广东石化炼化延迟焦化装置NM550 耐磨钢板焊接技术总结

张学云 闫亭亭 刘鑫磊

中国化学工程第七建设有限公司 四川成都 61000

广东石化炼化一体化项目是中国石油集团贯彻国家能源安全战略、实现炼化业务转型升级的战略工程，也是构建广东省对外开放新格局、推动粤东地区经济发展的重点工程。其300 万t/ a 延迟焦化装置由焦化部分（含冷焦水处理）、吸收稳定部分、干气液化气精制部分、石油焦密闭处理部分及公用工程部分组成。其中，焦化部分、吸收稳定部分采用美国 FOSTER WHEELER 公司的SYDEC (Selective Yield Delayed Coking)工艺技术。焦化部分溜焦槽设计为NM550 耐磨钢板材质，自破碎机下口延伸至石油焦脱水仓。

1 耐磨钢板应用的背景及优势

1.1 背景

石油焦是原油经蒸馏将轻重质油分离后，重质油再经热裂转化而成的产品，从外观上看，焦炭为形状不规则、大小不一的黑色块状（或颗粒），有金属光泽。焦炭的颗粒具多孔隙结构，主要元素组成为碳(80%以上)，含氢1.5%～8%，其余为氧、氮、硫和金属元素。

按石油焦外观形态及性能的不同，可分为海绵状焦、蜂窝状焦和针状焦3 种。其中海绵状焦外观类似海绵，杂质含量较多，内部含有许多小孔，空隙间焦壁很薄，不适合作为生产炭材料的原料；蜂窝状焦内部小孔分布比较均匀，有明显的蜂窝结构，具有较好的物理性能和力学性能，此类石油焦可以作为普通功率石墨电极、预焙阳极和电炭制品生产用的原料；针状焦外表有明显条纹，焦块内部的孔隙呈细长椭圆形定向排列，破碎后为细长颗粒，可作为生产高功率和超高功率石墨电极的原料。

在石油焦自破碎机破损后输送至脱水仓的过充中，由于温度较高、粘度较大，极易在溜焦槽运输部位阻塞或磨损损耗，因此一种新型耐磨钢板材料应运而生。

1.2 耐磨钢板的优势及先进性

NM550 是高强度耐磨钢板，具有较高的耐磨性能和较好的冲击韧性，被广泛应用于冶金、机械、矿山等行业。其布氏硬度值达到550（HBW），主要是在需要耐磨的场合或部位提供保护，延长设备使用寿命，减少维修带来的检修和停机，相应减少资金的投入。

但此钢种合金成分较高、碳当量较大，在切割、焊接过程中具有明显的冷裂纹倾向，焊接性能较差。为了保证此钢种的结构使用性能，达到耐磨板强度、韧性、耐磨性的统一，以下就广东石化炼化一体化项目二联合300 万t/ a延迟焦化装置Ⅱ的溜焦槽耐磨钢板安装及焊接过程中的重难点进行深入研究总结。

2 溜焦槽耐磨钢板焊接前期准备

2.1 现场安装主要工作量

溜焦槽耐磨钢板厚度分为10mm 及20mm 两种，为半圆仓形状。为方便现场安装，减少现场拼接焊道数量，要求厂家沿断面方向分两段制作发运至现场（即两段拼接为一个半圆仓），纵向方向长度可取2.0～3.0m。半成品运达现场后，中国化学工程第七建设有限公司负责组对焊接剩余焊道，施焊长度约1581m。图1 为溜焦槽耐磨钢板分段图。

2.2 现场焊接存在的主要困难

耐磨钢板具有复杂的合金成分系统，在热切割过程中由于断面组织的改变极易导致延迟裂纹的产生。由材料化学成分及力学性能可知，NM550 属于低合金高强度耐磨板，具有较高的机械强度，但相对于常用钢材（例如Q345B），其碳当量较大，CEV＝0.65%，具有明显的冷裂纹倾向。如果焊材的选用原则遵循等强匹配，焊缝容易出现焊缝根部超强，局部脆硬而韧性不足及热影响区脆化，在焊接过程中焊缝容易产生裂纹。

同样因为合金成分较为特殊，焊接过程中极易造成局部焊接应力过大，焊接应力无法消除的情况，对焊缝质量带来隐患。

3 耐磨钢板焊接过程控制

3.1 耐磨钢板下料及坡口加工

预防耐磨钢板产生切割裂纹最有效的方法是在切割前进行预热，预热温度高低主要取决于钢板质量等级和板厚，可采用火焰烧枪、电加热等预热方法。为确定钢板预热效果，应在靠近加热点5cm 以外位置检测预热温度。另外，低速切割也是避免切割裂纹的有效方法。对于耐磨板的切割，现场采用电加热片加热，切割前预热温度达到100℃左右为宜；并按钢板的厚度及等级选用合适的切割速度，例如20mm 钢板，切割速度以200cm/ min 为宜。

现场拼接位置需按要求开设坡口，坡口组对间隙为2mm，坡脚为45.0°，10mm/ 20mm 厚耐磨钢板钝边δ=2mm/ 4mm。图2 为耐磨钢板坡口加工图。

图2 耐磨钢板坡口加工图

3.2 耐磨钢板焊接焊材选用

HM550 耐磨钢板具有明显的冷裂纹倾向，如果焊材的选用原则遵循等强匹配，焊缝容易出现焊缝根部超强，局部脆硬而韧性不足及热影响区脆化。为了保证焊缝在使用过程中的强度、韧性要求，项目部选用D276 耐磨堆焊用焊材连接耐磨板的基体部分，来提高焊缝韧性，降低焊缝淬硬性，同时满足强度要求。

3.3 耐磨钢板焊接注意事项

3.3.1 焊前预热

由于耐磨钢板材质特殊性，合金成分含量较高，极易在焊接过程中产生焊接应力。为避免此类情况发生，要求焊接前及焊接过程中一直保持100～150℃伴热温度。

3.3.2 焊接线能量控制

表1 和表2 分别为10mm 和20mm 厚耐磨钢板焊接工艺参数。焊接时采用窄道，多层多道焊焊接方法，层间温度控制在150～250℃。

表1 10mm 厚耐磨钢板焊接工艺参数

3.3.3 焊后保温缓冷

参考相关标准规范要求该材质钢板焊接完成后不需进行焊后热处理，但需使用保温棉覆盖焊缝，使之达到缓慢冷却的要求。由于前期施工作业人员对保温缓冷要求理解不到位，该焊缝仅部分焊接完成，未注意保温缓冷要求，导致焊缝开裂。详见图3 图4。

图4 耐磨钢板焊缝局部开裂

3.3.4 焊后无损检测要求

首先焊接应满足GB50205 及其他现行焊接技术规范的相关要求，耐磨钢板焊缝应满足二级焊缝的要求，不得有超出允许偏差的缺陷，具体外观检测应满足表3 中要求。其中二级焊缝需按焊缝长度20%进行超声检测，其合格等级不得低于表4 中B 级检测中的Ⅲ级要求。现场施工焊缝总长1581m，超声检测焊缝长度352m，一次检测焊缝长度350.5m，合格率为99.5%

表3 二级、三级焊缝外观质量标准 mm

表4 超声波检测缺欠等级评定

4 结语

采用低组配焊接材料，在下料及焊接过程中恒温加热，并在焊接完成后进行保温缓冷等先进工艺，基本上解决了高强度耐磨钢板焊接开裂问题，大大缩短了施工工期，降低了施工成本，保证了焊接质量，广东石化炼化一体化项目中300 万t/ a 延迟焦化装置溜焦槽耐磨钢板焊接施工任务顺利完成。