制氢装置装转化气蒸汽发生器 施工过程的工艺控制措施

杨春玲

【摘要】设备转化气蒸汽发生器是制氢装置的关键设备，并在高温临氢环境中运行，工况复杂，对安全性能要求较高。施工及使用过程中易出现焊缝裂纹、局部过烧、衬里脱落等技术难题，因此对容器的制造、焊接过程控制及检验、验收及使用提出了更高的要求。

【关键词】耐热；焊接；裂纹；衬里

0引言

转化气蒸汽发生器是制氢装置的关键设备之一，椎体段材质UNSN08810，管板材质15CrMoR，属于低碳耐热钢，预制过程中焊缝易出现裂纹，使用过程中入口管箱局部发生过热而出现局部脱落等问题，影响转化气蒸汽发生器正常运转及使用寿命。

1工程概况

我厂承揽的某项目设备转化气蒸汽发生器(E2201),外形尺寸为Φ1400/Φ1100×9762，壳体壁厚32、28mm钢板，筒体材质Q345R，椎体段材质UNSN08810，管板材质15CrMoR。设计压力壳程4.4MPa，管程2.9 MPa，属于Ⅲ类压力容器。

2易出现的问题及控制措施

2.1设备易出现的问题

2.1.1设备管板母材存在纵向和横向裂纹

2.1.2管板与换热管连接焊缝存在环向裂纹。以上问题易引起管程与壳程介质部分混合，影响设备正常使用，需保证管板母材及焊缝的质量

2.1.3前后管箱的衬里部分出现损坏

2.1.4进口端设备与三通连接焊缝的热影响区易有沿焊缝（距焊缝2～3mm）分布的环向裂纹

2.2控制措施

2.2.1材料控制

管板材料15CrMoR要符合GB713的规定，并采用电炉冶炼。使用状态为正火加回火。换热管制造前要逐根进行涡流检测。

钢板材料15CrMoR要逐张进行超声检测，符合JB/T4730中Ⅰ级合格。

换热管用材料15CrMo要符合GB/T9948《石油裂化用无缝钢管》的规定。采用较高级冷拔无缝钢管，每根管子不得拼接。

衬里材料为氧化铝空心球混凝土，主要成分符合相关技术要求。

陶瓷套管主要化学成分及材料密度要符合相关技术要求。

2.2.2施工过程控制

（1）对于所有铬-钼钢火焰切割制备的焊接坡口表面，其热影响区须用机加工方法切除，所有受压部件的焊接坡口表面，均要进行磁粉或渗透检测。

（2）换热管与管板焊接前要预热，焊接采用钨极惰性气体保护焊，焊接接头焊两道（互为相反），起弧位置错开180°，焊口按JB/T4730作PT检测，检测合格后进行热处理。

（3）焊条必须严格按照程序进行使用和保管，本次返修选用R307焊条，焊条在使用前进行350℃ⅹ1h烘干，然后保存在120℃的恒温箱中。焊工施焊过程中，必须采用保温桶。

（4）用磨光机将缺陷部分磨除，露出金属光泽。修补处刨出缓冲槽，使之与母材圆滑过渡。

（5）打底焊条采用Φ3.2mm,焊接电流90-100A ，电压20-22V填充焊条Φ4mm，焊接电流140-170A ，电压22-25V。

（6）焊接时要控制线能量，采用多道焊，各焊道之间的接头错开至少20mm。并控制層间温度不超过80℃。焊接过程中不要连续施焊，避免焊接时温度过高。

（7）管板与连接段的连接焊缝焊接完成后进行局部热处理，换热管与管板焊接完后进行局部热处理，壳体与连接段的连接焊缝焊接完成后进行局部热处理。热处理时严格按热处理工艺卡进行。

（8）最终热处理后，15CrMo承压部件上不得再进行焊接。

（9）管束按照图样预制完检测合格后以4.35 MPa试水压，壳程试水压6.32Mpa。水压试验时，水温不得低于15℃。管程试压用水要严格控制水中氯离子含量不超过25mg/l，水压试验后，要将水渍清除干净，并保持干燥。

（10）水压试验符合情况为合格：a.发生器无可见的变形。b.试验过程中无异常的响声。

2.2.3检验要求

水压试验合格后，要对承压焊接接头总长度的20%进行UT检测，对焊接接头（包括全部接管与筒体或封头间焊接接头）进行MT检测，符合JB/T4730-2005Ⅰ级合格，若发现不合格焊接接头要100%检测。

2.2.4衬里施工

衬里施工要在水压合格后进行，衬里前要将设备内壁彻底吹干，并喷砂除锈。衬里的施工要参照衬里生产厂家提供的施工技术要求进行，并经设计方确认后方可施工。

2.3在开工运行过程中转化气蒸汽发生器入口管箱局部发生过热现象，局部过热处温度340℃~400℃，超过管程设计温度300℃，导致管箱筒体局部过热。经过原因分析主要是因为管箱衬里损坏，烘炉温度及升温、降温速度不合适造成的。因此，需要及时调整烘炉曲线，并采取一些相应的养护措施：每层浇注料衬里施工后应进行适当的养护，养护应根据浇注料生产厂商的要求进行。当无要求时，衬里初凝后（即用手轻捺衬里表面不沾手时）即应喷水养护，养护时间至少延续24h,每30 min左右用水喷淋一次，可根据气候条件适当增减喷淋次数；严禁用蒸汽养护，喷水养护期间不宜用草袋等物遮盖；衬里养护完毕应再经48h自然干燥后，方可搬动和吊装；浇注料衬里养护完毕后，环境温度仍应保持在5℃以上，并至少应经5天的自然干燥后方可进行烘炉； 烘炉时炉管内应先通入蒸汽，暖炉1-2天，即可点燃燃烧器。烘炉时宜采用气体燃料。 烘炉过程中，升温应均匀，升温速度应按生产厂商的规定烘炉曲线进行。烘炉过程中，炉管出口的蒸汽温度为：碳钢炉管不超过350℃，铬钼钢炉管不超过450℃。烘炉后应对衬里进行全面的检查，并做好检查记录。如有损坏应及时分析原因并加以修补。另外应增加临时降温设施，然后停工检修，打开人孔盖，进入管箱内部检查衬里护板是否鼓包，更换内衬，检验过热处材质、焊缝是否已产生缺陷。如有缺陷，去除缺陷范围内原有衬里，重新砌筑。

3结束语

设备完工后经过终检，保证了转化气蒸汽发生器焊缝及衬里的完整性，解决了制氢装置转化气蒸汽发生器的入口管箱局部发生过热难题及焊缝裂纹问题，保证了转化气蒸汽发生器正常运转，减少了衬里的重复施工，提高了用户满意率。而且将这些经验应用在其他转化气蒸汽发生器的制造中，为今后类似产品的制造工艺技术的不断改进提供借鉴方法。

【参考文献】

［１］TSG R0004 2009 固定式压力容器安全技术监察规程[S]．

［２］150.1-150.4-2011 压力容器[S]．

［３］NB/T47015-2011 压力容器焊接规程[S]．

［４］NB/T47014-2011 承压设备焊接工艺评定[S]．

［５］GB151-1999 管壳式换热器[S].

［责任编辑：薛俊歌］