CN113373293B - 大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法 - Google Patents

大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法，对基体的腐蚀区依次进行以下步骤：(1)对腐蚀区进行消氢；(2)清理腐蚀区；(3)打磨腐蚀区后进行初次检测；(4)初次施焊后形成过渡层，对过渡层进行消氢；(5)打磨过渡层后进行再次检测，然后进行施焊；(6)打磨耐腐蚀层后进行第三次检测；(7)焊后热处理。本发明的优点是：利用电磁感应加热方式及其加热特点提高了加热效率，减少了局部热处理的工艺准备时间，不仅节能环保而且高效安全，解决了陶瓷片电阻焊后局部热处理加热工艺准备时间长、能量利用率低等缺点。

Description

大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法
技术领域
本发明涉及一种大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法，属于大型化工装备腐蚀区修复焊接热处理技术领域。
背景技术
大型化工装备炼油炼化的加氢反应器、精制反应器、催化裂化馏塔器可以统称为加氢反应器，按制造分类为锻焊式，壳体厚度≥200mm，板焊式＜200mm，二十一世纪初因壳体材质、焊材制造工艺技术，壳体厚度薄出现腐蚀区而造成材质失效，发生泄漏、爆炸等重大安全事故，因而在检修中一旦出现腐蚀区只有修复腐蚀区或更换加氢反应器。
加氢反应器现场为立式，高度在十几米以上，工况复杂，修复腐蚀区无法采用制造过程中传统的加热炉进行焊接热处理，只有采用电阻式(陶瓷片)加热配合修复工艺的焊接热处理。电阻式加热的传统方式为热辐射，对于壳体厚度≥120mm加氢反应器，加热时间长、均温性差，对于壳体厚度≥180mm以上的加氢反应器在壳体外壁单面加热无法实现焊后热处理的温度要求(705℃±14℃)和均温区要求，只能实现400℃左右加热要求，尤其是壳体厚度方向的均温区要求，随着化工装备技术的发展，加氢反应器壳体材质、厚度的技术创新达到360mm，要实现腐蚀区补焊修复的质量要求，要进行大量厚壁工件的均温性试验、评定，以完善加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理工艺方法。
传统修复腐蚀区焊接热处理工艺方法，采用电阻式、陶瓷片加热工艺，流程为：
1、预热150℃；2、腐蚀区修复(碳弧气刨，焊接)；3、消氢：250℃～350℃；4、探伤。常规的热处理工艺不能完全解决加氢反应器腐蚀区的修复，因为2.25Cr-1Mo-0.25V钢制加氢反应器始终处于高温、高压环境下，操作介质包括了氢、硫化氢、Cl等，极为苛刻，稍有不慎，其内壁堆焊层易被腐蚀。针对出现的腐蚀问题，必须采取必要的工艺，才能保证返修质量。基于这样一背景，本发明研究了一种适合于大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接的热处理新工艺。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法，本发明的技术方案是：
一种大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法，对基体的腐蚀区依次进行以下步骤：
(1)对腐蚀区进行消氢；
(2)清理腐蚀区；
(3)打磨腐蚀区后进行初次检测；
(4)初次施焊后形成过渡层，对过渡层进行消氢；
(5)打磨过渡层后进行再次检测，然后进行施焊；
(6)打磨耐腐蚀层后进行第三次检测；
(7)焊后热处理。
所述的步骤(1)具体为：采用感应加热对返修区域进行消氢处理，加热温度为300℃～350℃，保温24小时；当反应器长期处在含氢的环境中时，易吸附氢，若在氢的环境中施焊，焊接时易导致开裂，在返修前进行消氢处理以避免焊接开裂。
所述的步骤(2)具体为：当消氢完毕后，将加热温度降至160℃～150℃然后采用碳弧气刨工艺进行清理腐蚀区的缺陷；该加热温度处于150℃时，使加热温度始终处在基体预热温度之上，改善材料的淬硬倾向。
所述的步骤(3)具体为：再次将加热温度升至300～350℃，并保温4小时后热缓冷，对腐蚀区进行打磨后，按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测。
