裂解炉清焦弯头的焊接

1、裂解炉清焦弯头的焊接1. 简介乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备， 主要作用是把天然 气、炼厂气、原油及石脑油等各类原材料加工成裂解气，并提供 给其它乙烯装置，最终加工成乙烯、丙烯及各种副产品。在线清 焦过程中， 打开空气管线与炉管的阀门， 烧焦空气进入裂解炉管 并与稀释蒸汽混合， 空气中氧气和焦炭发生反应， 从而逐步清除 炉管内和废热锅炉中的焦炭。图一 烯烃装置裂解炉2. 施工要点在这次检修时发现清焦管线的好多弯头在清焦是冲刷减薄， 破漏，好多还打补丁，清焦弯头破漏是装置普遍存在的一个问题， 为此经烯烃车间决定对清焦管线弯头进行部分更换。 结合施工图 纸及资料， 为了解决实际施工中存在的困难

2、， 就要依据以下要点 进行施工。2.1 可焊性分析清焦弯头，材质为l5CrMo钢，规格为DN377410MPa和抗氧化性，由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素，钢材的淬硬倾向较明显，焊接性差。其碳当量 （ 按国际焊接协会 IIW 推荐的公式 ）:CE=C+=0.545%根据经验：当 CE0.4% 时，焊接接头淬硬倾向大，可能出 现冷裂纹.而15CrMo钢的CE值达0.545 %，故15CrMo钢的淬 硬倾向大，焊接性差，而且当 CE0.5%寸，钢材易淬硬，表明焊 接性已变差， 焊接时需预热才能防止裂纹， 且随管厚的增大预热 温度要相应提高。综上所述，我们可以总结出 15CrMo钢在焊接

3、时具有以下特 点：八、（1）淬硬性 钢的淬硬性取决于它的碳含量及合金成分含量。 15CrMo钢中的主要合金元素铬和铝都能显著提高钢的淬硬性。 特别是钼的作用，比铬约大 50倍。这些合金元素推迟了钢在冷 却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性。（2）消除应力处理裂纹倾向 15CrMo 钢焊接接头消除应力 裂纹倾向主要取决于钢中碳化物形成元素的特性及含量， 它常产 生于焊接热影响区的粗晶段。这种裂纹一般在500700 C温度范围内形成。 采用焊前预热和焊后合理的热处理工艺， 避免在敏 感温度区停留时间过长就能防止裂纹的产生。回火脆性 回火脆性指钢材及其焊接接头在350500C 温度区域长期运行过

4、程中发生剧烈脆变的现象。因此15CrMo钢焊接时，焊接材料的选择和严格的工艺措施， 对于防止裂纹，保证使用性能至关重要。焊接工艺选择为了保证焊缝性能与母材匹配，具有必要的热强性， 而珠光体耐热钢的焊缝成分应与母材相近，这与其它合金钢不同。 珠光体耐热钢焊接材料的选择原则是： 焊缝金属的合金成分及使用温 度下的强度应与母材相应的指标一致， 或应达到产品技术条件提 出的最低性能指标。 焊件如焊后需经退火、 正火或热成形等热处 理，应选择合金成分或强度级别较高的焊接材料， 一般选用珠光 体耐热钢焊条或焊丝进行焊接。针对15CrMo钢的焊接性以及现场大油气管道的工作特点， 根据以往的经验， 参照中油二

5、建技术部提供的焊接工艺卡， 我们 选择的焊接方案如下：焊前预热，采用H13CrMoA焊丝，T1G焊打底，R307焊条， 焊条电弧填充盖面，焊后进行局部热处理。现场施焊步骤1. 焊前准备(1) 焊前用角向磨光机切割管道坡口，为了防止切割边缘开 裂，要用对切割边缘进行机械加工。坡口应符合要求，坡面与径 向角度为30-35,钝边1-2mm端面不平度为管外径的1 %,且不大于 2mm。图四 坡口形式焊缝对口间隙1.5-2.5mm,坡口内外表面20mm内不得有油 污、铁锈、水迹、氧化皮等。管道预制时管线坡口形式见下表。表 管线坡口形式 （2）控制焊接材料的含水量是裂纹的主要措施之一，而珠 光体耐热钢所用

6、的焊条和焊丝都容易吸潮。 所以在施焊前应按规 定对焊条和焊丝进行保存和烘干。R307型焊条为低氢型碱性药皮焊条，容易吸潮，而焊接材 料中的水分是焊接气氛的主要氢源。 氢是焊缝产生延迟裂纹的有 害化学元素， 因此焊条在使用前必须按规定的制度烘干， 且随用 随取。R307焊条烘干制度如表：2. 施焊过程（1）凡参加管道焊接的焊工应有相应焊接项目的合格证， 持有并熟悉管材施焊必须有的焊接工艺评定和焊接工艺说明书。（2）铬钼钢施工材料需做光谱分析、预热、控制层间温度、 后热、焊缝检测、 热处理， 打硬度等， 工序复杂增加了施工难度。（ 3 ）所有管线均采用氩电联焊 , 即氩弧焊打底和手工电弧焊 盖面。

