鍛焊結(jié)構(gòu)鉻鉬鋼制反應(yīng)器產(chǎn)品質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研制

呂錚

摘 要：基于鍛焊結(jié)構(gòu)鉻鉬鋼制反應(yīng)器產(chǎn)品質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的制定與創(chuàng)新需求，通過對(duì)影響鍛焊結(jié)構(gòu)鉻鉬鋼制反應(yīng)器本質(zhì)安全的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，得出了標(biāo)準(zhǔn)性能測(cè)試指標(biāo)的設(shè)置思路，以現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合多年來(lái)檢驗(yàn)實(shí)踐積累的數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)新性設(shè)置了性能測(cè)試指標(biāo)及其量化分級(jí)范圍，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的可操作性進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：鍛焊結(jié)構(gòu)，鉻鉬鋼，反應(yīng)器，性能測(cè)試，質(zhì)量分級(jí)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.05.018

0 引 言

鍛焊結(jié)構(gòu)加氫反應(yīng)器是現(xiàn)代煉油工業(yè)中的重大關(guān)鍵設(shè)備，主要用于石油煉制中重質(zhì)油的加氫裂化、加氫精制以及催化重整等。隨著我國(guó)石油深加工技術(shù)的提高以及煉化裝置的大型化，加氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、規(guī)格尺寸都在逐步增大，2020年6月，全球首臺(tái)3000噸級(jí)超級(jí)鍛焊結(jié)構(gòu)鉻鉬鋼制加氫反應(yīng)器在我國(guó)制造完工。

鍛焊結(jié)構(gòu)鉻鉬鋼制反應(yīng)器屬于高溫、高壓、臨氫環(huán)境下工作的大型壓力容器，主體材質(zhì)為加釩的鉻鉬鋼鍛件堆焊 E309L（過渡層）+E347（耐蝕層），遵循的技術(shù)規(guī)范為TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)包括JB 4732-1995，2005確認(rèn)版《鋼制壓力容器—— 分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、NB/T 47008-2017《承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件》、NB/T 47013-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》及設(shè)計(jì)院技術(shù)條件等。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)文件僅規(guī)定了該類產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)當(dāng)滿足的最低要求。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，相關(guān)產(chǎn)品合格不好用、優(yōu)質(zhì)不優(yōu)價(jià)、低價(jià)格中標(biāo)等相關(guān)問題的產(chǎn)生，迫切需要研制出鍛焊結(jié)構(gòu)鉻鉬鋼制反應(yīng)器產(chǎn)品質(zhì)量分級(jí)[1]標(biāo)準(zhǔn)。

1 性能測(cè)試指標(biāo)設(shè)置思路

依據(jù)相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)[2 ，3]對(duì)鍛焊結(jié)構(gòu)反應(yīng)器安全性能的基本要求，結(jié)合加氫反應(yīng)器制造及使用中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了有針對(duì)性的考慮。鍛焊結(jié)構(gòu)鉻鉬鋼制反應(yīng)器的本質(zhì)安全主要由以下3個(gè)方面來(lái)保證。

（1）材料應(yīng)具有良好的力學(xué)、化學(xué)、工藝等方面的性能。在材料方面，該類設(shè)備筒體主體材料為抗氫耐熱鉻鉬鋼2.25Cr1MoVⅣ鍛件[4]，有較高的高溫強(qiáng)度和抗氫腐蝕能力，但由于材料中含有較高的Cr、Mo等合金元素，在370～575℃區(qū)間材料會(huì)發(fā)生回火脆化，鋼中P、Sn、As、Sb等雜質(zhì)元素在晶界上的偏析是回火脆化的主要原因，因此，選擇了主體材料的回火脆化系數(shù)J、焊縫材料的回火脆化系數(shù)X、沖擊吸收能量作為產(chǎn)品質(zhì)量分級(jí)性能測(cè)試評(píng)價(jià)指標(biāo)，J系數(shù)、X系數(shù)值越高，回火敏感性越大，沖擊吸收能量越高則材料韌性越好。

