo)致耐腐蝕能力降低;堆焊層與基材導(dǎo)熱系數(shù)不同,在升降溫和超溫運行時,產(chǎn)生較高熱應(yīng)力,導(dǎo)致堆焊層在應(yīng)力集中部位開裂。

2)防止奧氏體不銹鋼堆焊層產(chǎn)生裂紋的措施有控制鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%~8%,采取合理的焊接方法和熱處理方式,盡量減小焊接應(yīng)力;在使用過程中,盡量降低開停車頻率及升溫、降溫速度,防止產(chǎn)生較高熱應(yīng)力。

3)堆焊層返修前應(yīng)進行消氫處理,焊前預(yù)熱到150 ℃,采用小電流、快速焊的方式完成堆焊,過渡層焊接完畢后進行后熱處理,焊前及耐蝕層堆焊完成后進行100% PT 和100% RT 檢測,并確認鐵素體含量是否在正常范圍內(nèi)。

猜你喜歡
人孔堆焊基材
大跨連續(xù)梁中橫梁橫向鋼束對人孔受力的影響分析
蒸汽發(fā)生器關(guān)孔專用工具設(shè)計及應(yīng)用
為航空航天領(lǐng)域提供高端基材
建筑表皮中超薄基材的應(yīng)用分析
42CrMo托輥裂紋的堆焊修復(fù)
山東冶金(2019年3期)2019-07-10 00:54:06
罐式集裝箱用人孔的有限元分析
KD383:物流防盜印刷袋
西部耐磨堆焊服務(wù)引領(lǐng)者
一種鎂合金基材單向移動表面處理設(shè)備
板式塔人孔方位確定及平臺設(shè)置
上思县| 京山县| 东方市| 泾阳县| 原阳县| 大余县| 客服| 长葛市| 方正县| 聂荣县| 台北市| 满洲里市| 漳平市| 九龙城区| 平阴县| 紫金县| 广元市| 泸水县| 顺义区| 疏勒县| 霍州市| 岳普湖县| 衢州市| 枞阳县| 浮山县| 布尔津县| 马关县| 仁化县| 尚志市| 贵定县| 塔河县| 独山县| 长治市| 正阳县| 时尚| 平潭县| 建宁县| 浮梁县| 武宁县| 星子县| 孟连|