張龍習(xí)

（東營市特種設(shè)備檢驗(yàn)所)

渣油加氫反應(yīng)器（以下簡稱“反應(yīng)器”）是煉油企業(yè)的核心設(shè)備之一，通常在高溫、高壓、臨氫以及硫和硫化氫介質(zhì)條件下使用。渣油加氫反應(yīng)器在使用過程中易出現(xiàn)氫腐蝕、氫脆、高溫高壓硫化氫腐蝕、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂、堆焊層剝離、Cr-Mo鋼的回火脆性破壞等問題。因此，反應(yīng)器在制造過程中有許多特殊要求。本文對制造過程中的材料質(zhì)量控制、焊接工藝評定、鐵素體含量控制、無損檢測、熱處理等方面的特殊技術(shù)要求進(jìn)行了介紹。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式

1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)介質(zhì)為油、油氣、H2、H2S，設(shè)計(jì)壓力20.4 MPa，設(shè)計(jì)溫度454℃，容器內(nèi)徑3700 mm，容器高 （長）22676 mm，殼體質(zhì)量335 t，設(shè)計(jì)使用壽命20年。

1.2 結(jié)構(gòu)形式

該反應(yīng)器是單層結(jié)構(gòu)，由球形封頭、筒體過渡段和直筒節(jié)組成。球形封頭由12Cr2Mo1VR鋼板熱壓成型，厚度134 mm。筒體由6個整體鍛制的直筒節(jié)和兩個筒體過渡段通過環(huán)焊縫相焊而成，筒體材料是12Cr2Mo1V，Ⅳ級鍛件，厚度222 mm。容器內(nèi)壁堆焊耐蝕層，耐蝕層均采用雙層堆焊，過渡層為E309L，復(fù)層為E347，耐蝕層總厚度不小于7.5 mm。

2 回火脆化傾向評定試驗(yàn)

2.1 主體材料回火脆化傾向評定試驗(yàn)

主體材料包括封頭、筒體過渡段、每個筒節(jié)及人孔法蘭、人孔蓋等。主體材料應(yīng)進(jìn)行回火脆化傾向評定試驗(yàn)，即階梯冷卻試驗(yàn)，其夏比沖擊功和試驗(yàn)溫度應(yīng)滿足式 （1）的要求。

式中TV——在最小模擬熱處理前，對試件進(jìn)行夏比沖擊且吸收功為54 J時對應(yīng)的試驗(yàn)溫度，℃；

T1——經(jīng)最小模擬熱處理和階梯冷卻后對試件進(jìn)行夏比沖擊，吸收功為54 J時對應(yīng)的試驗(yàn)溫度，℃；

T2——經(jīng)最小模擬熱處理后對試件進(jìn)行夏比沖擊，吸收功為54 J時對應(yīng)的試驗(yàn)溫度，℃。

試驗(yàn)應(yīng)在8個不同的溫度條件下進(jìn)行，但是必須包括-30℃，其余試驗(yàn)溫度應(yīng)恰當(dāng)選擇。

分別對每個筒節(jié)、筒節(jié)過渡段、球形封頭及人孔蓋、人孔法蘭等部件進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算可知，TV+3.0（T1-T2）值在-63～-45℃范圍內(nèi)。

2.2 主體材料的焊接材料回火脆化傾向評定試驗(yàn)

用于主體材料的焊接材料，應(yīng)保證采用各種焊接工藝成型的焊接接頭回火脆化傾向性評定試驗(yàn)滿足式 （1） 的要求。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算可知，TV+3.0（T1-T2）值在-20.1～-9.9℃范圍內(nèi)。

3 化學(xué)成分含量控制

3.1 主體材料的化學(xué)成分含量控制

主體材料的回火脆化敏感性系數(shù)J應(yīng)符合式（2）、式 （3） 的規(guī)定：

式 （2）、式 （3）中元素以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量代入。

系數(shù)J反映了材料回火脆化傾向的大小程度，J越大，脆化傾向就越大。

對主體材料化學(xué)成分進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)，其系數(shù)J≤100，P+Sn≤0.012%。部分主體材料的系數(shù)J和P+Sn值如表1所示。

3.2 焊接接頭金屬化學(xué)成分含量控制

應(yīng)對所有承壓部件之間的焊接接頭、殼體與裙座之間的焊接接頭進(jìn)行化學(xué)成分分析，其熔敷金屬的化學(xué)成分應(yīng)滿足式（4）、式（5）、式（6）的要求。

表1 部分主體材料的系數(shù)J和P+Sn值

式 （4）中的元素以含量的質(zhì)量分率×10-6代入，式（5）、 式（6）中元素以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量代入。

X是反映材料中有害元素總量對材料回火脆化傾向影響程度的系數(shù)，X越大，影響就越大。

對焊接接頭熔敷金屬化學(xué)成分含量進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)，按復(fù)驗(yàn)值計(jì)算上述各項(xiàng)數(shù)據(jù)，均在允許的范圍內(nèi)。對批號為G403001的焊絲成型的焊接接頭熔敷金屬化學(xué)成分進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)，其系數(shù)X=9.8×10-6≤15×10-6， Si+Mn=1.02%≤1.10%， Cu=0.10%≤0.20%，Ni=0.003%≤0.20%。

