加氫反應(yīng)器的質(zhì)量控制

劉斌

摘 要：加氫反應(yīng)器是各種加氫工藝過程或加氫裝置的核心關(guān)鍵設(shè)備，其制造工藝復(fù)雜、檢驗項目繁多、運行服役條件苛刻，操作危險性極高，是石化產(chǎn)品中的高端設(shè)備。本文主要介紹了加氫反應(yīng)器各制造工序的流程及各關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制要點，通過一些列的質(zhì)量控制手段，較好地保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：加氫反應(yīng)器 制造 質(zhì)量控制

1、加氫反應(yīng)器介紹

1.1結(jié)構(gòu)簡圖（圖1）

1.2結(jié)構(gòu)特點

該設(shè)備為板焊結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑1600mm，壁厚117mm，由5節(jié)組成，封頭內(nèi)半徑SR824mm，最小壁厚68mm，設(shè)備重量89.386噸。整個容器位于裙座圈上，高度為18.505m，容器內(nèi)壁（包括封頭、筒體、法蘭以及接管和彎管）全部堆焊TP.309L+TP.347不銹鋼，反應(yīng)器設(shè)有油氣進出口、催化劑卸料口、冷氫進口、熱電偶口、人孔等15余個接管孔，所有接管均采用整體補強結(jié)構(gòu)，裙座采用對接結(jié)構(gòu)，各接管密封采用八角墊結(jié)構(gòu)，設(shè)備上下各有一個90°彎頭，容器內(nèi)壁堆焊有五個凸臺，安裝有冷氫盤、分配盤等內(nèi)件。受壓元件材料選用鉻鉬鋼12Cr2Mo1R鋼板和12Cr2Mo1鍛件，接管法蘭為整體鍛造加工。

2、原材料控制

材料的采購和驗收是設(shè)備制造質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此從材料化學(xué)成分控制，冶煉方法，晶粒度等級，熱處理（包括升降溫速度及冷卻速度等），力學(xué)性能的保證，嚴格按照加氫技術(shù)要求執(zhí)行，對材料的P、S、Si等合金元素及微量元素含量進行嚴格要求，從而控制J系數(shù)以滿足技術(shù)條件的要求，為保證焊接材料的純凈度要對焊材的X系數(shù)加以控制。鋼板供貨狀態(tài)為正火（允許加速冷卻）加回火。主體材料除了對化學(xué)成分，力學(xué)性能等加以嚴格控制外，還必須按技術(shù)要求進行回火脆化傾向評定試驗，階梯冷卻工藝嚴格按技術(shù)要求執(zhí)行，嚴格控制加熱溫度、保溫時間及冷卻速度，試驗按要求在不同溫度下進行，必須包括-30℃，合格后方可使用。主體板材需逐張100%UT檢測，并嚴格按照技術(shù)條件要求進行取樣、試驗、分析、復(fù)驗等檢查合格后方可投入使用。

3、Cr-Mo鋼焊接

2.25Cr-1Mo鋼合金元素含量較高而有較大的淬硬傾向，且殼體壁厚較厚，剛性強，焊接接頭應(yīng)力較大，在焊接過程中在焊縫金屬和熱影響區(qū)容易形成淬硬組織和產(chǎn)生冷裂紋。擴散氫的存在易導(dǎo)致氫脆，產(chǎn)生氫致裂紋及延遲裂紋。鋼中含有的Cr、Mo等合金元素為強碳化物形成元素在較大焊接應(yīng)力的存在情況下使焊接接頭的過熱區(qū)有再熱裂紋傾向；焊接接頭中的P、S及殘余元素Sb、Sn、As的含量超過技術(shù)條件和相應(yīng)標準容許極限時會出現(xiàn)回火脆性，影響其焊接性能和焊接接頭的力學(xué)性能及使用性能。為防止制造和使用過程中殼體焊縫及接管焊縫產(chǎn)生氫致裂紋及延遲裂紋，焊接過程中需要采取嚴格的預(yù)熱、層間溫度的控制和焊后立即消氫及中間熱處理等工藝措施，具體如下焊前均勻預(yù)熱，溫度≥170℃，預(yù)熱范圍為單側(cè)坡口邊緣≥3倍壁厚。采取火焰預(yù)熱，縱、環(huán)縫雙側(cè)預(yù)熱，接管環(huán)形加熱，保證預(yù)熱溫度。筒體縱縫采用U型坡口，雙面埋弧焊；環(huán)縫焊接采用U+V型坡口，U側(cè)埋弧焊加V側(cè)焊條電弧焊。殼體環(huán)縫采用窄間隙埋弧自動焊，采用側(cè)壁光電跟蹤和自動防偏的焊接滾輪架，每層焊接2道，可獲得熔敷金屬量少，焊接變形量小，含氫量低，抗裂性好，焊接質(zhì)量高的焊接接頭。