（2）結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有足夠的壁厚和合理的形狀，保證各個(gè)部位的應(yīng)力、應(yīng)變均在容許的范圍內(nèi)。在結(jié)構(gòu)上，選擇了壁厚、對(duì)口錯(cuò)邊量、筒體圓度偏差、直線度偏差作為質(zhì)量分級(jí)性能測(cè)試評(píng)價(jià)指標(biāo)，這些指標(biāo)反映了反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的均勻性，實(shí)測(cè)值越小，表明其結(jié)構(gòu)越均勻，受力狀態(tài)越好，抗疲勞性能也就越好，該類指標(biāo)的設(shè)置是合理且必須的。

（3）焊接是壓力容器制造過程中極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量直接關(guān)系到產(chǎn)品的使用安全及壽命。在焊接質(zhì)量及焊接強(qiáng)度方面，選擇了焊工經(jīng)驗(yàn)和穩(wěn)定性檢查、焊接接頭內(nèi)外表面缺陷無(wú)損檢測(cè)[5]、焊接接頭內(nèi)部質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)作為質(zhì)量分級(jí)性能測(cè)試評(píng)價(jià)指標(biāo)；在耐腐蝕方面，選擇了堆焊層厚度測(cè)量、堆焊層表面無(wú)損檢測(cè)作為質(zhì)量分級(jí)性能測(cè)試評(píng)價(jià)指標(biāo)。測(cè)試發(fā)現(xiàn)問題越少，本質(zhì)越安全。

選擇與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)的、能夠充分體現(xiàn)產(chǎn)品本質(zhì)安全和實(shí)際使用性能的技術(shù)指標(biāo)，作為產(chǎn)品性能測(cè)試考核量化指標(biāo)，包括主要受壓元件材料中主要合金元素含量、焊接材料中主要合金元素含量的測(cè)試、焊接返修部位檢查、無(wú)損檢測(cè)抽查、熱處理效果驗(yàn)證、幾何尺寸及形位偏差測(cè)試等。

2 性能測(cè)試指標(biāo)的設(shè)置與量化分級(jí)

性能測(cè)試指標(biāo)的設(shè)置及量化分級(jí)呈金字塔型，既鼓勵(lì)先進(jìn)，又考慮相關(guān)國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)具體實(shí)際，既符合國(guó)情，又為樹立產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)桿、追求產(chǎn)品質(zhì)量提升打下良好基礎(chǔ)。

2.1 S、P元素含量

S、P是材料中的有害元素，在統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)大量鍛件數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提高考核指標(biāo)要求，將S含量滿足設(shè)計(jì)要求（Ⅲ檔）、S≤0.005%（Ⅱ檔）、S≤0.003%（Ⅰ檔）3檔賦分值；將P含量滿足設(shè)計(jì)要求（Ⅲ檔）、P≤0.008%（Ⅱ檔）、P≤0.005%（Ⅰ檔）3檔賦分值。

2.2 沖擊吸收能量（KV2）

KV2是材料韌性的主要指標(biāo)，本標(biāo)準(zhǔn)在統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)大量材料數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將沖擊吸收能量指標(biāo)KV2≥設(shè)計(jì)要求值（Ⅱ檔）、KV2≥設(shè)計(jì)要求值的150%（Ⅰ檔）2檔賦分值。

2.3 主體材料的回火脆化系數(shù)J

J系數(shù)=（Si+Mn）×（P+Sn）×104%，一般設(shè)計(jì)要求J系數(shù)≤100%，本標(biāo)準(zhǔn)在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，將J系數(shù)≤100%（Ⅲ檔）、J系數(shù)≤80%（Ⅱ檔）、J系數(shù)≤60%（Ⅰ檔）分3檔賦分值。

2.4 焊縫材料的回火脆化系數(shù)X

X系數(shù)=（10P +5Sb+4Sn+ As）×10-2，一般設(shè)計(jì)要求X系數(shù)≤15，本細(xì)則在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，將X系數(shù)≤15（Ⅱ檔）、X系數(shù)≤12（Ⅰ檔）2檔賦分值。

2.5 焊縫返修

A、B 類焊縫返修總長(zhǎng)度≤焊縫總長(zhǎng)度的0.2%；返修總長(zhǎng)度≤焊縫總長(zhǎng)度的0.5%（射線檢測(cè)按底片/圖像總數(shù)的3%）或不超過1處，且無(wú)2次返修；返修總長(zhǎng)度≤焊縫總長(zhǎng)度的0.5%（射線檢測(cè)按底片/圖像總數(shù)的3%）或不超過1處分3檔賦分。

