40萬t/a 輕石腦油異構(gòu)化裝置關(guān)鍵焊接技術(shù)

桑梓心 于吉俊 魏樂

1. 工程概況及焊接特點(diǎn)

（1）工程概況 40萬t/a輕石腦油異構(gòu)化裝置是業(yè)主新建的含硫原油加工配套工程的關(guān)鍵裝置之一，占地面積(以邊線為界)約4 000m2，項(xiàng)目投資3.8億元，其中鋼結(jié)構(gòu)安裝總量475t，工藝管線12 000m，總焊接當(dāng)量4.8萬寸。投產(chǎn)后年產(chǎn)油氣42.51萬t，操作彈性為60%～110%；裝置屬于甲類生產(chǎn)裝置，由烴分離部分、反應(yīng)部分及公用工程三部分組成。原料為輕石腦油和PSA氫，主要工作介質(zhì)為天然氣、煉廠氣、石腦油、解吸氣、氫氣、硫化氫及蒸汽等，主要產(chǎn)品為異構(gòu)化油，副產(chǎn)品是釋放氣，工程全貌如圖1所示。

本裝置工藝管道材質(zhì)主要有：20、20G、L245、UNS N04400及A312 TP304等。

（2）焊接特點(diǎn) 首先，蒙乃爾合金UNS N04400材質(zhì)在常見裝置建設(shè)中很少出現(xiàn)，焊工缺乏對此類材質(zhì)管道焊接的經(jīng)驗(yàn)，為了確保蒙乃爾合金UNS N04400材質(zhì)管線的焊接質(zhì)量，必須精心策劃和組織，否則很難達(dá)到一次焊接合格率98%的目標(biāo)；其次，其他管道材質(zhì)比較常見，焊工有焊接此類管道的豐富經(jīng)驗(yàn)，但是本裝置建設(shè)地點(diǎn)地處海邊，施工易受臺風(fēng)、海風(fēng)、海霧、下雨及高濕度天氣影響，需要制定相應(yīng)的有針對性的焊接防護(hù)措施，這樣焊接合格率才能得到保證。

因此，項(xiàng)目部把蒙乃爾合金UNS N04400材質(zhì)管道的焊接定為本項(xiàng)目關(guān)鍵焊接技術(shù)控制點(diǎn)，把雨天及高濕度天氣的焊接作為質(zhì)量控制重點(diǎn)。

2. 關(guān)鍵焊接工藝及焊接質(zhì)量控制

（1）關(guān)鍵焊接工藝 本裝置的關(guān)鍵焊接工藝主要體現(xiàn)在蒙乃爾合金UNS N04400材質(zhì)管道的焊接上，焊接參數(shù)如表1所示。

蒙乃爾合金UNS N04400材質(zhì)管道的焊接工藝主要從坡口打磨、焊口組對、焊接、焊后檢查幾方面進(jìn)行控制。

第一，施焊前需用角向磨光機(jī)（φ≤100mm的管件，內(nèi)表面用軸向磨光機(jī)）對坡口表面內(nèi)外兩側(cè)表面20mm范圍內(nèi)的油、漆、銹、垢及毛刺等對焊接有害雜物清除干凈，坡口不得有裂紋、夾層等缺陷，打磨好后用丙酮清洗坡口及兩側(cè)30mm區(qū)域。

第二，管道焊縫組對時(shí)，應(yīng)使內(nèi)壁平齊，其錯(cuò)邊量應(yīng)≤0.5mm。固定口組對應(yīng)優(yōu)先考慮仰焊部位的質(zhì)量，主要是內(nèi)壁錯(cuò)邊量、間隙大小，錯(cuò)邊量過大容易造成單邊未熔合，間隙過大容易造成底層凹陷，間隙過小容易造成未焊透，間隙應(yīng)選擇大于焊絲0.5～1mm為宜。組對時(shí)嚴(yán)禁強(qiáng)力組對，以免產(chǎn)生附加應(yīng)力。

圖1 裝置建成后全貌

表1 焊接參數(shù)

第三，焊接時(shí)引弧必須在坡口內(nèi)側(cè)進(jìn)行，氬弧焊打底必須在管道內(nèi)側(cè)進(jìn)行充氬保護(hù)，避免打底焊縫出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，填充和蓋面時(shí)，需根據(jù)打底層厚度確定是否需要背充氬進(jìn)行保護(hù)，填充及蓋面收弧時(shí)要稍作停留，確保弧坑飽滿，并且每個(gè)收弧處均應(yīng)該進(jìn)行打磨，以清除收弧熱裂紋等缺陷，確認(rèn)無缺陷后再繼續(xù)焊接。

（2）焊接質(zhì)量控制 焊接質(zhì)量控制主要從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。

第一，焊工必須持有特種設(shè)備焊接作業(yè)人員操作證，并且通過業(yè)主設(shè)置的焊工操作考試，取得上崗資格后方可施焊。焊工只能在合格項(xiàng)目對應(yīng)的施焊范圍內(nèi)作業(yè)，不得超越其范圍作業(yè)。

