Q245R（R-HIC）厚壁容器制造VIP

第 4 O卷第 5期 2 O 1 1年 9月 石油化工设备 PE TR0一 CHEMI CAL EQUI PMENT Vo1 4 0 NO5 Se pt 20 11 文章编号 ：1 0 0 0 7 4 6 6 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 6 6 0 4 Q2 4 5 R( R HI C) 厚 壁容器制造 周俊鹏 ，崔 淑芬 ，杨颖 ( 大庆油 田工程建设 有限公司 ， 黑龙 江 大庆1 6 3 4 5 3 ) 摘 要 ：介 绍 了 Q2 4 5 R( R - HI C) 厚壁 容 器在 制 造 过 程 中 的材 料控 制要 点 、 主要 部 件 下料 成 形 、 封 头 加 工 、 焊接 以及 焊后 热 处理 制造 工 艺 。 关 键 词 ：容器； Q 2 4 5 R ( R H I C ) ； 成形； 焊接； 热处理 ； 制造 中图分 类号 ：TQ 0 5 1 3 文 献标 志码 ： B Ma n u f a c t u r e T e c h n o l o g y o f Q2 4 5 R ( R- HI C)T h i c k wa l l e d Cy l i n d r i c a l P r e s s u r e Ve s s e l s ZHOU J u n pe ng，CUI S hu f e n，YANG Yi ng ( Da q i ng Oi l Fi e l d Co ns t r uc t i o n Gr ou p Co Lt d，Da q i n g 1 6 3 4 53，Ch i na ) Ab s t r a c t ：Th e ma n u f a c t u r e p r o c e d u r e a n d we l d i n g p r o c e d u r e a t t e n t i o n ma i n o f Q2 4 5 R ( R HI C) t h i c k wa l l e d c y l i n d r i c a l p r e s s u r e v e s s e l s d u r i n g t h e ma n u f a c t u r e p r o c e s s we r e i n t r o d u c e d ，i n c l u d i n g e x a mi n a t i o n o f ma t e r i a l ，h o t p r e s s e d e n d p l a t e ，we l d i n g p r o c e d u r e q u a l i f i c a t i o n ，ma j o r c o m po ne nt s ha p i ng，we l d i n g a nd po s t we l d he a t t r e a t me n t Ke y wo r d s：p r e s s u r e v e s s e l ；Q2 4 5 R ( R HI C) ；s h a p i n g ；we l d i n g；h e a t t r e a t i n g ；ma n u f a c t u r e 在 H 和 H s环境中的普通 Q2 4 5 R钢 ， 由于氢 诱导裂纹 和硫 化物应力腐蚀 的共 同作用会 迅速失 效n 。研究表明， 氢诱导裂纹和硫化物应力腐蚀敏 感性与材料中 s元素的质量分数有 密切关系， s元 素的质量分数降低 ， 氢致裂纹和应力腐蚀敏感性也 降低 2 s 3 。 Q2 4 5 R( R HI C) 钢是采用 电炉+炉外精炼方式 冶炼 ， 使 s元素的质量分数 降到 0 0 0 3 以下 ， 从 而 提高其抗氢诱导裂纹和硫化物应力腐蚀能力。普通 Q2 4 5 R钢 和 Q2 4 5 R( R HI C) 钢 的 这 些 差 别 导 致 二 者的性能和使用场合也有很大不同。 笔 者 以某 压缩 机 出 口分 离器 的制 造 为 例 ， 从 多 方面介绍选用 Q2 4 5 R( R HI C ) 抗 氢钢时设备 的制 造 特 点 。 