4 非金屬夾雜物

4.1 主體材料中非金屬夾雜物要求

按GB 10561《鋼中非金屬夾雜物含量的測定——標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法》規(guī)定，評定主體材料中非金屬夾雜物A類 （硫化物類型）、B類 （氧化物類型）、D類 （球狀氧化物類型）、DS類 （單顆粒球狀物）均不得大于1.5級，且應(yīng)滿足A+C≤2.0，B+D+DS≤2.0， 總數(shù) A+B+C+D+DS≤4。

4.2 實(shí)測結(jié)果

主體材料中非金屬夾雜物A類、B類、D類、DS類均小于1.0級，且總數(shù)A+B+C+D+DS均小于4。表2為部分主體材料夾雜物檢測結(jié)果。

表2 部分主體材料夾雜物檢測結(jié)果

5 焊接工藝評定

在產(chǎn)品正式施焊前，應(yīng)按照NB/T 47014《承壓設(shè)備焊接工藝評定》和設(shè)計(jì)技術(shù)條件進(jìn)行焊接工藝評定。同時，還須進(jìn)行焊縫金屬的化學(xué)成分分析、高溫拉伸試驗(yàn)、回火脆化傾向性評定試驗(yàn)、-30℃沖擊試驗(yàn)、高溫持久試驗(yàn)、焊接接頭截面硬度測定。

6 鐵素體含量控制

在試板熱處理前，按規(guī)定應(yīng)分別采用磁性法和化學(xué)分析法測定堆焊層的鐵素體，鐵素體數(shù)均應(yīng)為3～8 FN。在試板熱處理前，本文分別采用磁性法和化學(xué)分析法測定了堆焊層的鐵素體，其鐵素體數(shù)在4.5～7.6 FN范圍內(nèi)。用經(jīng)AWS4.2校準(zhǔn)過的鐵素體磁性測定儀測量產(chǎn)品的堆焊層表面，其鐵素體數(shù)在4.1～8.0 FN范圍內(nèi)。

7 主要焊接接頭的無損檢測

對不受結(jié)構(gòu)限制的焊接接頭，如筒節(jié)與筒節(jié)之間連接的環(huán)焊縫，筒節(jié)與過渡段連接的環(huán)焊縫，封頭與過渡段連接的環(huán)焊縫等，使用TOFD方法進(jìn)行檢測。TOFD檢測按NB/T 47013.10—2010《承壓設(shè)備無損檢測 第10部分：衍射時差法超聲檢測》進(jìn)行，質(zhì)量等級為Ⅱ級合格。使用的TOFD超聲檢測儀型號為ISONIC2008，掃查裝置為BLC-1，靈敏度設(shè)置為直通波60%，掃查方式為非平行。經(jīng)檢測確定，其焊接接頭質(zhì)量級別均為Ⅰ級。

8 熱處理

8.1 中間消除應(yīng)力熱處理

主體材料在焊接過程中和焊接后，應(yīng)進(jìn)行中間消除應(yīng)力熱處理。中間消除應(yīng)力熱處理的主要目的是消除焊接內(nèi)應(yīng)力。實(shí)施的時機(jī)是在焊后熱處理之前，且在焊縫冷卻至預(yù)熱溫度以下之前進(jìn)行。在進(jìn)行中間消除應(yīng)力熱處理時，金屬的最低溫度不得低于650℃。在爐中保溫的時間可由制造廠根據(jù)厚度自行確定，但不得少于4 h。

8.2 焊后熱處理

根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)條件并征得設(shè)計(jì)單位同意，制造單位將反應(yīng)器熱處理規(guī)范確定為：最大程度焊后熱處理參數(shù)為h；最小程度焊后熱處理參數(shù)為

最大程度焊后熱處理是對試樣進(jìn)行的一種特定熱處理，用以模擬所有制造過程和使用過程的最大程度的熱處理，包括正火加回火、所有482℃以上的中間熱處理、一次制造返修后的焊后熱處理、最終焊后熱處理以及留給用戶將來額外使用至少一次的焊后熱處理。 最小程度焊后熱處理是對試樣進(jìn)行的一種特定熱處理，用以模擬所有制造過程的最小程度的熱處理，包括正火加回火、所有482℃以上的中間熱處理、最終焊后熱處理。

9 結(jié)束語

在反應(yīng)器制造質(zhì)量控制方面，還有其它一些特殊要求。例如：必須檢測鋼板和鍛件的晶粒度，用超聲法檢測堆焊層剝離程度，制作筒體環(huán)縫焊接試板和接管與筒體焊縫試板等，在此不再詳細(xì)介紹?？傊鏈?zhǔn)確地掌握規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)技術(shù)條件提出的若干特殊要求，并嚴(yán)格按照這些要求進(jìn)行反應(yīng)器制造，對確保壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量是至關(guān)重要的。