煉油I催化油漿泵沖刷腐蝕原因分析及修復

馬興國 張云來 杜 亮 周利華

（1. 中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833699；2. 新疆煉化建設集團有限公司，新疆 克拉瑪依 833699）

0 引言

2021年2月17日某石化煉油廠催化裝置油漿泵P-207/3殼體出口管線處有一直徑為φ3mm的砂眼發(fā)生泄漏，該泵是催化裝置關(guān)鍵設備，其主要作用是將分餾塔底油漿循環(huán)和油漿回煉，設備型號150ZPY400B，屬于單級懸臂式離心泵，于2009年安裝投運，2014年完成密封改造。

1 概述

泵體材質(zhì)為ZG1Cr13馬氏體型，介質(zhì)為催化油漿，設計溫度378℃，壓力1.5MPa。拆卸泵體襯里檢查發(fā)現(xiàn)，泵殼體內(nèi)部入口流道底部與襯里密封部位沖蝕，沖蝕尺寸為210×50mm（如圖1所示）。油漿泵的運行情況直接影響催化裝置運行，能及時修復運行，可為企業(yè)減小損失。我單位接到任務后，對油漿泵發(fā)生沖蝕而引起泄漏原因進行分析，從焊接材料的選擇、焊接工藝以及熱處理方面進行闡述，制定出合理的焊接工藝，取得了滿意效果，對同行有所借鑒。

圖1 泵殼沖刷示意圖

2 泵殼沖刷腐蝕穿孔原因分析

（1）通過拆檢可知，襯里與泵殼間有兩處密封，第一處在泵殼Φ500mm處有一厚度0.5mm的墊片實現(xiàn)密封。第二處是在Φ190×Φ170×3.5mm的石墨墊片實現(xiàn)密封，由于泵殼與襯里間有間隙，因此會形成一個相對封閉的空間，沒有流動介質(zhì)不存在沖刷腐蝕。

但當泵入口Φ190mm處的密封墊片發(fā)生沖刷腐蝕損壞后，泵出口高壓介質(zhì)通過泵殼與襯里的間隙流至入口處，形成泄漏通道，泵出口與進口聯(lián)通，在出口和入口處發(fā)生沖刷腐蝕，造成泵殼腐蝕減薄穿孔，發(fā)生泄漏；

（2）該油漿泵設計存在缺陷，襯里與泵殼Φ170mm處凸臺存在0.86mm間隙如圖2所示，介質(zhì)在該處發(fā)生湍流，造成沖刷腐蝕，液體中催化劑固體顆粒沿下部流動造成凸臺腐蝕，造成密封墊片失效，在泵殼與襯里間出口與入口貫通形成回路，加速出口和入口處腐蝕，直至泵殼減薄穿孔發(fā)生 泄漏。

圖2 泵殼流程示意圖

3 修復方案制定

3.1 可焊性分析

1Cr13鋼焊接性差，焊后組織為為馬氏體，有以下特點：

（1）焊接冷裂紋

馬氏體不銹鋼焊接時在焊接接頭區(qū)域出現(xiàn)明顯的淬硬傾向。焊縫及熱影響區(qū)焊后的組織通常為硬而脆的馬氏體組織，含碳量越高，淬硬傾向越大，焊接接頭很容易導致冷裂紋的產(chǎn)生，尤其當焊接接頭剛度大或有氫存在時，馬氏體不銹鋼更易產(chǎn)生延遲裂紋；

（2）熱影響區(qū)脆化

馬氏體不銹鋼尤其是鐵素體形成元素含量較高的馬氏體不銹鋼，具有較大的晶粒長大傾向。冷卻速度較小時，焊接熱影響區(qū)易產(chǎn)生粗大的鐵素體和碳化物，冷卻速度較大時，熱影響區(qū)會產(chǎn)生硬化現(xiàn)象，形成粗大的馬氏體。這些粗大的組織都使馬氏體不銹鋼焊接熱響區(qū)塑性和韌性降低并導致 脆化。