1 设备结构及参数 某压缩机 出口分离器为板焊结构压力容器 ， 采 用标准椭 圆形封头， 法兰与接管为对焊连接， 接管与 简体为嵌入式连接结构， 其简 图见 图 1 。设备直径 1 6 0 0 mm，总高 7 6 5 0 mm， 质量 1 6 2 0 0 k g ， 设 计 压 力 5 0 MP a ， 设计温度 8 O l c， 体积 1 2 5 m。 ， 工作介 质为轻烃 、 天然气及含油污水。简体和封头的材质 为 抗 氢 钢Q2 4 5 R ( R HI C) ， 法 兰 及 接 管 为 2 0 ( R HI C ) 锻件 ， 腐蚀裕度 3 mm， 焊接接头系数 1 0 ， 卧 置水压 试 验压 力 6 5 8 MP a。 该 分离 器 按 GB 1 5 O 一 1 9 9 8 钢 制 压 力 容 器 要 求 进行 制造 、 检验 和验 收 j 。 2材 料 控 制 2 1 钢 板 Q2 4 5 R( R HI C) 钢板应 采用 电炉 +炉 外精 炼 方 式 冶炼 ， 应 为本 质细 晶粒 钢 ， 实 际 晶粒度 达 到 6 级 或 6 级 以上。钢板 以正火状 态交货 ， 布 氏硬度值不大 于 2 0 0 HB， 钢 板试 样经模 拟 焊 后 热处 理 后 的 力学 性 能及工艺性能符合表 1规定 ， 考虑全部受热史 ， 其模 拟焊后热处理 温度为 6 1 0 6 3 5 C， 保 温时间 8 h 。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 4 2 3 作者简 介 ：周 俊鹏( 1 9 7 o 一 ) ， 男 ， 黑龙江大庆人 ， 高级工程师 ， 学士 ， 长期从事压力 容器 制造 及其质量管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 周 俊鹏 ， 等 ： Q 2 4 5 R( R HI C) 厚壁容器制造 此外 ， 钢板应做厚度方向拉伸试验 ， 断面收缩率 z 3 5 为 合格 。 图 1 压缩机 出口分离器结构示 图 钢板化学成分除应符合 GB 7 1 3 2 O 0 8 锅炉压 力容器用钢板 的有关规定外_ 7 ， 还应符合表 2规 定 。表 2中 碳 当 量 ( C E) 按 公 式 C E一 叫( C) + 叫 ( Mn ) 6 +叫( C r ) + ( Mo ) 4 - ( V) 5 +叫( Ni ) +叫( c u ) 1 5计算L 3 ， 其 中 C a 值仅供参考， 不作为 验 收条 件 。 钢板需逐张进行超声波检测 ， 符合 J B T 4 7 3 0 1 4 7 3 0 6 2 O O 5 承压设备无损检测 标准规定 ， 级 为合 格 j 。 钢板应按 G B T 8 6 5 0 2 0 0 6 管线钢和压力容 器钢抗氢致开裂 评定方法 进行抗氢诱导裂纹 ( R HI C ) 试验_ g ， 采用 A溶液 ， 3个试样裂纹长度敏感 率( C L R) 的平均值为 C L R 1 0 ， 裂纹敏感性敏感 率 ( C S R) 平 均 值 为 C S R 3 ， 裂 纹厚 度 敏感 率 ( C TR) 的平 均值 为 C TR 1 5 。 钢 板应 按 GB T 4 1 5 7 -2 0 0 6 金 属 在 硫 化 氢环 境 中抗 特殊 形式 环 境开 裂 实 验 室试 验 进 行 抗硫 化 物应力腐蚀( S S C C ) 试验r 1 ，屈服强度损失不大于 表 1 Q2 4 5 R( R HI C ) 钢板力学性能 1 0 为合格 。 2 2 锻件 法兰 和接 管 所 用 2 0 ( R HI C ) 锻 件 的各 参 数 及 各 项性 能 除 必 须 满 足 J B T 4 7 2 6 2 0 0 0 压 力 容 器 用碳 钢 和低 合金 钢 锻 件 的 规定 外 l_ 】 ，还 应 该 满 足 以下要求 ： 锻件用钢采用电炉+炉外精炼方式冶 炼 ， 应 为本 质细 晶粒 度镇 静钢 ， 应具 有 5级或 5级 以 上 的 实际 晶粒 度 。 