所述的步骤(4)具体为：对基体的预热不低于150℃时进行过渡层的补焊，控制层间温度在150℃至200℃范围之间，焊接至距离基体的表层3.5±2mm停止施焊，对焊接部位进行消氢处理，消氢温度300℃～350℃、保温4小时；既实现了堆焊耐蚀层时不会因异种钢之间的焊接出现裂纹，又不会在基体受热过程出现冷裂纹。
所述的步骤(5)具体为：打磨过渡层后按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测，然后进行施焊，其中，堆焊控制层间温度不得高于100℃，焊接至与基体其他部位的耐蚀层齐平时停止施焊，所述的耐蚀层不会出现高温停留，防止热裂纹的产生，使得耐蚀层铁素体数处在3～10FN之间，不会生成脆化相，进而影响抗腐蚀能力。
所述的步骤(6)具体为：打磨耐蚀层表面，并按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测；对堆焊层结合面及堆焊内部进行UT检测，按照NB/T47013.3-2015标准，I级合格，确保堆焊层质量满足实际使用要求。
所述的步骤(7)具体为：焊后热处理的温度为705±14℃，保温8小时，改善基体的基层与堆焊层之间结合面质量，降低硬度，保证了抗氢剥离的能力。
本发明的优点是：利用电磁感应加热方式及其加热特点提高了加热效率，减少了局部热处理的工艺准备时间，不仅节能环保而且高效安全，解决了陶瓷片电阻焊后局部热处理加热工艺准备时间长、能量利用率低等缺点，该发明工艺、工序严谨，对均温区的有效控制，成功避免了修复过程中出现裂纹等质量缺陷，不仅缩短了修复工程的时间，也延长了加氢反应器的在役寿命。
附图说明
图1为基体不同深度测温点温度随时间的变化曲线。
图2为基体合拢缝12点钟方位焊缝中心及距焊缝中心65mm处内外壁温度随时间变化的温度曲线。
图3为不同时刻基体合拢缝内外壁温度随轴向距离的变化曲线。
图4为本发明热处理前后的硬度数值比较表。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：一种大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法，对基体的腐蚀区依次进行以下步骤：
(1)对腐蚀区进行消氢；
(2)清理腐蚀区；
(3)打磨腐蚀区后进行初次检测；
(4)初次施焊后形成过渡层，对过渡层进行消氢；
(5)打磨过渡层后进行再次检测，然后进行施焊；
(6)打磨耐腐蚀层后进行第三次检测；
(7)焊后热处理。
所述的步骤(1)具体为：采用感应加热对返修区域进行消氢处理，加热温度为300℃保温24小时；当反应器长期处在含氢的环境中时，易吸附氢，若在氢的环境中施焊，焊接时易导致开裂，在返修前进行消氢处理以避免焊接开裂。
所述的步骤(2)具体为：当消氢完毕后，将加热温度降至160℃时，然后采用碳弧气刨工艺进行清理腐蚀区的缺陷；该加热温度处于150℃时，使加热温度始终处在基体预热温度之上，改善材料的淬硬倾向。
所述的步骤(3)具体为：再次将加热温度升至300℃，并保温4小时后热缓冷，对腐蚀区进行打磨后，按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测。
所述的步骤(4)具体为：对基体的预热不低于150℃时进行过渡层的补焊，控制层间温度在150℃范围之间，焊接至距离基体的表层3.5±2mm停止施焊，对焊接部位进行消氢处理，消氢温度300℃、保温4小时；既实现了堆焊耐蚀层时不会因异种钢之间的焊接出现裂纹，又不会在基体受热过程出现冷裂纹。
所述的步骤(5)具体为：打磨过渡层后按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测，然后进行施焊，其中，堆焊控制层间温度不得高于100℃，焊接至与基体其他部位的耐蚀层齐平时停止施焊，所述的耐蚀层不会出现高温停留，防止热裂纹的产生，使得耐蚀层铁素体数处在3FN，不会生成脆化相，进而影响抗腐蚀能力。
所述的步骤(6)具体为：打磨耐蚀层表面，并按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测；对堆焊层结合面及堆焊内部进行UT检测，按照NB/T47013.3-2015标准，I级合格，确保堆焊层质量满足实际使用要求。
所述的步骤(7)具体为：焊后热处理的温度为691℃，保温8小时，改善基体的基层与堆焊层之间结合面质量，降低硬度，保证了抗氢剥离的能力。
实施例2：一种大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法，对基体的腐蚀区依次进行以下步骤：
