碳洗塔接管與筒體角焊縫裂紋的修復(fù)

徐延梅 張希海(山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253024)

0 引言

碳洗塔是煤氣化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，其將來自氣化爐的工藝氣經(jīng)洗滌冷卻后，通過內(nèi)部旋流板的旋轉(zhuǎn)和離心作用進(jìn)行分離，再經(jīng)過絲網(wǎng)除沫器除去氣體夾帶的霧沫后，送至后續(xù)工段。由于塔內(nèi)介質(zhì)成分、水質(zhì)、原始制造等原因，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)碳洗塔筒身焊縫裂紋、接管焊縫缺陷、接管鍛件缺陷等問題。

1 碳洗塔設(shè)備及接管焊縫缺陷概述

氣化系統(tǒng)壓力高、溫度高，碳洗塔工作溫度6.39MPa,溫度246℃,介質(zhì)成分含有H2、硫化物、氯離子、灰水等，因此碳洗塔運(yùn)行工況較惡劣。設(shè)備在加工制造時(shí)也會產(chǎn)生制造缺陷，在長期的高溫高壓下運(yùn)行，易對設(shè)備造成損害。在碳洗塔定期檢驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)設(shè)備筒身焊縫裂紋、接管焊縫缺陷、接管鍛件缺陷等各種缺陷，給設(shè)備的正常運(yùn)行帶來很大安全隱患。為確保設(shè)備安全運(yùn)行，在年度檢查時(shí)，對所有筒身焊縫、接管焊縫、接管鍛件等進(jìn)行著色檢測，以期能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并處理。

在年度檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)碳洗塔一處液位計(jì)接管與筒體內(nèi)壁角焊縫熱影響區(qū)存在明顯裂紋。對缺陷處進(jìn)行打磨，裂紋由內(nèi)筒體復(fù)合層內(nèi)壁表面向筒體基層方向擴(kuò)展，裂紋長度和深度均沿壁厚方向逐漸增加。對焊縫周圍加熱至150℃后，用碳弧氣刨沿裂紋向筒體內(nèi)壁基層方向逐層剔除，發(fā)現(xiàn)裂紋不斷延伸擴(kuò)展至基層，局部基層已經(jīng)裂透，如圖1 所示。

圖1 碳洗塔裂紋缺陷圖

2 裂紋缺陷產(chǎn)生原因分析

2.1 材質(zhì)因素分析

碳洗塔筒體材質(zhì)為13MoNiMoNbR+304L 復(fù)合板，壁厚55+4mm?；鶎硬馁|(zhì)13MoNiMoNbR 是一種低合金高強(qiáng)度鋼，其強(qiáng)度高、抗沖擊韌性好、焊接性能好，常用于制造大型厚壁壓力容器。該材質(zhì)淬硬傾向較大，具有一定的冷裂傾向，容易產(chǎn)生再熱裂紋，焊接過程需要采取焊前預(yù)熱、焊后消應(yīng)力等措施防止產(chǎn)生焊接裂紋。

2.2 介質(zhì)因素分析

碳洗塔介質(zhì)成分含有H2、CO、CO2、H2O、硫化物、氯離子、灰水等。其中H2、硫化物、氯離子等對碳洗塔危害較大，高溫H2和濕H2S 型腐蝕對設(shè)備的腐蝕尤其明顯，氫深入焊縫使焊縫塑性降低導(dǎo)致氫脆，使焊縫熱影響區(qū)部位出現(xiàn)裂紋。濕H2S 環(huán)境則對不銹鋼復(fù)合層造成應(yīng)力腐蝕，同時(shí)，氯離子對不銹鋼的破壞作用也會隨著濃度和溫度的升高而逐步加劇，氯離子腐蝕導(dǎo)致不銹鋼表面產(chǎn)生大量裂紋。

3 裂紋缺陷處理

3.1 裂紋缺陷的檢查、清理

(1)將設(shè)備接管內(nèi)、外焊縫處用砂輪機(jī)打磨干凈，對接管周圈進(jìn)行滲透檢測，確定裂紋位置。

(2)根據(jù)現(xiàn)場打磨觀察，接管裂紋延長至整圈焊縫，局部為貫穿性的。對接管修復(fù)采取整圈修復(fù)的方式，將原焊縫徹底挖除清理，重新焊接。

