催化装置油浆蒸汽发生器管板的修复

卞卫国，林桂贤，李永红，张建晓

（兰州兰石重型装备股份有限公司，甘肃 兰州 730050）

0 前言

催化装置用油浆蒸汽发生器，换热管材质为0Cr18Ni9，规格 φ25 mm×2.5 mm、φ25 mm×2 mm；管板材质为15CrMoⅣ+(309L+308L)堆焊层，管板厚度δ=336 mm，结构简图如图1所示。检修时发现换热管出现泄漏（见图2），管板局部有裂纹（见图3），为了保证浆蒸汽发生器的安全使用，炼油厂委托兰州兰石重型装备股份有限公司对该台设备进行修复，使其投入正常使用，根据在役压力容器修复原则和设备实际状况，对该设备进行了修复。

由于换热管与管板材质均为奥氏体不锈钢，焊接时易产生热裂纹，为确定合理的修复方案，对奥氏体不锈钢的焊接特点做了进一步分析。

图1 油浆蒸汽发生器结构简

1 奥氏体不锈钢的焊接特点

（1）焊接热裂纹。奥氏体不锈钢热传导率小，线膨胀系数大，焊接过程中，焊接接头部位在高温停留时间较长，焊缝易形成粗大的柱状晶组织，凝固结晶时，若硫、磷、锡、锑、铌等杂质元素含量较高，就会在晶间形成低熔点共晶，当焊接接头承受较高的拉应力时，导致在焊缝中形成凝固裂纹、热影响区形成液化裂纹，都属于焊接热裂纹。

图2 换热管头开裂

图3 管板局部开裂

（2）焊接变形与收缩。奥氏体型不锈钢的电阻是碳钢的5倍，在同样的焊接电流、电弧电压条件下的热输入要多；热导率低，约为碳钢的1/3，导致热量传递速度缓慢，热变形增大；线膨胀系数比碳钢大约40%，易引起加热时热膨胀量和冷却时收缩量的增加，焊后的变形量显得更加突出。

2 奥氏体不锈钢焊接要点

（1）为避免焊接时产生较大的变形和焊接应力，应选用焊接能量集中的焊接方法。

（2）应严格控制焊接热输入量，防止焊缝晶粒严重长大与焊接热裂纹的发生。

（3）为提高焊缝的抗热裂性能和耐蚀性能，应保证焊接区的清洁，避免有害元素渗入焊缝。

（4）奥氏体不锈钢焊接时不需要预热。为了防止焊缝和热影响区的晶粒长大和碳化物的析出，保证焊接接头的塑、韧性和耐蚀姓，层间温度一般不超过100℃。

3 油浆蒸汽发生器换热管、管板的修复方案的制定

结合奥氏体不锈钢焊接的特点、现场施工条件和缺陷的情况，决定采用手工钨极氩弧焊对管板进行修复，具体修复方案如下：

缺陷位置确定→裂纹清除→表面探伤确认→管板修整→管板消氢预热→焊接→焊后保温消氢→焊缝区打磨修复→无损检测→水压试验→各项记录整理归档。

（1）缺陷位置确认。对整个管板及周围区域进行MT和PT检查，并对相应区域进行硬度检测，确认泄漏的换热管、管板裂纹缺陷位置并标识清楚。

（2）裂纹清除。对管板上的裂纹，采用磨削的方法去除。

（3）在清理过程中要注意以下问题。在所有的磨削工作完成后，磨削后的管板表面须用MT彻底检查，确认裂纹全部消除后方可进行下一步工作。

（4）管板的修整。管桥处的裂纹在磨削时将管桥处磨削成U型。

（5）管板清理。施焊前打磨清理管板上的铁锈及污物。

（6）管板消氢。由于该设备已经使用，所以将缺陷消除后，需将管板用电加热片加热至300℃并保温1 h，进行消氢处理，以确保本次返修一次合格。

（7）焊接。

a.焊接工艺评定：修复时应具备手工钨极氩弧焊对接、管板角接工艺评定各一项。b.焊接方法：手工钨极氩弧焊；c.电源及极性：直流正接；d.焊接位置：水平固定；e.焊工资格：持有相应资格的熟练焊接操作人员担任；f.焊接材料：ER308L焊丝，规格φ2.0 mm；g.焊接参数：焊接电流 110～130 A，焊接电压13～15 V，焊接速度大于90 mm/min；h.层间温度控制在15～100℃。

（8）焊缝区打磨修复。焊缝区应与管孔及管板过渡良好。

（9）无损检测。对返修处进行PT检查合格。

（10）水压试验。

（11）整理各项记录存档。

4 产品修复

依据管板焊接修复方案，对奥氏体不锈钢手工钨极氩弧焊对接、管板角接两项焊接工艺进行评定，检测结果均满足要求，所选用的焊接工艺以及焊接材料正确合理；模拟实际工况，对焊接操作人员进行了培训考核；对打磨、无损检测和热处理操作人员也进行了修复前的讲解。按修复工艺对管板打磨、修整、焊接、无损检测（见图4），水压试验一次合格。该设备修复后，投入使用已一年多，运行状态良好。

图4 对修复部位进行最终检测

5 结论

结合奥氏体不锈钢的焊接特点、现场施工条件和缺陷的情况，制定了管板修复方案，采用手工钨极氩弧焊对管板进行了修复，实践证明，所制定的管板修复方案可靠，选用的焊接方法、焊接材料、焊接工艺规范正确合理。

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册2——材料的焊接 [M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]林桂贤，逯来俊，杨 帆等.甲醇装置用废热锅炉管板的修复[J].电焊机，2011，41（12）：65-68.

[3]易国英.临氢高压换热器用Ω环的焊接[J].电焊机，2011，41（9）：50-52.