2.6 無(wú)損檢測(cè)

無(wú)損檢測(cè)Ⅰ級(jí)底片/圖譜長(zhǎng)度比例≥98%、Ⅰ級(jí)底片/圖譜長(zhǎng)度比例≥95%、Ⅰ級(jí)底片/圖譜長(zhǎng)度比例≥90%分3檔賦分。

2.7 錯(cuò)邊量

錯(cuò)邊量≤標(biāo)準(zhǔn)允許值、錯(cuò)邊量≤標(biāo)準(zhǔn)允許值的2/3、錯(cuò)邊量≤標(biāo)準(zhǔn)允許值的1/2分3檔賦分。

2.8 筒體圓度偏差

筒體圓度偏差≤標(biāo)準(zhǔn)允許值、筒體圓度偏差≤標(biāo)準(zhǔn)允許值的2/3、筒體圓度偏差≤標(biāo)準(zhǔn)允許值的1/2分3檔賦分。

2.9 筒體直線度偏差

筒體直線度偏差≤標(biāo)準(zhǔn)允許值、筒體直線度偏差≤標(biāo)準(zhǔn)允許值的2/3、筒體直線度偏差≤標(biāo)準(zhǔn)允許值的1/2分3檔賦分。

以現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，在進(jìn)行了大量調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)特檢院多年來(lái)檢驗(yàn)實(shí)踐積累的數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)置鍛焊結(jié)構(gòu)鉻鉬鋼制反應(yīng)器產(chǎn)品質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中性能測(cè)試指標(biāo)，確定量化分級(jí)范圍，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的量化分級(jí)，可以充分體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量及安全性的優(yōu)劣，具有一定的創(chuàng)新性。

3 標(biāo)準(zhǔn)可操作性分析

（1）材料檢查。依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T 223《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法》，分析可得材料中S、P、Si、Mn、Sn、Sb、As等元素含量，計(jì)算得出J系數(shù)、X系數(shù)；依據(jù)GB/T 228.1《金屬材料 拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》，試驗(yàn)可得沖擊吸收能量（KV2）試驗(yàn)值；與國(guó)家材料標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)文件等相關(guān)要求比較得出指標(biāo)的量化分級(jí)范圍。

（2）焊縫無(wú)損檢測(cè)及返修。根據(jù)對(duì)產(chǎn)品制造過程資料的查閱情況，確定產(chǎn)品A、B、C、D、E類焊縫的抽查位置和比例，依據(jù)NB/T 47013《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》，評(píng)定Ⅰ級(jí)底片/圖譜長(zhǎng)度，統(tǒng)計(jì)焊縫返修長(zhǎng)度等指標(biāo)。

（3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)檢查。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試抽樣產(chǎn)品的錯(cuò)邊量、筒體圓度/橢圓度、筒體直線度，依據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)文件要求，計(jì)算偏差值，得出相關(guān)指標(biāo)的量化分級(jí)范圍。

標(biāo)準(zhǔn)所有性能測(cè)試指標(biāo)均有國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，相關(guān)機(jī)構(gòu)、企業(yè)的測(cè)試能力基本滿足測(cè)試要求，可操作性強(qiáng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）鍛焊結(jié)構(gòu)鉻鉬鋼制反應(yīng)器產(chǎn)品質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新性地設(shè)置性能測(cè)試指標(biāo)，提高了測(cè)量精度及結(jié)果區(qū)分度，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)試評(píng)價(jià)的精準(zhǔn)量化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品在合格基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)地量化分級(jí)，為解讀同類產(chǎn)品質(zhì)量差異、豐富產(chǎn)品質(zhì)量信息，為消費(fèi)者選購(gòu)提供了有益參考，為優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)提供采信依據(jù)，為質(zhì)量提升和高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造有利環(huán)境。

（2）鍛焊結(jié)構(gòu)鉻鉬鋼制反應(yīng)器產(chǎn)品質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，使多家企業(yè)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)為自身產(chǎn)品質(zhì)量提升作出了積極改變。

（3）該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用為同類產(chǎn)品質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了有益思路。

參考文獻(xiàn)

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通則[S].

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