(1)对腐蚀区进行消氢；
(2)清理腐蚀区；
(3)打磨腐蚀区后进行初次检测；
(4)初次施焊后形成过渡层，对过渡层进行消氢；
(5)打磨过渡层后进行再次检测，然后进行施焊；
(6)打磨耐腐蚀层后进行第三次检测；
(7)焊后热处理。
所述的步骤(1)具体为：采用感应加热对返修区域进行消氢处理，加热温度为320℃，保温24小时；当反应器长期处在含氢的环境中时，易吸附氢，若在氢的环境中施焊，焊接时易导致开裂，在返修前进行消氢处理以避免焊接开裂。
所述的步骤(2)具体为：当消氢完毕后，将加热温度降至155℃时，然后采用碳弧气刨工艺进行清理腐蚀区的缺陷；该加热温度处于150℃时，使加热温度始终处在基体预热温度之上，改善材料的淬硬倾向。
所述的步骤(3)具体为：再次将加热温度升至320℃，并保温4小时后热缓冷，对腐蚀区进行打磨后，按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测。
所述的步骤(4)具体为：对基体的预热不低于150℃时进行过渡层的补焊，控制层间温度在180℃范围之间，焊接至距离基体的表层3.5±2mm停止施焊，对焊接部位进行消氢处理，消氢温度330℃、保温4小时；既实现了堆焊耐蚀层时不会因异种钢之间的焊接出现裂纹，又不会在基体受热过程出现冷裂纹。
所述的步骤(5)具体为：打磨过渡层后按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测，然后进行施焊，其中，堆焊控制层间温度不得高于100℃，焊接至与基体其他部位的耐蚀层齐平时停止施焊，所述的耐蚀层不会出现高温停留，防止热裂纹的产生，使得耐蚀层铁素体数处在8FN，不会生成脆化相，进而影响抗腐蚀能力。
所述的步骤(6)具体为：打磨耐蚀层表面，并按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测；对堆焊层结合面及堆焊内部进行UT检测，按照NB/T47013.3-2015标准，I级合格，确保堆焊层质量满足实际使用要求。
所述的步骤(7)具体为：焊后热处理的温度为705℃，保温8小时，改善基体的基层与堆焊层之间结合面质量，降低硬度，保证了抗氢剥离的能力。
实施例3：一种大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法，对基体的腐蚀区依次进行以下步骤：
(1)对腐蚀区进行消氢；
(2)清理腐蚀区；
(3)打磨腐蚀区后进行初次检测；
(4)初次施焊后形成过渡层，对过渡层进行消氢；
(5)打磨过渡层后进行再次检测，然后进行施焊；
(6)打磨耐腐蚀层后进行第三次检测；
(7)焊后热处理。
所述的步骤(1)具体为：采用感应加热对返修区域进行消氢处理，加热温度为350℃，保温24小时；当反应器长期处在含氢的环境中时，易吸附氢，若在氢的环境中施焊，焊接时易导致开裂，在返修前进行消氢处理以避免焊接开裂。
所述的步骤(2)具体为：当消氢完毕后，将加热温度降至150℃时，然后采用碳弧气刨工艺进行清理腐蚀区的缺陷；该加热温度处于150℃时，使加热温度始终处在基体预热温度之上，改善材料的淬硬倾向。
所述的步骤(3)具体为：再次将加热温度升至350℃，并保温4小时后热缓冷，对腐蚀区进行打磨后，按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测。
所述的步骤(4)具体为：对基体的预热不低于150℃时进行过渡层的补焊，控制层间温度在200℃范围之间，焊接至距离基体的表层3.5±2mm停止施焊，对焊接部位进行消氢处理，消氢温度350℃、保温4小时；既实现了堆焊耐蚀层时不会因异种钢之间的焊接出现裂纹，又不会在基体受热过程出现冷裂纹。
所述的步骤(5)具体为：打磨过渡层后按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测，然后进行施焊，其中，堆焊控制层间温度不得高于100℃，焊接至与基体其他部位的耐蚀层齐平时停止施焊，所述的耐蚀层不会出现高温停留，防止热裂纹的产生，使得耐蚀层铁素体数处在10FN，不会生成脆化相，进而影响抗腐蚀能力。
所述的步骤(6)具体为：打磨耐蚀层表面，并按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测；对堆焊层结合面及堆焊内部进行UT检测，按照NB/T47013.3-2015标准，I级合格，确保堆焊层质量满足实际使用要求。