7、TIG 焊用于管道生产可以实现单面焊双面成形， 但当母材 Cr 的质量分数超过 3%时，焊缝背面应通氩气保护，以改善成形，防止焊缝表面氧化。在焊接15CrMo必须向焊接区吹送Ar等保护 气体，以保证接头的致密性。具体施焊方法如图所示：充氩示意图 经过现场加工制作出了可以在管道中移动的通氩密封件， 该 加工件由两块钢板与一钢筋焊接而成， 而且在两端套上两片 50mm 的海绵垫进行密封。 它的工作原理是： 焊接过程中根据施焊部位 的移动， 在管道内推动该加工件到焊口两端， 通过海绵垫的密封 作用防止管道内风的窜入从而起到了对充氩的保护。 通氩气时要 保护好通氩气的管子， 不要使管子从海面垫中脱开。

8、 在内管焊口 两侧放好充氩保护设施，充氩 10 分钟，并对焊口进行预热，预 热温度200250C，然后开始焊接。由于管线较长，平均每个 焊口焊前充氩 10 分钟，焊接 40 分钟。（4）焊前预热是防止钢材在焊接时产生冷裂纹和消除应力 裂纹的有效措施之一。 对于预热的温度选择应依据刚才中的合金 含量而定。对于15CrM o钢管根据管壁的厚度选择预热温度，一 般预热温度在150300 C之间，并控制焊接的层间温度在预热 温度以上。预热温度过高，在最终组织中易形成马氏体组织；在 焊接时如果氢含量过高，就易形成焊接头裂纹。图 预热热处理工艺 为防止接头裂纹的产生一般采取在焊后立即进行低温后热 处理。可

9、基本消除焊缝中的扩散氢，保证接头质量，这种处理也 成为消氢处理。消氢处理温度一般在300350 Co图 焊后后热处理工艺施工时严格按程序进行，不得在其它管线和设备上打 火，地线必须接到动火部位。在下列任何一种焊接环境，如不采 取有效的防护措施，不得进行焊接：雨天；手工焊时风速超过 8 米/ 秒，氩弧焊风速超过 2 米 / 秒； 焊接环境气温低于5C。焊接时是需要隔绝空气的。 因为会造成金属氧化。 气体保护 焊是用惰性气体隔绝空气， 有风就会把惰性气体吹走达不到保护 的目的。 考虑到苏丹当地的气候多风沙， 因此要做好现场防风工 作，具体做法是现场施焊时，在焊接部位搭设2X 2X2防风棚，并且跟随

10、焊工进行移位，做到实时防风的效果。防风棚结构图(6) 15CrM o钢的热处理15CrM o是珠光体耐热钢，珠光体耐热钢焊接时，为了防止 冷裂纹和消除热影响区硬化现象， 焊后制定合理的热处理方案是 十分关键的。焊后热处理不仅能消除焊接过程中产生的焊接残余应力， 而 且更重要的是能改善母材的组织， 提高街头的综合力学性能。 同 时也能提高焊接接头的高温蠕变强度和组织稳定性， 降低焊缝及 热影响区的硬度。针对耐热钢具有产生再热裂纹倾向的特性， 焊道完成后立 即进行热处理，然后进行 RT探伤。热处理采用电加热法进行， 用热电偶进行测温， 用温控仪 进行自动控制和记录。 热处理加热范围为焊道两侧各不少

11、于焊缝 宽度的三倍且不少于 25mm加热区域以外的100 500mm范围内 予以保温。管段两端应封闭。热处理完毕后进行 RT检测。若焊完后不能立即进行热处 理时，先进行RT检测，焊道热处理后必须再进行一次 RT检测， 防止再热裂纹漏检。焊后热处理工艺曲线如下：图 热处理曲线耐热钢焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力， 更重要 的是改善焊接区组织和提高接头的综合力学性能， 包括提高接头 的高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝及热影响区硬度等。热处理后的检查在热处理后的焊缝、 热影响区及附近母材各取一点测定硬度 值。抽检数量不少于热处理焊口总数的2且不少于 1 处。热处理后焊缝的硬度值，一般不超过

12、母材标准布氏硬度值HB加100且不得超过下列规范要求：铬钼钢HBC 270热处理的防风防雨措施热处理过程中， 要错过雨天， 处理过程中在焊缝周围环境搭 设防雨棚以防受雨影响； 在迎风面搭设防风棚， 以减少风力对热 处理的影响。（7）管线无损检测。当管道的公称直径等于或大于 500mm寸，其焊接接头射线 检测的百分率， 应按每个焊接接头的焊缝的长度计算。 根据规范 对管道所有焊口进行 100%R，T 结果满足 II 级合格。对于15CrMo钢淬硬倾向大，为防治裂纹缺陷，焊后24小 寸才可进行 RT。3.结束语经检测管道所有焊缝均合格， 母材、 焊缝及热影响区硬度 皆符合管道安装标准的要求。烯烃装置裂解炉清焦弯头更换按上述施工方法施工后，装置运行一切正常 , 情况证明施工过程中采用了正确的施工工艺， 严格遵守了科学的质量控制措施。 无论是施工质量还是工程进度 均受到了各方的好评， 同寸也为本公司今后承接同类工程积累了 经验。清焦弯头的焊接及安装作业一般都在室外 , 甚至经常是高 空作业 , 环境条件较差 , 质量控