锻件 主截 面部 分 的锻造 比不 得 小于 3 ， 正火状态交货。 锻件化学成分 除应符合 文 献 8 规 定外 ， 还应 控 制元 素 s的质量 分数 不大 于 0 0 0 3 Y o ， 元素 P的质量分数不大于 0 0 1 5 。锻 件 力学 性能 应 为经正 火 +模拟 焊后 热处 理后 所得 的 试 验数 据 。锻 件 中脆性 夹杂 物 、 塑 性 夹 杂 物 不 得 大 于 2 5级 ， 且 两者 总和 不 大 于 4 5级 。 锻 件 的 抗氢诱导裂纹( R HI C) 试验执行文献 9 ， 抗硫化物 应力腐蚀试验执行文献E l O 。 2 3 焊接材料 应选择 经 过 焊 接工 艺 评 定 合 格 ， 适 用 于 Q 2 4 5 R ( R _ HI C ) 钢板 和 2 0 ( R _ HI C ) 锻件 焊 接 的焊 材 。焊条 除满 足 J B T 4 7 4 7 2 0 0 2 压力 容 器用 钢焊 条 订货 技 术 条件 外 l_ l ， 所 用 的焊 条 、 焊 丝化 学 成 分 至少 满 足 叫( C) 0 1 2 ， 叫( S ) 0 0 0 5 ， 叫( P ) 6 O 0 1 2 。 焊缝熔敷金属氢诱导裂纹( R HI C ) 试验按文献 9 进行 ， 抗硫化物应力腐蚀试验按文献 1 O 进行。 在 正火 +模 拟焊 后热 处理试 样 上进行 硬度 检测 ( 含母材、 焊缝、 热影响区 、 熔合线) ， 平均硬度不大于 2 00 HB。 3制造及检验 3 1 封头 设备封头为标准椭 圆封头 ， 设计厚度为4 8 mm， 考 虑加 工减 薄量 ， 下 料厚 度 取 5 4 mm。采 用 整 体热 压 成形 ， 加工 工 艺为 ， 封 头 热 压 开始 温 度 为 9 6 0 ， 终压温度为 8 6 0。母材验证试件随封头经历全部 受热史( 加热 、 初压、 终压) 。由于热加工过程与板材 正火温度重叠 ， 需要对封头 ( 带验证试件) 恢复正火 热处理 ， 试件模拟整体焊后热处理后进行各项力学 性能 检验 。封 头 热 压 工 艺 曲线 见 图 2 ， 封 头 正 火 热 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 1 年第 4 O 卷 处 理工 艺 曲线 见 图 3 。 图 2封头压制工艺曲线 图 3封 头 正 火 工 艺 曲线 封 头端 口和 顶 部 中心 孔 采 用 立式 车床 加 工 ， 坡 口形式按焊接工艺要求 。 3 2 筒体 下料 展 开 长 度 按简 体 中径 计算 ， 适 当考 虑 厚 板 展开 的 中径偏 移量 ， 控 制展 开长 度 误 差 为 2 mm， 对角 误差 为 2 5 mm。 ( 3 ) 腐蚀 试 验 进 行 焊 缝 熔 敷 金属 抗 氢 诱 导 裂 纹 ( R HI C ) 试验 和抗 硫 化物 应 力腐 蚀 试 验 。R HI C 试验溶液为 A 溶液 ( p H一3 0 ) ， 并用 H。 s气体饱 和 ， 持 续 时 间 9 6 h ， 对 检 测 面进行 金 相 检验 ， 查看 裂 纹 情况 ， 结 果 裂 纹 长 度 敏 感 率 ( C L R) 、 裂 纹 敏 感 率 ( C S R) 和裂 纹 厚 度 敏 感 率 ( C TR) 均 为 0 。 S S C C试 验 介质 为 0 5 冰醋 酸 +5 Na C 1 +饱 和 H S水 溶 液 ， 在恒负荷拉伸应力腐蚀试验机上进行， 按材料标 准屈服 强度 值 的 0 9倍 的 应力 级别 加 载 ， 最 长试 验 周期为 7 2 0 h ， 期间不发生应力腐蚀开裂为合格 。 ( 4 ) 焊缝坡 口 根据窄间隙埋弧焊特点确定纵 、 环焊缝坡 口形状 ( 图 4 ) ， 保证根部平滑无尖角 ， 焊接 时熔化 良好 ， 填 充 金 属 较 少且 焊 接 生 产 效 率 高 。焊 前 坡 口 表 面 需 按 文 献 8 进 行 1 0 0 磁 粉 检 测 ( MT) ， I级合 格 。 