(3)將接管與筒體角焊縫整圈氣刨割除，若裂紋不是貫穿性的，則氣刨直至裂紋完全清除為止。若裂紋是貫穿性的，氣刨深度達(dá)到55mm 時(shí)，用砂輪機(jī)和電磨對缺陷位置進(jìn)行打磨，打磨完成后表面應(yīng)保持平整，杜絕存在分層、夾渣、裂紋等缺陷，焊縫及其兩側(cè)30mm 范圍不得有水、油、銹、積渣和其它有害雜質(zhì)存在。確定坡口底部裂紋的具體位置和長度，做好標(biāo)記，確保55mm 坡口范圍內(nèi)100%滲透檢測Ⅰ級合格。

(4)消氫熱處理。缺陷徹底清除后，對角焊縫部位做消氫熱處理。設(shè)備內(nèi)外接管與筒體角焊縫纏加熱繩或貼加熱帶，加熱帶用石棉被包裹。熱處理150℃以下自由升溫，150℃以上升溫速度≤130℃/h，達(dá)到350℃后，恒溫6h 后降溫，降溫速度≤130℃/h，降至150℃時(shí)自然緩冷至常溫。

3.2 裂紋缺陷的修復(fù)

焊接采用手工電弧焊，焊條采用ENiCrFe-3。該焊條是一種鎳基焊條，可用于異種鋼的焊接，高溫強(qiáng)度好，抗氧化能力強(qiáng)，焊縫成型好，不易產(chǎn)生缺陷，能夠滿足苛刻的射線探傷要求。焊條350℃烘干2h 后，置于保溫筒內(nèi)100℃保溫。焊接過程嚴(yán)格控制焊接電流和焊接速度，仰焊或立焊時(shí)焊接電流適量減小。焊接過程中施焊環(huán)境條件應(yīng)滿足風(fēng)速小于4m/s，相對濕度小于90%。

(1)消氫熱處理后先在設(shè)備外進(jìn)行焊接，焊接前用電加熱器對焊接部位300mm 范圍進(jìn)行150℃預(yù)熱。焊接過程中，引弧應(yīng)在焊接部位內(nèi)進(jìn)行，禁止在焊接部位以外的設(shè)備表面引弧和試驗(yàn)電流，防止電弧擦傷設(shè)備。焊接過程注意徹底清理層間藥皮，保證全焊透。施焊收弧時(shí)將弧坑填滿，施焊過程確保引弧和收弧處質(zhì)量。多層多道焊層間接頭搭接量50%～60%。每焊一道焊縫，即采用焊后錘擊方式消除焊接應(yīng)力，注意蓋面層不能采取錘擊措施。

(2)第一遍焊接完成后，對焊接部位進(jìn)行100%滲透檢測，Ⅰ級合格后，繼續(xù)焊接，焊前150℃預(yù)熱。焊接完成立即清理焊縫表面，檢查焊縫外觀。

(3)外部焊接完成后，用氣刨對設(shè)備內(nèi)進(jìn)行清根，清根后做100%滲透檢測， I 級合格后，開始焊接設(shè)備內(nèi)部焊縫。

(4)設(shè)備內(nèi)焊接前按照步驟(1)進(jìn)行預(yù)熱，焊接完成，外觀檢查合格后，對焊接部位進(jìn)行100%滲透檢測，Ⅰ級合格。

3.3 焊后熱處理

無損檢測合格后，對焊接部位進(jìn)行消氫和消應(yīng)力熱處理。熱處理方法為用局部電加熱器加熱，設(shè)備內(nèi)和設(shè)備外均用加熱帶纏繞，石棉被包裹，消氫熱處理溫度為350℃，時(shí)效熱處理溫度為420±10℃。150℃以下自由升溫，升溫速度130℃/h，達(dá)到350℃后，保溫6h，升溫至420℃，升溫時(shí)間為1h，溫度達(dá)到420℃后，保溫4h 降溫，降溫速度130℃/h，降至150℃時(shí)自然緩冷至常溫。

4 結(jié)語

碳洗塔運(yùn)行環(huán)境差，高溫高壓下氫氣、硫化物、氯離子等成分對設(shè)備的筒體和接管等部件造成了腐蝕等影響，而其主體材質(zhì)13MoNiMoNbR 鋼因其有淬硬傾向，制造和維修時(shí)的焊接過程，也容易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，給設(shè)備埋下安全隱患。因此在碳洗塔的運(yùn)行操作中，須嚴(yán)格控制介質(zhì)中成分的含量，平穩(wěn)操作。在檢查維修時(shí)，須對設(shè)備全面檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并修復(fù)，修復(fù)過程嚴(yán)格按焊接工藝要求進(jìn)行焊接，嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝規(guī)定等，避免焊縫中的氫及焊接殘余應(yīng)力導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生，減少設(shè)備的安全隱患，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。