第二，在使用前認(rèn)真檢查焊機(jī)狀態(tài)，避免焊機(jī)帶病作業(yè)，達(dá)到保證焊接質(zhì)量的目的。

第三，焊接材料的選用，須嚴(yán)格按照焊接工程師技術(shù)交底時(shí)下發(fā)的焊接工藝指導(dǎo)卡進(jìn)行選用，不許私自亂用焊材。焊材庫領(lǐng)用焊材時(shí)需填寫焊材領(lǐng)用卡，并經(jīng)焊接工程師簽字認(rèn)可后，焊材烘焙發(fā)放人員方可進(jìn)行發(fā)放，從焊接材料的發(fā)放源頭杜絕焊材使用錯(cuò)誤的情況。

第四，管道焊接工藝嚴(yán)格按照焊接工程師下發(fā)的焊接工藝卡執(zhí)行，焊接參數(shù)必須依據(jù)焊接工藝卡的參數(shù)范圍進(jìn)行選取，避免因焊接電流、電弧電壓等參數(shù)選取錯(cuò)誤造成焊接質(zhì)量隱患。

第五，焊接環(huán)境出現(xiàn)如下情況時(shí)，必須采取防風(fēng)擋雨措施，否則禁止施焊：風(fēng)速：氬弧焊＞2m/s，焊條電弧焊＞8m/s；下雨、大風(fēng)、大霧時(shí)；空氣相對濕度＞90%時(shí)。

雨天、高濕度天氣的焊接質(zhì)量控制要求：焊接時(shí)使用防風(fēng)擋雨棚，嚴(yán)禁冒雨施焊。使用質(zhì)量良好的保溫筒，每次取用焊條后立即關(guān)閉好保溫筒，避免焊條吸收濕氣，嚴(yán)禁焊接時(shí)手握焊條。少量發(fā)放焊條，控制領(lǐng)用焊條到進(jìn)行焊接的時(shí)間≤4h，宜控制在2~3h內(nèi)。

施工準(zhǔn)備及施工照片如圖2~7所示。

3. 焊接設(shè)備應(yīng)用情況

由于受施工現(xiàn)場條件限制，無法采用機(jī)器人焊接和自動化焊接，我項(xiàng)目部在焊接蒙乃爾合金UNS N04400材質(zhì)管道以及不銹鋼材質(zhì)管道時(shí)，考慮到該類材質(zhì)管道容易出現(xiàn)的焊接起弧收弧缺陷，特選用了ZX7—400STG高頻氬弧焊機(jī)，如圖8所示。其余材質(zhì)管道焊接選用ZX7—500S普通焊機(jī)，如圖9所示。

現(xiàn)場選用ZX7—400STG焊機(jī)主要是綜合考慮了該焊機(jī)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：體積較小且重量輕，便于現(xiàn)場移動作業(yè)；具有高頻引弧功能；氬弧焊參數(shù)調(diào)節(jié)精度較高；具有提前送氣、滯后停氣、時(shí)間連續(xù)可調(diào)等特點(diǎn)。

而ZX7—500S用于普通材質(zhì)管道焊接，主要是考慮到該焊機(jī)的具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：控制面板設(shè)計(jì)優(yōu)良，簡單易懂；數(shù)字顯示，焊接電流可調(diào)精度1A；引弧電流可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，具有優(yōu)異的引弧性能；具有多種安全防護(hù)功能。

4. 焊接材料應(yīng)用情況

圖2 現(xiàn)場管道焊接

圖4 支管開孔，管臺打磨

圖3 關(guān)鍵焊接部位焊接專家現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)

圖5 焊縫檢測

圖6 現(xiàn)場蒙乃爾合金焊接

圖7 蒙乃爾合金鋼焊縫成形

圖8

圖9

表2 焊材選用

項(xiàng)目部焊材選用情況如表2所示。依據(jù)多個(gè)項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，我們在蒙乃爾合金UNS N04400選用了日本進(jìn)口的神戶制鋼所生產(chǎn)的焊絲和焊條。A312 TP304及20、20G、L245則選用了四川大西洋焊接材料股份有限公司生產(chǎn)的焊絲和焊條。

選用的上述焊材具有如下特點(diǎn)：第一，焊縫具有良好的抗裂性和力學(xué)性能。第二，容易引弧，焊條燃燒時(shí)電弧穩(wěn)定性良好，容易進(jìn)行焊接操作。第三，焊接熔池保護(hù)良好，容易獲得質(zhì)量良好的焊縫接頭。第四，焊接工藝性良好，可全位置焊接。第五，較好的焊接生產(chǎn)率，飛濺少，渣殼易脫掉。第六，焊條燃燒時(shí)產(chǎn)生的有害煙塵相對較少。

5. 結(jié)語

（1）通過對關(guān)鍵焊接技術(shù)的重點(diǎn)關(guān)注，最終蒙乃爾合金UNS N04400管道焊縫總數(shù)12道，共進(jìn)行RT檢測36張，合格36張，焊接一次合格率達(dá)到了100%，焊接質(zhì)量達(dá)到了質(zhì)量目標(biāo)要求。

（2）A312 TP304及20、20G、L245材質(zhì)管道焊接通過對人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)環(huán)節(jié)的嚴(yán)格控制， 焊縫RT檢測5925張，合格5896張，焊接一次合格率達(dá)到99.51%，焊接質(zhì)量得到了業(yè)主的一致好評。

（3）裝置于2014年2月19日一次投產(chǎn)成功，至今管道運(yùn)行狀況良好，產(chǎn)品質(zhì)量合格。