加氢裂化装置高压换热器管口与相连管道异种钢焊接

陈宝运（陕西化建工程有限责任公司，陕西 咸阳712000）

1 工程概况

某化工有限公司180万吨/年加氢裂化装置以减压蜡油、洗油、蒽油为原料，采用两段两剂工艺、全循环操作、多产石脑油的加工方案。装置共有13 台高压换热器，设计温度210～450℃，设计压力14.5～20.8MPa。高压换热器设备口与相连管道设计采用焊接连接方式，设备管口材质主要有12Cr2Mo1Ⅲ+堆焊Inconel625、12Cr2Mo1Ⅳ+堆焊Inconel625、15CrMoⅢ+堆焊Inconel625、16Mn(R-HIC)Ⅲ，与其连接的管道材质主要有TP347、A106、A335 P11，以上异种钢材料焊接为公司首次焊接。

2 焊接工艺的选择

2.1 机械与材料的确定

经与设备厂家确认及现场光谱分析，除1台高压换热器的4 个设备口没有堆焊Inconel625 外，其余换热器设备管口均进行了堆焊，考虑到8mm堆焊层厚度，本次设备管口与相连工艺管道焊接的工艺重点问题就是堆焊层材质与相连管道材质的焊接，但为了保证工艺评定过程中材料性质与原始设备管口尽可能相同，本次评定用试件采用锻件管材+堆焊Inconel625 的试件。

2.2 坡口设计

其中一侧的制作由制造厂家负责，而另一侧的制作需要通过氧乙炔（现场）的切割。

2.3 预热方式

选择绳式电加热器进行管道的预热工作时，不仅要保证加热宽度超过200mm，还要让加热宽度与保温范围分别超过200mm 与400mm；确保预热温度处于100～150℃，在维持标准温度30min 后才能着手施焊。除此之外，工作人员在预热的过程中还要注意。设备一侧口无需进行预热工作。

表1是管道拟定的焊接工艺参数。15 L/min的氩气流量钨极氩弧焊，其背面保护氩气流量是20 L/min。

表1 管道的焊接工艺参数

3 注意事项

为保证堆焊层与相连管道材质的熔敷金属性能能够达到评定试验要求，堆焊层与相连管道焊丝选用ERNiCrMo-3，该焊丝用于异材焊接和材料表面的耐腐蚀堆焊。高温和超低温机械性能优异，在宽泛的氧化和还原媒质中耐强腐蚀，耐应力腐蚀裂纹，点蚀和隙蚀。熔敷金属成分如下（%）。

C 0.03 P 0.01 Si 0.05 S 0.001 Mn 0.05 Ti 0.22 Cr 22.4 Cu 0.1 Ni 64.2 Cb+Ta 3.55 Fe 0.2 Mo 9

焊丝使用前彻底清除油污、铁锈、水份等表面杂质。打底时使用纯度在99.99%以上的氩气进行背部保护，气体流量控制在10～15 L/min。施焊时必须有适当的防风设施，否则保护气体易受风的影响而致气体保护不良。使焊道劣化而发生气孔。

在焊接过程中严格控制打底层间厚度及电流是打底层熔敷金属保证性能的关键，层间厚度控制在3mm，打底电流控制在115～125A 性能最佳。层间温度的控制也是堆焊层和管道材料焊接过程中控制的重点，层间温度不能超过150℃，在焊接过程中安排专人使用红外线测温仪进行监控，一旦超出范围，立即停止焊接采取降温措施。

其中堆焊层与A335-P11焊接过程中对焊接人员操作要求高（焊接手法），每层厚度控制在2.5mm，电流控制在81A,焊后进行700～760℃的热处理；堆焊层与TP347、A106 材质焊接过程中每层厚度控制在3mm，电流控制在90A，打底2～3 层后进行一次RT检测，合格后进行填充作业。

打底以3 层厚度为宜，打底完成后进行RT 检查，合格后进行填充作业。填充焊条使用ENiCrMo-3，填充电流控制在80～90A，温度的控制同样是保证熔敷金属性能合格的关键点，严格控制在3mm 以内，其中堆焊层与A335-P11 焊接过程中层间厚度保证在2.5mm为宜，如：23mm厚度的管道从打底到填充完成以9层为宜。

4 工程的焊接措施

P11 耐热钢不具备相应的焊接性，很容易出现冷裂倾向。由于镍合金的独特性质，因此工作重点应该放在热裂纹的防治工作。

4.1 管口的组对工作

尽量降低强行组对的概率，尽可能地降低组对应力；如果出现组对应力过高的情况，最好在管道侧开展局部回火工作，并将回火温度保持在710℃左右。将保温时间设定在2h，能够进一步地减少组对应力。

定位焊应采取过桥式氩弧焊的方式，定位焊的缝长与厚度分别控制在20～30mm、3～5mm，保证数目超过8 处，且能够延管口均布。与此同时，在正式焊接的过程中一定要打磨定位焊缝。开展管口侧的局部预热工作时，要将预热范围控制在超过定位焊缝处周边约100mm处。

4.2 焊缝扩散氢含量的控制以及背面的保护

在正式使用焊条之前，要进行相应的烘焙工作。存放温度一定要维持在100～120℃，并及时开展坡口两侧的清理工作。

管口内贴可溶纸充氩保护方法的使用，要让焊口与可溶贴纸之间的距离维持在100～150mm 的范围内，最少不得低于两侧。利用充氩进行空气的置换时，将流量控制在50 L/min左右，且超过2h。

4.3 其他工艺措施

第一，采用氩弧焊打底时，最好不要使用断弧；断弧要求后接头的打磨长度为断弧处的3～5mm。第二，通过小摆动多层多道焊的方式能够进一步度降低熔入的母材，且将焊接接头打磨干净。第三，由于故障导致的焊接中断，一定要在重新施焊前开展作色检验。

5 结语

加氢裂化装置高压换热器管口与相连管道异种钢焊接重点为堆焊层与相焊管道材料的焊接工艺控制，在焊接过程中严格控制层间厚度、电流、层间温度是保证合格熔敷金属的关键控制点，其中堆焊层与A335-P11 材质的焊接对层间厚度及电流的控制尤为苛刻，且要进行焊后热处理，方可保证焊接质量。