加氢反应器的制造

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1、20 07年第28卷增刊化学工业与工 程技术15 9加氢反应器 的制造查永明(南化公司化工机械厂,江苏 南京2 1。 。48 )摘要:加蟹反应器的材料性能 的试脸、筒体和封 头成形、焊 接、热处理 是侧造过程 中的关锐,作 者在成熟 的制造工艺的荃础上提出了一些 个人通过实践总结出的观点。关.甸:材料.筒体和封头制造.焊接,热 处理随着近年来石油化工行业的快速发展,加氢设备的使用呈上升趋势,加氢反应器是加氮装t 的心脏设备,它在高温、高压,临氢条件下操作,且热壁加氢反应器材料性能特殊、结构复杂,因此对其制造质t及性能要求都比较高。加氮反应器采用 的基体材料为A SMESA387系 列。如S A

2、一387Gr2 2C12(2.25Cr一IMo),SA一387GrllC12(1.2 5C r一0.SMo),SA一387Gr12C12(ICr一0.SMo)等。这类材料在制造过程中的壳体成形、焊接、热处理都有着相对严格的要求,对材料的化学成分的控制也是严格 的。多年来,我厂制造了多台加氢及与加氢相关的此类材料的设备,因此积泉了较为丰富的经验。下 面对基体材料为SA38 7Gr22C12(2.25Cr一IMo)的热壁加公反应器的制造进行简介。1原材料的检脸1.1主体材料主体材料采用电炉冶炼,真空脱气法工艺制造生产,供货状态为正火加回火。主体材料(板材)的化学成分应符合表1的规定。衰IS A一3

3、 8 7Gr 22 C U的化举成分(成品)元家C5MnPSc r施岛翻A sN ic u田含t0.170.100.270.630.015(0.0151.952.600.87 1.13(0.0 030.015(0.016(0.200.202x10一S i,Mn,P,Sn元素在设备的制造过程中多次的中间热处理使材料具有较强的回火脆化倾向,所以在化学成分中对其限制( J系数)。J=(51+Mn)(P+Sn)X10(15(%).,:各标准不同,通常s i+Mn(。.1 2%.Sb,Sn,As这些低熔点金属在设备的制造过程中多次的中间热处理中,会在晶粒界析出,也使材料产生脆化,所以在化学成 分中也要对

4、其限制(X系数)。X=(10P+SSb+4Sn+As)/10 020X10一6.,:各标准不 同。1.1.1材料的脆化试验对材料的脆性转变温度的侧定采用阶梯冷却试验(步冷试验)的方法,试样经脆化处理后应满足 下式的要求。V Tr54+3VTr5424或V Tr5 4+2.5VTr5410式中:V Tr 54脆 化处理 前(最小模拟 热处 理Mi n.PWHT后)的恰比冲击功 为5 4)时的对 应温度。VTr 54按阶梯 冷却工艺进行 脆化处理( S.C)后(最小模拟热处理+阶梯冷却后)与处理前的恰比冲击功 为5 4)时,对应温 度的变化t。见图l。. 幼A二B) ) ) ) )J J Jf/俘

5、们t图1恰比冲击功与对应沮度的关系曲找A一步冷前冲击功与试脸泥度的关不曲线.曲线B一步冷后冲击功与试脸沮度的关系曲线。收藕日期:200 7一03一28作者摘介:查水明(1 955一),男,江苏洒阳人,大专,工粗师。160化学工业与工程技术20 07年第28卷增刊图1中曲线A、B通常由8个试验温度点组成,一般取一100, C、一80, C、一60, C、一40, C、一30, C、一1。、o和20。每个温度各取3个恰比冲击试样进行冲击试骏。曲线要求完整,应有上、下平 台值,并记录每个试样的侧 向膨胀量 和 塑性 断口百分率。模拟焊后热处理分为可能达到的最大程度的热处理Ma x.PWHT(设备 在

6、制造过程 中的消应力处理和焊缝返修后的热处理加上焊后热处理的估算,通常定为(690士14), CX 20+2Hr)和最小程度的热处理M试PWHT(设备在制造完毕的所需的焊后热处理,通常定为(690士14), Cx6+Hr)。阶梯冷却试验程序按图2。1.1.2板材机械性能板材机械性能应符合表2.裹2SA一387Gr 22 CI 2板材机械性能项目数值热处理状态仇/MPaa o .:/MPa520685右,%中,%)31519最大模拟热处理最大模拟热处理最大模拟热处理最大棋拟热处理+10AKv/ J最小模拟热处理一30a o.:(3 80)/MPa 殆, 、,二!/ ! 丫“尺52 4弯曲试验(室