焊层 焊接方法 焊接材料 焊条规格 mm 极性 电流 A 电K V 焊速 C 12 rai n O3 2 DC+ 9 0 U O 2 O 2 2 6 1 0 O4 0 DC+ 1 0 0 1 3 0 2 2 2 4 6 1 0 03 2 直流 5 4 0 5 7 0 3 4 3 8 4 0 4 2 04 0 交 流 5 5 0 5 8 0 3 6 4 0 4 0 4 2 焊条电弧焊( S MAW) 焊条电弧焊( S MA W) 9 N ( S AW) 埋 弧 焊 ( SAW ) A A A A 化 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 周俊鹏 ， 等 ： Q2 4 5 R( R _ HI C ) 厚壁 容器 制造 6 9 表 4厚壁接管与简体焊接工艺参数 热处理 ， 做 好 法 兰 密 封 面 防护 ， 焊 接试 板 同炉 热 处 理热 处理 工艺 曲线 见 图 5 。 温 度 3 0 0 0 时 间 炉 图 5焊 后 整 体 炉 内消 除 应 力 热 处 理 工 艺 曲线 图 3 5 水压试验 设备焊接、 热处理完成后 ， 按设计图样给定的试 验压力进行水压试验 ， 试验合格后 ， A、 B类 焊接接 头按文献 8 进行 i 0 0 超声波复检 ， I级合格。同 时对所有焊缝表面按文献 8 进行 1 0 0 磁粉检测 ， I级合 格 。 3 6 检 验 封头热压成形后 ， 经恢复正火状态热处理 ， 其力 学性能满足 J B T 4 7 4 6 -2 0 0 0 压力容器用封头 标准 要求 。筒体冷加工成形后 ， 经中间消应力处理 ， 圆 度、 对 口错边量 和焊缝棱角度满足文献E 6 3 要求。容 器 A、 B类焊接接头按文献 8 进行 1 0 0 射线检测， 焊缝射线检测合格率 1 0 0 ， I 级片率超过 9 5 。整 体热处理后所有焊缝经 1 0 0 超声波+1 0 0 磁粉检 测合格 。水压试 验 后容 器 A、 B类 焊接 接 头 经 1 0 0 超声 波合格 ， 所有 焊缝表 面经 1 0 0 磁粉 合格 。 4 结 语 按 以上工 艺 为哈 萨克斯 坦某 油 田制造 了多 台厚 壁抗氢钢设备 ， 严格执行相应的成形 、 焊接和热处理 制度 ， 设备性能满足安全技术规范要求， 为今后制造 同类 设 备积 累 了经验 。 参 考 文 献 ： E l i NAC E MR 0 1 7 5 ， 油 田设 备 耐硫化 物应 力腐 蚀 破裂 的 金属材 料E S 2 郭志军 ，陈 东风 ，李 亚军 ，等 油 气 田高含 H S 、 C O： 和 C r环境下压力容器腐蚀机理研究进 展E J 石油化 工设备 ， 2 0 0 8 ， 3 7 ( 5 ) ： 5 3 - 5 8 3 中国机械工程学 会焊接 学会 焊 接手册 M 北京 ： 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 1 4 徐翔 ， 唐懿 压力容器用调质钢的 H。 s应力腐 蚀 行为 J 石油化工设备 ， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 3 ) ： 1 0 - 1 5 5 孔德楹 ，肖艳华 液化石油气装置 中湿 H s环境 的腐 蚀机理及选材 J 石油化工设备 ， 2 0 1 0 ， 3 9 ( 5 ) ： 8 2 8 5 6 G B 1 5 o 一1 9 9 8 ， 钢 制压 力容 器E s 7 G B 7 1 3 2 0 O 8 ， 锅炉压力容器用钢板 s 8 J B T 4 7 3 0 1 4 7 3 0 6 2 ) ( ) 5 ， 承压设备无损检测 s 9 G B T 8 6 5 0 -2 0 0 6 ， 管 线钢 和压 力容器 钢抗 氢 致开 裂 评定方法 E s E 1 o GB T 4 1 5 7 2 0 0 6 ， 金 属在硫 化 氢环境 中抗 特殊 形 式 环境开裂实验室试验 s 1 1 J B T 4 7 2 6 -2 0 0 0 ， 压力 容 器用 碳 钢 和低 合 金钢 锻 件 S 1 2 J B T 4 7 4 7 2 O 0 2 ， 压力 容 器用 钢 焊 条订 货技 术 条 件 s 1 3 J B T 4