加氢反应器的裂纹及处理策略分析

（青岛兰石重型机械设备有限公司 山东 266555）

引言

在石油化工生产当中，通过高温高压以及加氢的方式来得到更高质量的石油已经成为了一种重要的工艺，该工艺的发展历史已经超过了50年。在发展的过程当中，加氢裂化技术和加氢脱硫工艺在不断改进，这满足了人们对轻质油品的需求。与此同时，通过对重制原油进行裂解精制的方式还可以减轻石油化工企业所产生的大气污染问题。其中，加氢反应器就是整个加氢裂化工艺当中需要使用的核心装置。近年来，加氢反应器的检修与完善受到了重视，人们对裂缝问题的关注度也越来越高。

1.加氢反应器的特点

即使面对含硫量比较高和质量低劣的原油，加氢反应器也可以很好地发挥作用，实现原油的深加工，同时对当前的环境条件进行改善。目前所使用的加氢反应器也有多种类型，按照不同的功能可以将其主要分为精制反应器和裂化反应器两种，在运行的过程中可以为原料油与氢气之间的反应提供温度上和压力上的条件，同时提供了充足的反应空间和场所。近年来，随着现代化炼油技术的发展与成熟，热壁类加氢反应器受到了人们的关注，它具有运行效率高、内部结构独特、操作简单等优点，同时不容易发生故障。目前，该加氢反应器已经在很多炼油厂当中得到了使用，为企业带来了较高的经济效益。从20世纪80年代开始，这种热壁类的加氢反应器已经将原来的冷壁类加氢反应器取代。

在化工领域当中，加氢反应器是关键性的设备，但是它的运行条件通常比较恶劣，高温、高压、临氢，这对设备本身的质量也有比较高的要求。在使用的过程中，反应器的主体材料经常会出现被腐蚀、脆化等问题，这些问题如果没有得到及时解决的话，就会演变为开裂等问题，危险性也会不断提升。

2.加氢反应器的裂纹分析

(1)堆焊层的开裂

堆焊层开裂指的是不锈钢堆焊金属所发生的氢脆问题。通常来说，堆焊层当中铁素体的体积分数要被控制在3%-10%，如果过低的话，就容易产生热裂纹，如果过高则会对σ相形成产生影响。实践发现，在加氢反应器运行过程当中，环境的溶解氢会对焊体的柔韧性和延伸性产生影响。如果σ相吸氢的量超过20×10-6的话，就容易造成σ相开裂，开裂的部位也有可能会进一步拓展。研究人员通过对不锈钢进行研究之后发现，如果材料当中铁素体与σ相的含量比较高的话，就会使其在延伸性与韧性方面的损失增加，进而会容易出现裂纹。在出现开裂问题之后，如果没有及时发现和修复，仍然进行重复地开工和停工，还会导致裂纹变得更为严重。

在堆焊金属当中，裂纹会由焊层表面向着加氢反应器的容器内壁发展，大多数的裂纹会在对焊接的交界处停止发展，也有少数的裂纹会穿过这一交界面最终到达钢壳体的熔合面。在这样的情况下，壳体会直接暴露在工作介质当中，导致内部的材料受到高温高压和硫化的影响而遭到腐蚀，进而增加了氢致破坏的可能性。

(2)R-301的开裂

虽然加氢反应器的R-301都具有质量证明书，其中的母材钢板通常也都通过了相应的检验，但是在运行的过程当中加氢反应器R-301也经常会出现裂纹。这一裂纹不仅存在于堆焊层当中，还有可能会进一步延伸到母材上。对于这种情况，可以根据不同裂纹的表现形式和堆焊层中裂纹的起源进行分析。通常来说，如果原设备在生产与制造过程当中本身就存在堆焊层焊接缺陷的话，就可能会引发这一问题。尤其是存在夹渣问题的话，加氢反应器的局部区域应力水平就处于比较高的状态，该应力会与焊接结构当中的残余应力产生共同作用，进而导致夹渣边缘产生轻微的裂纹。与此同时，堆焊层材料在经过吸氢之后容易出现脆化，这会导致裂纹进一步拓展，在穿透双层堆焊层之后，最终到达反应器的器壁，该器壁受到吸氢脆化和回火脆化的影响，就会发生脆性开裂的问题。

