Cr2AlMoRe稀土合金钢换热器的制造和检验

1、07Cr2AlMoRe稀土合金钢换热器的制造和检验?38?中国特种设备安全第24卷第1期07c摘要07Cr2A1MoRe为近年开发的抗硫化氢腐蚀专用钢,但在加氢中压设备中使用还是首次.本文重点介绍了07Cr2A1MoRe钢的基本性能,设备中材料的匹配,可焊性分析,焊接性能以及制造和检验等过程控制.关键词07Cr2A1MoRe换热器制造检验AbstractT07Cr2A1MoReisthespecialsteelforresistingsulfuretedhydrogen.butitisthefirsttimeusedinhydrogencondition.Thisarticleisaboutt

2、hebasicperformanceof07Cr2A1MoRe,matchingwithwateualsofequipment,theanalyseforweldalilityandthecoursecontrollinginmakingandchecking.Keywords07Cr2A1MoReExchangerMakingChecking东明石化集团25104t/a柴油加氢精制装置中的2台重要设备反应产物原料换热器(E一2101D)和反应产物后冷器(E一2111),其介质含硫化氢和氢等,设计选用了新开发的07Cr2A1MoRe钢板和09Cr2A1MoRe换热管武汉市润之达石化设备有限公司

3、虽然参与研制.但首次用于中压换热器的制造.其耐腐蚀以及某些性能特点尚需在实际生产中进一步验证.本文简要论述设备的制造过程和质量控制.以供同行借鉴1设备的主要技术参数1)换热器的结构如图1所示,其规格型号均为:BFU7009.0/2.51156/252/2.2)换热器的主要技术参数见表1.设备的主要材质见表2.表2中的焊材为专门研制的配套焊材3)换热器主要材料的匹配07Cr2A1MoRe由武汉钢铁公司生产.厚度36mm.钢板的供货状态为960%正火+700%回火.2.6试件余料管理对于试件余料.通行做法是产品完工发货后保留3个月.3个月后的余料如何处理各个单位一般不在文件上作出规定.事实上.对于

4、试件余料应作出以下规定:1)余料的集中堆放,防止余料遗失造成失控.也有利于复试取样2)余料到期限后的处置申请.能有效掌握余料情况,并进行规范处理,防止未到期余料的误处理.2.7其他对于试件管理还应有取样要求,试样机加工要求,以及试样的力学性能试验等内容,各单位均有成熟的经验,不再一一描述.3总结总的来说.产品焊接试件作为焊接管理的重要一环.其试件实物的控制相对来说制造单位抓得比较紧.但其试件文件资料的控制相对而言弱化了或虚化了,这不利于试件管理的规范操作.另外,随着时代的发展,焊接管理的内容也在加深拓展.焊接试件的管理正是焊接管理发展的一个缩影(发稿日期20070706)第24卷第1期中国特种

5、设备安全-39?图1换热器结构示意图表1换热器的主要设备参数设计设计操作压操作介质部位压力/温度/力/MPa温度/MPa含油气,气氨,H管程9.72O18.75181106(1.36%),H2(65%)石脑油,柴油混合E-2101D壳程9.91459.843125物,H2换热管09Cr2A1MoRe,ff25x2.5,U型简体07Cr2A1MoRe,6=32;管箱短节,6=36管程9908.57040油气,气氨,H(136%),H2(64.8%)壳程2.560O.53240环水E-2111换热管09Cr2A1MoRe,ff25x2.5,U型简体07Cr2A1MoRe,6-32;管箱短节,6=3

6、6表2设备的主要材质主要零部件名称主体材料焊接材料换热管O9Cr2AlMoRe管头焊:HO7Cr2AlM0Re焊丝管板16Mn锻+堆焊堆焊层:RZD357焊条插管焊:RZD357焊条管箱短节,封头O7Cr2AlMoRe对接焊:H07Cr2A1MoRe焊和配套焊剂RZD357焊条.H07Cr2A1MoRI壳程筒体07Cr2AlMoRe焊丝和配套焊剂207Cr2AlMoRe钢板和09Cr2AlMoRe钢管的性能特点这2个钢号实际上是同一品种.09Cr2A1MoRe无缝钢管已经在炼油企业中广泛应用.主要用作换热器和空冷器的换热管但在加氢制氢装置中的中压换热器上应用尚属首次07Cr2AlM0Re的钢板