4、殼體內(nèi)壁堆焊控制

設(shè)備內(nèi)壁堆焊6.5mm不銹鋼為TP.309L+ TP.347，設(shè)備堆焊采用高效率帶極堆焊方法，焊帶寬60mm，包括帶極埋弧堆焊和帶極電渣堆焊。帶極埋弧堆焊熔深較大，堆焊層與基材的結(jié)合面強度高，但稀釋率較高；帶極電渣堆焊熔深小，基材稀釋率低，表面成形平整。根據(jù)加氫反應(yīng)器對堆焊層的特殊要求，堆焊方法過渡層采用帶極埋弧堆焊和耐蝕層采用帶極電渣堆焊，這樣既能保證過渡層與母材的結(jié)合強度，又能確保耐蝕層的化學(xué)成分和堆焊表面平整度滿足產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)要求。過渡層堆焊后保持預(yù)熱溫度直至進行消氫處理，消除堆焊層中的擴散氫，并通過后續(xù)熱處理消除堆焊的殘余應(yīng)力，避免設(shè)備運行過程中堆焊層出現(xiàn)氫剝離。通過控制堆焊層化學(xué)成分和焊接參數(shù)，將堆焊層中鐵素體含量控制在技術(shù)條件要求范圍內(nèi)，保證在堆焊過程中既不出現(xiàn)熱裂紋又能盡量減少堆焊層中脆性相的產(chǎn)生，保證其抗蝕性和力學(xué)性能及堆焊質(zhì)量。

5、尺寸控制

采用下料時嚴格控制下料尺寸，測量對角線尺寸，精確控制下料尺寸，下料時考慮卷制及校圓伸長量，三輥卷板機預(yù)彎后，氣割直邊余量，然后機械加工縱縫坡口，再卷板機二次合口溫校成型，保證各個筒節(jié)的卷制次數(shù)及下壓量相同，筒節(jié)成型后，測量上、中、下三處圓周長，嚴格控制筒體成型的圓度。筒體裝配過程中采用拉筋板油壓機配合方式及斜體固定吊車牽引方式控制縱環(huán)縫錯變量。筒體垂直度及直線度采用光學(xué)儀器測量方法保證其公差要求。接管采用機加工坡口及預(yù)留二次加工余量方法保證其裝配縱環(huán)向及高度尺寸。

6、無損探傷控制

產(chǎn)品零件組裝前對所有縱環(huán)縫坡口進行100%MT檢驗，焊后對所有A、B、D類焊接接頭進行100%MT、100%UT、100%RT，包括裙座焊縫100%RT檢驗。所有過渡層進行100%PT檢驗，所有耐蝕層進行100%PT、100%UT及UT測厚，熱處理及水壓后對所有A、B、D類焊接接頭進行100%MT、100%UT。

7、熱循環(huán)

在整個產(chǎn)品制造過程中，不同零部件在不同的時段要經(jīng)過不同的熱處理過程，為了保證加氫制造技術(shù)要求中規(guī)定的模擬焊后熱處理后的力學(xué)性能滿足要求，針對加氫反應(yīng)器的整個制造過程制定了詳細的熱循環(huán)，并對熱循環(huán)各個環(huán)節(jié)的加熱溫度，升降溫速度及保溫時間加以嚴格控制，并最終滿足產(chǎn)品性能要求。

8、水壓控制

水壓試驗嚴格按照技術(shù)要求，使用氯離子含量不大于15mg/L的水進行水壓試驗，并且保證水溫不低于15℃，嚴格按照標準升降壓及保壓要求進行檢驗。采用B法進行氨檢漏試驗，充氨氣前采用含氧量測試儀測量筒體內(nèi)含氧量，用酚酞試液噴淋法對反應(yīng)器所有焊縫及法蘭密封面進行檢驗。

9、其他特殊工序控制

筒體內(nèi)壁堆焊后對所有堆焊層表面以下3mm范圍內(nèi)金屬進行化學(xué)成分分析，滿足技術(shù)條件要求，對堆焊層金屬進行鐵素體含量測量保證鐵素體含量在FN3-FN10范圍內(nèi)，對所有Cr-Mo鋼焊接接頭進行硬度檢查，硬度值小于220HB。對所有Cr-Mo鋼焊接接頭進行化學(xué)成分分析，滿足技術(shù)條件要求。對產(chǎn)品焊接試樣進行步冷試驗，滿足產(chǎn)品對回火脆化傾向的要求。

10、結(jié)語

嚴格按照設(shè)計、工藝及技術(shù)條件要求執(zhí)行完成了加氫反應(yīng)器的制造檢驗，通過對每一道工序的嚴格控制最終使產(chǎn)品的各方面數(shù)據(jù)滿足了設(shè)計要求，使產(chǎn)品質(zhì)量得到了有效控制。

參考文獻

[1]《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》中華人民共和國工業(yè)和信息化部2011.06.01.

[2]《壓力容器》第4部分：制造、檢驗和驗收中華人民共和國國家監(jiān)督檢驗檢疫總局2011.03.01.