炼油I催化油浆泵冲刷腐蚀原因分析及修复

马兴国 张云来 杜 亮 周利华

（1. 中国石油天然气股份有限公司独山子石化公司，新疆 克拉玛依 833699；2. 新疆炼化建设集团有限公司，新疆 克拉玛依 833699）

0 引言

2021年2月17日某石化炼油厂催化装置油浆泵P-207/3壳体出口管线处有一直径为φ3mm的砂眼发生泄漏，该泵是催化装置关键设备，其主要作用是将分馏塔底油浆循环和油浆回炼，设备型号150ZPY400B，属于单级悬臂式离心泵，于2009年安装投运，2014年完成密封改造。

1 概述

泵体材质为ZG1Cr13马氏体型，介质为催化油浆，设计温度378℃，压力1.5MPa。拆卸泵体衬里检查发现，泵壳体内部入口流道底部与衬里密封部位冲蚀，冲蚀尺寸为210×50mm（如图1所示）。油浆泵的运行情况直接影响催化装置运行，能及时修复运行，可为企业减小损失。我单位接到任务后，对油浆泵发生冲蚀而引起泄漏原因进行分析，从焊接材料的选择、焊接工艺以及热处理方面进行阐述，制定出合理的焊接工艺，取得了满意效果，对同行有所借鉴。

图1 泵壳冲刷示意图

2 泵壳冲刷腐蚀穿孔原因分析

（1）通过拆检可知，衬里与泵壳间有两处密封，第一处在泵壳Φ500mm处有一厚度0.5mm的垫片实现密封。第二处是在Φ190×Φ170×3.5mm的石墨垫片实现密封，由于泵壳与衬里间有间隙，因此会形成一个相对封闭的空间，没有流动介质不存在冲刷腐蚀。

但当泵入口Φ190mm处的密封垫片发生冲刷腐蚀损坏后，泵出口高压介质通过泵壳与衬里的间隙流至入口处，形成泄漏通道，泵出口与进口联通，在出口和入口处发生冲刷腐蚀，造成泵壳腐蚀减薄穿孔，发生泄漏；

（2）该油浆泵设计存在缺陷，衬里与泵壳Φ170mm处凸台存在0.86mm间隙如图2所示，介质在该处发生湍流，造成冲刷腐蚀，液体中催化剂固体颗粒沿下部流动造成凸台腐蚀，造成密封垫片失效，在泵壳与衬里间出口与入口贯通形成回路，加速出口和入口处腐蚀，直至泵壳减薄穿孔发生 泄漏。

图2 泵壳流程示意图

3 修复方案制定

3.1 可焊性分析

1Cr13钢焊接性差，焊后组织为为马氏体，有以下特点：

（1）焊接冷裂纹

马氏体不锈钢焊接时在焊接接头区域出现明显的淬硬倾向。焊缝及热影响区焊后的组织通常为硬而脆的马氏体组织，含碳量越高，淬硬倾向越大，焊接接头很容易导致冷裂纹的产生，尤其当焊接接头刚度大或有氢存在时，马氏体不锈钢更易产生延迟裂纹；

（2）热影响区脆化

马氏体不锈钢尤其是铁素体形成元素含量较高的马氏体不锈钢，具有较大的晶粒长大倾向。冷却速度较小时，焊接热影响区易产生粗大的铁素体和碳化物，冷却速度较大时，热影响区会产生硬化现象，形成粗大的马氏体。这些粗大的组织都使马氏体不锈钢焊接热响区塑性和韧性降低并导致 脆化。

3.2 1Cr13的化学成分如表1所示、力学性能（如表2所示）

表1 1Cr13的化学成分

表2 1Cr13的力学性能

3.3 金相微观组织分析

按照GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》对泵体母材部位进行金相组织检验，其显微组织为保留马氏体位向的回火索氏体和带状铁素体，未观察到明显的材质劣化（如图3所示）。

图3 泵体母材金相组织（100×）

4 焊接工艺

4.1 焊接方法和焊接材料选择

马氏体不锈钢焊接修复采用焊条电弧焊，焊接材料选取G207焊条，直流反接。焊条使用需经300～350℃烘干，恒温1h随取随用。焊材化学成分如表3所示、力学性能如表4所示。

表3 G207的化学成分(%)

表4 G207的力学性能

4.2 焊前准备

焊前用磨光机将焊缝表面两侧15mm范围内打磨出金属光泽，打磨完成对坡口必须进行100%PT渗透检测、Ⅰ级合格，焊前预热温度为100～150℃，预热方式采用气焊加热，用红外线测温仪测量温度。

4.3 工艺参数选择（如表5所示）

表5 焊接工艺参数

4.4 打底层焊接

焊接时采用小电流多层多道焊工艺，焊接过程层间温度控制在150℃以内，对每道焊缝进行锤击，减小焊接应力。焊接时注意两侧坡口及根部要熔合良好，避免未熔合缺陷的产生，在熔池边缘处收弧，收弧时注意填加铁水并要保证弧坑饱满，以避免产生弧坑裂纹。

4.5 填充、盖面层焊接

采用多层多道焊，各层接头应互相错开，焊工要加强层间清理，严防焊缝夹渣。各焊道的单层厚度约3.0mm，方可进行下一层的焊接（如图4 所示）。

图4 打底、填充、盖面层焊接示意图

4.6 焊后要求

焊缝外观要求焊缝波纹均匀、宽窄整齐，焊缝与母材要圆滑过渡，焊缝表面不得有气孔、未熔合、裂纹、接头脱节、内凹等缺陷，咬边深度不得超过0.5mm有咬边要圆滑过渡,焊缝增宽量0.5～2.5 mm，所有焊缝余高为1～2mm。

4.7 焊后切削加工及检验

补焊完成后在车床上进行切削加工恢复尺寸，再进行渗透检测（如图5所示），渗透探伤检验按NB/T 47013.5-2015检验，I级合格。热处理完成后再进行一次渗透检测。

图5 切削加工进行渗透检测

4.8 焊接工艺要点

（1）严格控制层间以及焊接区域的温度，温度控制≤150℃，以防止在熔敷后续焊道前发生冷 裂纹；

（2）采用直线运条多层多道焊，焊条不摆动，小规范分段、分散焊，焊后立即用尖的渣锤敲击焊缝，可以减小应力，提高抗裂性能力；

（3）焊接时，接头要尽量错开，收弧时要填满弧坑，防止产生弧坑裂纹。每道清完渣后，用10倍放大镜检查，发现焊接缺陷随时处理，如有裂纹，立即铲除重焊；

（4）焊后用石棉覆盖焊缝，缓冷至室温。

5 焊后回火热处理

（1）焊后回火温度在650～750°C，恒温时间1小时；

（2）升温速度、降温速度50～80°C/h，300°C以下空冷。

图6 回火热处理曲线图

6 结论与建议

（1）将问题反馈嘉利特泵厂家，已向厂家建议为防止油浆泵冲刷腐蚀对设计进行改造；

（2）定期检查衬里与泵壳之间的密封垫片冲刷腐蚀情况；

（3）对马氏体组织的ZG1Cr13补焊，选用G207焊材取得了良好的效果，保证了泵体的补焊质量，对同类型其他工件的补焊具有指导意义；

（4）通过采取科学合理的补焊工艺措施，精心操作保证了泵壳的补焊质量，运行后符合使用要求，修复方案是可行的。