7、是在09Cr2AlM0Re钢的基础上对成分优化后形成的.该材料经耐腐蚀性试验.具有很好的耐硫化氢应力腐蚀性能和均匀腐蚀性能.在饱和硫化氢溶液中的耐均匀腐蚀性能比碳钢材料提高6倍.抗恒负荷的硫化氢应力腐蚀指数为Oth0.7O-s已广泛地应用于含硫化氢介质的腐蚀环境在中石油四川酸性油气田材料腐蚀评价中心对09Cr2AlMoRe所做的阶梯型破裂腐蚀试验中(NACETM0284标准的A溶液),在焊缝和母材上均未发现任何(HIC)微裂纹,其抗氢腐蚀性能也非常优良2.1材料的化学成分f见表3)表3实物的主要化学成分%钢号CCrAlMOSPRe(JJllJ法107Cr2A1MoReO.O62.190.365

8、O-380.006O.O13送丝法f板材109Cr2AlMoReO.O62.230.450.34O.O13O.O15包埋法f无缝管1由于钢板的性能好坏直接影响到压力容器的使用安全.因此板材的化学成分在无缝钢管的基础上进行了细致的调整由表3中数据比较可知.板材中的碳含量更低,硫,磷杂质控制的更严.稀土的加人方式由包埋法改为比较先进的送丝法.使稀土的收率大为提高.显着改善材料的综合性能由于稀土对钢中残留的有害非金属元素具有极大的亲和力.因此改变了钢中的硫化物和氧化物的形态,在降低钢中夹杂物的总数量的同时,也使钢中大块的条状硫化物改变成为球状,细小的硫化物,从而改善了材料的焊接性能,提高钢材的耐腐蚀

9、性和塑性2.2力学性能(见表4)表4实物的力学性能钢号djMPa/MPa6%Al:(2O)07Cr2A1M.Re(板)30546534206,206,21009Cr2A1MoRe(钢管,33547532钢板的化学成分经调整后.杂质含量明显降低.硫含量为0.003%0.006%之间.再加上稀土的影响.实物的冲击值很高.3焊接3.1焊接材料用于腐蚀环境的中压容器.保证焊接接头力学性能和耐腐蚀性能至关重要.一般来说,熔合区和焊缝部位是最薄弱环节.为改善和提高焊缝和热影响?40?中国特种设备安全第24卷第1期区的综合性能.选用与母材相匹配的专门开发的焊接材料.即RZD357焊条和H07Cr2A1MoR

10、e焊丝.焊材的化学成分和力学性能见表5,表6.表5焊材熔敷金属化学成分%焊材牌号CSiMnCrAlMoSPRZD357焊条O.O7O.5O0.752.O5O.13O-380.oo20.020H07Cr2A1More焊丝O.O80.420.472.17O.5O0.400.006O.Ol6表6焊材熔敷金属力学性能焊材牌号口lMPaMPa黾/%AdJ(20C,RZD357焊条44O56030.Ol40.147.135H07Cr2A1MoRe焊丝4055652967,70,833.2焊接工艺评定按设计要求进行焊接工艺评定,工艺评定项目,焊接参数和工艺评定试验结果见表7,表8.结果显示,选用合适的预热,

11、后热措施,以快速多层,多道焊的工艺,较小的焊接线能量,可以控制焊接接头硬度.在一定的焊接电流,电压范围内.严格做好焊前焊后表7焊接工艺评定焊接参数焊接焊接焊材规电压/预热/焊评电流,A备注消氢方法材料格6/rnmV3-29Ol2O2022打底焊条300.SMAW4.0140l8O2326堆高200RZD3572h钢板5.Ol802302427堆高对接HO7Cr2AlMoRe300.SAW4.05806003436盖面200焊剂2hCHF603管板焊条4.O140l8O2326打底300.堆焊SMAW_200RZ13l357堆高2h5.Ol8O2302427H07Cr2焊后热管一板AlMoRe处