3.加氢反应器的裂纹处理策略

(1)堆焊层裂纹的处理策略

①裂纹在面层的处理

首先，需要先使用砂轮片将裂纹的位置进行打磨，使它的形状变得更加规则，这样可以更好地进行补焊操作。在这之后，还需要对打磨的表面进行渗透检测，确保缺陷已经全部被消除，然后对表面的化学成分进行光谱分析，确保它的材质符合实际要求。其次，在补焊的时候，需要采用小电流快速焊接的方式，同时还要对整个焊接过程进行监控。要将道间温度的最高值控制在150℃左右，并避免出现焊接线能量过度输出的问题，这样可以最大化地避免焊接裂纹的出现。在这个过程中使用的焊材为E19.9.NbR、规格为3.2mm，焊接过程当中的电流要控制在100-110A，电压在22-26V，焊接速度在25-30cm·min-1。

②裂纹在过渡层的处理

首先，同样要对裂纹的位置进行打坡处理，并进行渗透检测与光谱分析。其次，在对过渡层进行补焊的时候，只需要焊接一小层即可，坚持小电流快速焊的原则，将最高道间温度控制在200℃左右。最后，在完成焊接之后，还要进行热处理，使用电加热装置，设置相应的热电偶，并将处理信息记录下来形成变化曲线，这样可以对处理效果进行现场检查。在处理的过程中，使用的焊材为E24.13.LR、规格为3.2mm，焊接过程当中的电流要控制在100-120A，电压在22-26V，焊接速度在25-30cm·min-1。

(2)接管裂纹的处理策略

首先，要在裂纹深度的2mm处进行修磨，并对打磨的位置进行磁粉检测，确保没有缺陷存在。其次，对裂纹深度大于2mm的部位进行补焊。要想将周围20cm处的杂物清理干净，将范围以内区域进行均匀预热，然后按照相应的工艺进行补焊，确保层间温度在200-280℃。完成补焊之后，要在第一时间进行消氢处理，并对焊缝进行修磨，实现焊材与母材之间的平滑过渡。在处理的过程中，使用的焊材为CROMOE225、规格为3.2mm，焊接过程当中的电流要控制在120-140A，电压在22-26V，焊接速度在12-20cm·min-1。

在完成焊接之后的24h之内，还需要对焊接部位及其周边5cm范围处进行检测，确定检测合格之后再对焊接的位置进行热处理。具体来说，操作人员要使用电加热装置，对加热带进行环向布置。要将起始加热温度和终止加热温度均控制在400℃以内，保温温度则控制在680-710℃，保温时间在2h左右。同时，还要将升温与降温的速率控制在40-55℃/h。在局部加热的过程当中，要在每个部位设置1个以上的热电偶，并将热处理的变化曲线记录下来，这样可以对热处理的效果进行现场检查。

(3)R-301的处理策略

加氢反应器R-301出现裂纹的部位通常处于临氢的环境当中，金属表面可能已经有氢气渗透，这导致材料受到了不同程度的劣化。在对该部位的裂纹进行处理的时候，焊接性将会受到明显的影响。因此，在焊接之前，需要先对其进行去应力处理，确保溶解在金属表面的氢能够全部溢出，同时也要确保材料并没有出现软化。与此同时，在对其进行焊接的时候，融合线周围的热影响区如果处理不当的话，容易产生新的裂纹。在处理的过程中，首先要对裂纹的具体位置及其长度进行定位，确保每一道裂纹都得到妥善处理。其次，要对焊接表面进行处理，要将裂纹进行打磨消缺，并等到裂纹被降至常温之后在对其进行相应的检查。打磨之后，焊接面需要保持光滑，尤其是过渡区域要保持高度圆滑，不能出现凹坑，也要避免焊接的死角。在焊接部位的中间区域，要去应力退出，这同时可以达到消氢的目的。最后就可以补充焊接。在这个过程中，要将母材熔合比控制在合理的范围，使焊接线周围的能量输入尽可能地降低，同时还要坚持小电流、快速焊的原则，在完成每一层和每一道焊接之后，要在彻底清渣并将凹坑处进行补焊填平之后再进行下一层的焊接。

4.结束语

综上所述，加氢反应器的作用比较多，它可以帮助企业获得更高质量的石油加工产品，促进石油化工原料的进一步增产，同时还可以进行中馏分油的操作。面对裂纹，工作人员需要及时做好相应的处理，对接管处和堆焊层的裂纹进行分别修复，按照相应的工艺控制好修复的质量，还要对整个修复的过程进行监督与检查，并在完成修复之后做好相应的检测，确保修复的效果能够满足实际要求。