7、沮)403个平均值) 6 2.3.1个最低值) 5 0.43个 平均值5 5.2,l个最低值4 824 4d =3口最大模拟热处理最大模拟热处理,h 叫:二 司、蜀矿器316 淤空冷时阔出图2阶梯冷却试验程序冷却速度:5.6/h.2.8/h;28/h.阶梯冷却试验是一个非常复杂的过 程,且要求每张钢板都做,耗费时间和相当的材料,目前有人对此试验的必要 性提出疑 问.笔者认为早期对该材料的脆化机理不 明确,冶炼技术的不完善,当时此项试验是必要的.而现在脆化机理基本明确,并随着冶炼技术的提高,对微t元 素的控制已达到了相当的水平,此项试验是 否必要 需要商榷.我厂对S A38 7类材料进行多次复验

8、,其X系数、J系 数都能满足技 术 条件要求,步冷试验 均合格。1.2坏材1.2.1基体材料所 用焊材手工电弧焊焊条和埋弧自动焊的焊剂/焊丝 为日本神户制钢生产。所用焊条为CMA一10 6N(相当于AWS AS.5 E9 01 6一B3)。埋弧自动焊的焊剂为PF一20 0,焊丝为U S一521(相当于AWS AS.23Fg PZ/EG一B3).对X系数、阶梯冷却试验和机械性能试验与板材一致,对J系数不作要求。1.2.2堆焊层材料加氢反应器筒体、封头内壁堆焊层 的 过渡层和耐蚀层 的埋弧焊焊带和焊剂均由日本宾北制造所生产。过渡层焊带为WEL SUB3ogL,焊剂为WE LSUB F一8。耐蚀 层

9、焊带WEL SUB347L,焊剂为WE LSUBF一7。2层 的厚度不小于(3+3.5)mm。堆焊层熔敷金属化学成分满足表3的要求。裹3堆烽层熔 ,金.化学成分类别3OgL347LN iMON b+Ta51P5Cu(0.0 4簇0.0422。O25。01。02.5018。021。012.014.0(0.50一9.011.0(0.50SXC1.01。02.500.900.040.0 3(0.20(0.90(0.0 40.03(0.20耐蚀层的铁素体含t 必须满足3%一1 0%(根据化学成分按s cha ef f le r图计算),取样位工从过渡层与母材熔合线向上5.56.0mm(也 可以从耐蚀层

10、表面向下2.53.0m m )。加氢反应器各接管 内壁堆焊层所采用 的自动氢弧焊,焊丝为E R30 9L和ER34 7L。内径大于20 0mm的接管采用自动二 氧化碳气体 保护焊,焊丝FCW3ogL T(药芯)和FCW347L T(药芯),保护气体成分为Ar8 0写+Cq2 0%.手工焊 焊条为E309L一16和E347L一16。三 种熔敷金 属化学成分与带极堆焊的相同,耐蚀层 的铁素体含t 和取样位置相同。2007年第2 8卷增刊化 学工业与工程技术16 12筒体、封头成 形2.1筒体成形筒体的制造质量,除保证焊缝的焊接质量外,筒体的圆度和直线度也是其重要 的质t指标。设备的筒体分若干个筒节

11、,而单个筒节的质t控制是确保整个筒体圆度和直线度的前提。为了防止筒体在冷卷过程产生材料脆断,在实际制造中采用中温成形的制造方法。中温成形温度必须低于钢板 的回火温度,且有不小于4 0的裕度。一般1.2 5Cr一0.SM。的钢板中温成形 温度不高于64 0,2.2 5Cr一1.OM。钢板中温成形温度不高于65 0。经中温成形的筒体并不影 响其力学性能,不需要重新进行正火加回火热处理。在筒节制造过程中,要求对下列情形进行严格控制:(1 )筒节下料时应考虑长度方向加放焊接收缩余量,各筒节高度之和应尽可能接近筒体长度允许的 正偏差;(2 )筒节下料时应使用 经计量合格的同一盘卷尺。筒体下料采用数控切割