所述的步骤(7)具体为：焊后热处理的温度为719℃，保温8小时，改善基体的基层与堆焊层之间结合面质量，降低硬度，保证了抗氢剥离的能力。
基于本申请的实施例1至实施例3，参考图1至图4，本申请的修复工艺的焊接热处理工艺方法，采用电磁感应加热，升降温速率均温区温差满足材质和工艺要求，确保修复过程中不出现裂纹等质量问题，最终焊后热处理硬度结果合格，符合国标要求。
由于大型化工装备加氢反应器对应力腐蚀开裂、临氢环境和对残余应力有严格要求，修复腐蚀区的第一道消氢和焊后热处理，在基体厚度≥160mm以上，采用电磁感应加热和修复焊接热处理的工艺方法，能实现焊接热处理的均温区、层间温度、升温速率控制的关键技术难关要求，满足热处理工艺参数范围要求，保障反应器的在役寿命。
厚板感应加热均温性试验和壳体焊后热处理试验温度场分析，采用电磁感应加热进行腐蚀区修复焊接热处理的工艺参数：
加热区宽度＝h+5δ；均温区宽度＝h+100mm；保温区宽度＝2h+10δ；其中，h为腐蚀区宽度，δ为反应器壳体厚度。
加氢反应器涵盖材料：2.25Cr-1Mo-0.25V、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr2Mo1VR、Q345R、16MnDR(-40℃)、09MnNiDR(-70℃)、08MiDR等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法，其特征在于，对基体的腐蚀区依次进行以下步骤：
(1)对腐蚀区进行消氢；
(2)清理腐蚀区；
(3)打磨腐蚀区后进行初次检测；
(4)初次施焊后形成过渡层，对过渡层进行消氢；
(5)打磨过渡层后进行再次检测，然后进行施焊；
(6)打磨耐腐蚀层后进行第三次检测；
(7)焊后热处理；
所述的步骤(1)具体为：采用感应加热对返修区域进行消氢处理，加热温度为300℃～350℃，保温24小时；当反应器长期处在含氢的环境中时，易吸附氢，若在氢的环境中施焊，焊接时易导致开裂，在返修前进行消氢处理以避免焊接开裂；
所述的步骤(2)具体为：当消氢完毕后，将加热温度降至160℃～150℃然后采用碳弧气刨工艺进行清理腐蚀区的缺陷；该加热温度处于150℃时，使加热温度始终处在基体预热温度之上，改善材料的淬硬倾向；
所述的步骤(3)具体为：再次将加热温度升至300～350℃，并保温4小时后热缓冷，对腐蚀区进行打磨后，按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测；
所述的步骤(4)具体为：对基体的预热不低于150℃时进行过渡层的补焊，控制层间温度在150℃至200℃范围之间，焊接至距离基体的表层3.5±2mm停止施焊，对焊接部位进行消氢处理，消氢温度300℃～350℃、保温4小时；既实现了堆焊耐蚀层时不会因异种钢之间的焊接出现裂纹，又不会在基体受热过程出现冷裂纹；采用电磁感应加热进行腐蚀区修复焊接热处理的工艺参数：加热区宽度＝h+5δ；均温区宽度＝h+100mm；保温区宽度＝2h+10δ；其中，h为腐蚀区宽度，δ为反应器壳体厚度。
2.根据权利要求1所述的一种大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法，其特征在于，所述的步骤(5)具体为：打磨过渡层后按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测，然后进行施焊，其中，堆焊控制层间温度不得高于100℃，焊接至与基体其他部位的耐蚀层齐平时停止施焊，所述的耐蚀层不会出现高温停留，防止热裂纹的产生，使得耐蚀层铁素体数处在3～10FN之间，不会生成脆化相，进而影响抗腐蚀能力。
3.根据权利要求2所述的一种大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法，其特征在于，所述的步骤(6)具体为：打磨耐蚀层表面，并按照NB/T47013.5-2015标准进行PT检测；对堆焊层结合面及堆焊内部进行UT检测，按照NB/T47013.3-2015标准，I级合格，确保堆焊层质量满足实际使用要求。
4.根据权利要求3所述的一种大型化工装备加氢反应器内壁腐蚀区修复焊接热处理方法，其特征在于，所述的步骤(7)具体为：焊后热处理的温度为705±14℃，保温8小时，改善基体的基层与堆焊层之间结合面质量，降低硬度，保证了抗氢剥离的能力。
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