12、理环缝1.O50l7Ol2l6200气体:63.氩气1h表8焊接工艺评定试验结果抗拉强度弯曲试验冲击功A(20C)项目MPaD=-4a.180.焊缝热影响区钢板对接460,480合格l32.168.171220,209,257管板堆焊合格按GB151-1999切取8个剖面.焊缝及热影响区均管一板环缝未见裂纹,未熔合等缺陷.熔深(nun):7.5;8.5;7.0;7.0;8.5;7.0;8.0;8.0处理.控制好焊接速度.能获得良好的焊接接头性能.3.3施焊的工艺要点1)严格控制层间温度是必要的.层问温度过高会使组织粗化,过低又可能产生裂纹.为此在多层多道焊接过程中维持层间温度200250.2)

13、焊接坡口采用火焰切割办法.在切割前对坡口两侧各60mIll以上进行预热:预热温度150200C.切割完成后对切割面进行砂轮打磨.磨去表面热影响区的淬硬层全部坡口经100%的磁粉渗透检查.未发现裂纹.4热处理1)管板堆焊并消氢处理后.进行640C的热处理.以消除焊接残余应力.2)由于壳体直径较小,钢板较厚(6=36mm).其钢板在卷制后的变形量达到了5.0%.可能使材料冷作硬化为此,壳体纵缝焊接后,在校圆之前应对整个壳体进行消除应力的回火热处理,热处理温度690.3)管箱壳体在完成所有焊接工序后.进行670整体消除应力热处理.4)换热管在弯制成U型管后应进行690(2消除应力的回火热处理5产品试

14、板换热器的纵缝在延伸部分带一组07Cr2A1MoRe的产品试板(400mmx300mmx36mm),产品试板与设备采用相同焊接工艺.同炉热处理.其力学性能试验结果见表9表9产品试板力学性能orb/MPa断裂位置焊缝AdJ(20”C冷弯475,510母材l32,l24,145180o侧弯合格6硬度检验6.1壳体卷制时和壳体热处理以后的硬度检验由于该产品的径厚比大,冷变形量也较大,冷作硬化倾向大.按规范要求筒体在纵缝焊接完成后进行消除应力热处理而硬度检测可以较直观的判断材料在制造过程中的冷作硬化倾向.因此,在热处理前后对筒体的硬度进行了测试.结果见表l0.消除应力退火的目的之一是恢复材料的性能第2

15、4卷第l期中国特种设备安全?4l?表10热处理前后简体的硬度测试简体状态测试的单个硬度值HB平均硬度HB_卷圆后OO06(未退火)147194185169138167消除冷作应力退火132155109132129131(6902h)可以看出.退火后的平均硬度值比钢板卷制时的平均值降低了HB366.2材料及焊缝金属的硬度检测07Cr2A1MoRe钢壳体整体消除应力热处理后.分别对封头,筒体,对接焊缝和插管焊缝等部位进行硬度检测.实测的材料本体和各类焊缝的硬度值均小于HB200.管箱经热处理后.封头环焊缝和筒体纵焊缝的硬度测试结果见表11表11热处理后.封头环焊缝和简体纵焊缝的硬度项目焊缝中心实测

16、数据HB平均值HB封头环焊缝177197162193168179筒体的对接焊缝157152152191125155其结果满足压力容器安全技术监察规程中关于在硫化氢和氢腐蚀环境中.低合金钢的材料本体和焊缝硬度值应低于HV245以及图纸要求低于HB220的规定.7检验与过程控制该设备在中压容器中的压力是比较高的.其设计的最高压力达到了9.9MPa.虽然在设计归类中将其划到了二类中压容器的范围.但制造厂在制造和检验中自行提高了验收要求,均按三类压力容器进行制造和验收.8无损检测所有焊接坡口在焊接前进行磁粉检0n.0.JB473094压力容器无损检测标准,确认I级合格后进行焊接.A,B类焊接接头在做X射线检测合格后.补做了超声波检验.未发现超标缺陷.所有插管与筒体的连接焊缝.在筒体内将焊缝磨平后进行超声波检验和磁粉检测.未见缺陷.管板在堆焊后按GB151管壳式换热器标准对复合材料进行着色检测.检测结果为JB4730标准II级合格管头焊缝进行着色检验和0_3MPa的氨渗漏检验9水压试验1)换热管:由于换热管为U型管结构.一旦在试压时发生泄漏将难以更换.换热管在穿管之前进行了12.0MPa的单管水压试验.保压2min.无泄漏的管子才能使用2)设备:该设备在制造完成后.按设计图纸要求分别对管程和壳