12、机,保证尺寸的精确;(3 )筒节纵缝合拢后同一端面 上最大内径与最小内径之差不大于smm.筒节的棱角度 不大于sm m;筒节 的A类焊缝对口错边 t 不 大 于2.4mm,B类焊缝对口错边t不大于6mm;(4)在整个焊接过程中应自始 自终保持工件温度不低于2 00 (包括其间的清根、热态磁粉探伤过程),如因特殊情况 必须中断焊接过程,则工件必须立 即进炉保温 进行回火热处理。在以上工序中主要控制筒节的直径偏差、圆度偏差以及筒节端面 预轴线的垂直度偏差,然后将各个筒节组对焊接成筒体。筒体的装配过程 中主要控制环焊缝的错边t、相邻筒节 的直线度,从而保证设备合拢后筒体的直线度。2.2封头成形热壁加

13、氢反应器的封头形状通常是球形封头 的一部分,是一个球冠。整体厚壁球形封头采用热冲压 成形。封头坯料必须为一张整板,不允许存在拼接焊缝。特别强调,不允许带焊缝的封头进行热加工。封头热冲压后 进行正火(必要 时允许进行加速冷却)加回火 热处理。母材热 处理验证试板应同炉热处理。试板的试验项目和要求与母材完全相 同。大直径的封头也可以由成形 的瓣片和顶圆拼接而成。如瓣片、顶圆采取热冲压成形,则同样需要进行正火(必要 时允许进行加速冷却)加回火热处理。3焊接3.1反应器纵、环缝的坏接3.1.1反应器纵、环缝的坡口形式见图3。纵、环缝坡口3.1.2焊接工艺纵焊缝采用 埋 弧自动焊,预热1 8020 0,

14、里口满焊,外口清根,然 后外口满焊。考虑焊 后筒要进行校 圆,焊后立即进行消应力处理。无损检验在热处理后进行。环焊缝里口采用手工 电弧焊,外口采用窄间隙埋弧自动焊,预热1 8020 0。焊后 立 即进行消应力处理或消氢处理。无损检验在热处理后进行。以上焊接层间温度小于 或等于30 0。每层焊道 的厚度不大于3mm.在试验中通过金相检查发现,如果大于3mm,下 一层 焊道对前一层的相 当,与正火热处理的程度不够,前一层焊道的部分晶粒粗大,并且截取这部分进行冲击试验,其冲击韧性有所降低。特别是 焊 道厚度达到sm m以上的冲击韧性的降低非常明显。所以在焊接过程 中对焊接规范要有严格 的控制,且焊丝

15、与坡口的侧壁距离也要适 中。最终的盖面层 要采用回火焊道的处理方法。3.2反应器 内壁堆 坪3.2.1过渡层 的堆焊筒体预热8 0一1 00,预热温度不宜过高,否则会增加母材的稀释率。过渡层堆焊时的层间温度不大于 1 50。堆焊完过渡层后进行消应力处理。笔者在有关资料上看到在SA一3 87Gr2 1CI 2(3Cr一IMo)上堆焊完过渡层后 只做温度为20 025 0,保温Zh的后 热 处理。热处 理后对 过 渡 层 进行超声 波 探伤和粉色探伤。3.2.2耐蚀层 的堆焊耐蚀层的堆焊 不需要 预热。堆焊时的层 间温度不大于 1 5。16 2化学工业与工程技术2 00 7年第28卷增刊堆焊完毕层

16、进行超声波探伤和着色探伤。并采用机械方法采取化学分析试样。3.2.3堆焊工艺堆焊过程 中对焊带的伸出长度、焊剂的硬盖厚度、焊接规范、每道焊道的搭界t进行控制。使用宽度等于6 0mm的焊带推荐采用磁控装工,大于6 0m m必须采用。这样可以得到良好的焊道成形(见图4 ),脱渣好,在焊第二道时不易产生咬边、夹渣和未熔合。砚氮而蔽称.无盆往哪燕而蔽苏流勿有口往图4不加磁控和加磁控的焊道成形4热处理4.1中间热 处理对于Cr一M。钢材料要求焊后立 即热处理.但不同的情况 可以有不同的热处理。对于板焊结构筒节的纵焊缝,焊后还需要校圆,因此焊后必须进行消应力热处理。否则焊缝的应力很大,校回困难,而且很可能在热影响区和焊缝出现断裂。对于筒节组对后的环焊缝,做消氮处理就可以。对于内壁堆焊后 的过渡层,现场做20 025 0的后热处理。对于接管与筒节的焊缝,在筒节壁厚较薄的情况下,做消氢处理是可行的,但在筒节壁厚较大的情况下仍然应做消应力热处理,因为结