3.2 1Cr13的化學成分如表1所示、力學性能（如表2所示）

表1 1Cr13的化學成分

表2 1Cr13的力學性能

3.3 金相微觀組織分析

按照GB/T 13298-2015《金屬顯微組織檢驗方法》對泵體母材部位進行金相組織檢驗，其顯微組織為保留馬氏體位向的回火索氏體和帶狀鐵素體，未觀察到明顯的材質(zhì)劣化（如圖3所示）。

圖3 泵體母材金相組織（100×）

4 焊接工藝

4.1 焊接方法和焊接材料選擇

馬氏體不銹鋼焊接修復采用焊條電弧焊，焊接材料選取G207焊條，直流反接。焊條使用需經(jīng)300～350℃烘干，恒溫1h隨取隨用。焊材化學成分如表3所示、力學性能如表4所示。

表3 G207的化學成分(%)

表4 G207的力學性能

4.2 焊前準備

焊前用磨光機將焊縫表面兩側(cè)15mm范圍內(nèi)打磨出金屬光澤，打磨完成對坡口必須進行100%PT滲透檢測、Ⅰ級合格，焊前預熱溫度為100～150℃，預熱方式采用氣焊加熱，用紅外線測溫儀測量溫度。

4.3 工藝參數(shù)選擇（如表5所示）

表5 焊接工藝參數(shù)

4.4 打底層焊接

焊接時采用小電流多層多道焊工藝，焊接過程層間溫度控制在150℃以內(nèi)，對每道焊縫進行錘擊，減小焊接應力。焊接時注意兩側(cè)坡口及根部要熔合良好，避免未熔合缺陷的產(chǎn)生，在熔池邊緣處收弧，收弧時注意填加鐵水并要保證弧坑飽滿，以避免產(chǎn)生弧坑裂紋。

4.5 填充、蓋面層焊接

采用多層多道焊，各層接頭應互相錯開，焊工要加強層間清理，嚴防焊縫夾渣。各焊道的單層厚度約3.0mm，方可進行下一層的焊接（如圖4 所示）。

圖4 打底、填充、蓋面層焊接示意圖

4.6 焊后要求

焊縫外觀要求焊縫波紋均勻、寬窄整齊，焊縫與母材要圓滑過渡，焊縫表面不得有氣孔、未熔合、裂紋、接頭脫節(jié)、內(nèi)凹等缺陷，咬邊深度不得超過0.5mm有咬邊要圓滑過渡,焊縫增寬量0.5～2.5 mm，所有焊縫余高為1～2mm。

4.7 焊后切削加工及檢驗

補焊完成后在車床上進行切削加工恢復尺寸，再進行滲透檢測（如圖5所示），滲透探傷檢驗按NB/T 47013.5-2015檢驗，I級合格。熱處理完成后再進行一次滲透檢測。

圖5 切削加工進行滲透檢測

4.8 焊接工藝要點

（1）嚴格控制層間以及焊接區(qū)域的溫度，溫度控制≤150℃，以防止在熔敷后續(xù)焊道前發(fā)生冷 裂紋；

（2）采用直線運條多層多道焊，焊條不擺動，小規(guī)范分段、分散焊，焊后立即用尖的渣錘敲擊焊縫，可以減小應力，提高抗裂性能力；

（3）焊接時，接頭要盡量錯開，收弧時要填滿弧坑，防止產(chǎn)生弧坑裂紋。每道清完渣后，用10倍放大鏡檢查，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷隨時處理，如有裂紋，立即鏟除重焊；

（4）焊后用石棉覆蓋焊縫，緩冷至室溫。

5 焊后回火熱處理

（1）焊后回火溫度在650～750°C，恒溫時間1小時；

（2）升溫速度、降溫速度50～80°C/h，300°C以下空冷。

圖6 回火熱處理曲線圖

6 結(jié)論與建議

（1）將問題反饋嘉利特泵廠家，已向廠家建議為防止油漿泵沖刷腐蝕對設計進行改造；

（2）定期檢查襯里與泵殼之間的密封墊片沖刷腐蝕情況；

（3）對馬氏體組織的ZG1Cr13補焊，選用G207焊材取得了良好的效果，保證了泵體的補焊質(zhì)量，對同類型其他工件的補焊具有指導意義；

（4）通過采取科學合理的補焊工藝措施，精心操作保證了泵殼的補焊質(zhì)量，運行后符合使用要求，修復方案是可行的。