薛泉鑫 戴 超

（鎮(zhèn)江市奇美化工有限公司，鎮(zhèn)江 212000）

反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于化工、石油、橡膠、農(nóng)藥等領(lǐng)域，是用來(lái)完成各種工藝過程的壓力容器。反應(yīng)釜是制程工藝中的重要設(shè)備。在正常生產(chǎn)過程中，針對(duì)夾套的泄漏現(xiàn)象，闡述其泄漏原因、檢測(cè)方法、維修工藝及技術(shù)原理。

1 泄漏現(xiàn)象及初步處理

1.1 泄漏現(xiàn)象

反應(yīng)釜夾套使用氨進(jìn)行控溫反應(yīng)，因此在現(xiàn)場(chǎng)施工人員聞到類似氨的刺激性氣味時(shí)，可初步判斷為氨夾套泄漏。后續(xù)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)釜溫度計(jì)夾套處有大量氣體泄漏并伴隨刺激性氣味。

1.2 初步處理

反應(yīng)釜在同一高度有3 個(gè)溫度計(jì)點(diǎn)位，因此將3 個(gè)點(diǎn)位的舊隔圈使用碳弧氣刨技術(shù)刨除，全部更換為新隔圈并重新進(jìn)行焊接。在刨除隔圈后發(fā)現(xiàn)，泄漏點(diǎn)隔圈焊接處存在未熔合、裂紋等質(zhì)量問題。

法蘭口下方靠近夾套下部封頭環(huán)焊縫，因此在焊接新隔圈時(shí)需遠(yuǎn)離環(huán)焊縫，避免交十字叉焊縫對(duì)焊縫的焊接質(zhì)量造成影響。新隔圈焊接正面、側(cè)面示意圖，分別見圖1 和圖2[1]。施工方案中要求，隔圈焊接完成后需進(jìn)行滲透檢測(cè)、反應(yīng)釜夾套壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。結(jié)果顯示，壓力試驗(yàn)合格，但是在氣密性試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)存在泄漏問題。

圖1 新隔圈焊接正面圖（單位：mm）

圖2 新隔圈焊接側(cè)面圖

2 維修方法及工藝

2.1 刨除隔圈

使用碳弧氣刨技術(shù)取出隔圈，查找二次泄漏的真實(shí)原因。在經(jīng)過碳弧氣刨取出隔圈后，發(fā)現(xiàn)新隔圈與反應(yīng)釜槽壁焊縫存在質(zhì)量問題，即焊縫處發(fā)現(xiàn)裂紋，見圖3。

圖3 槽壁裂紋

2.2 反應(yīng)釜槽壁裂紋補(bǔ)焊

維修時(shí)使用超聲波檢測(cè)確定槽壁裂紋深度，結(jié)合圖紙及實(shí)際尺寸確定裂紋各處打磨深度。裂紋處在打磨時(shí)會(huì)發(fā)生裂紋持續(xù)性生長(zhǎng)，因此需在裂紋表面末端處鉆止裂孔[2]。因?yàn)椴郾诹鸭y長(zhǎng)度約為220 mm，且該止裂孔作用為防止裂紋在打磨時(shí)持續(xù)性生長(zhǎng)，所以止裂孔直徑為Φ2 mm，孔深為19 mm[3]，見圖4。

圖4 止裂孔位置

在鉆完止裂孔后，使用砂輪磨光機(jī)打磨槽壁裂紋至無(wú)裂紋。若裂紋深至復(fù)合鋼板交界處，則打磨至交界處且無(wú)裂紋。打磨時(shí)需將裂紋打磨成中間寬而深、兩頭窄而淺的坡口。對(duì)于未貫穿裂紋，打磨成平滑過渡到母材的船狀坡口。對(duì)于已貫穿的裂紋，打磨成V形坡口。

在實(shí)際打磨過程中，裂紋在深度方向持續(xù)性生長(zhǎng)，由最初超聲波檢測(cè)的19 mm 生長(zhǎng)至26 mm，并達(dá)到復(fù)合鋼板的碳鋼板與不銹鋼板交界處。

打磨完成后對(duì)坡口進(jìn)行滲透檢測(cè)，確認(rèn)無(wú)裂紋后進(jìn)行補(bǔ)焊工作。焊接前需在反應(yīng)釜內(nèi)壁位置涂刷白堊粉，待白堊粉干燥后進(jìn)行焊接。

焊接時(shí)，對(duì)于內(nèi)筒體基材全厚度貫穿的裂紋，第1、2 道用手工氬弧焊焊接，焊絲ER309。施焊時(shí)不擺動(dòng)或稍微擺動(dòng)，快速小能量焊，減小熔合比，控制道間溫度不超過60 ℃。第3、4 道采用手工氬弧焊，焊絲ER50-6，層間溫度不超過100 ℃。其余采用手工焊條焊焊接，焊接時(shí)采用短弧焊，層間溫度不超過250 ℃。對(duì)于內(nèi)筒體基材未貫穿的裂紋（淺裂紋），第1 ～4 道用手工氬弧焊接，其余用手工焊條焊焊接，焊接時(shí)用短弧焊。裂紋焊接截面，見圖5。

圖5 裂紋焊接截面圖（單位：mm）

每道焊道焊接完成后趁熱使用不銹鋼小錘敲擊焊道及周圍，要求用力均勻，后錘與前錘重疊1/2。每層焊接完成后均進(jìn)行滲透檢測(cè)，待檢查合格、確保層間焊接未有缺陷發(fā)生后，方可進(jìn)行下一層焊接，最終焊縫余高2 mm。

焊接結(jié)束后，敷蓋至少50 mm 厚的硅酸鋁保溫毯進(jìn)行保溫。保溫棉邊界距離焊縫邊界距離至少100 mm。焊縫為常溫時(shí)，對(duì)修補(bǔ)焊縫進(jìn)行100% 超聲檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格[4]。

在裂紋焊接完成后，需對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理。該熱處理為消除焊接時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，選用退火工藝。熱處理使用電加熱器進(jìn)行加熱，并敷蓋250 mm 厚硅酸鋁保溫毯進(jìn)行保溫[5]。

復(fù)合鋼板的不銹鋼板厚度只有3 mm，且裂紋最深處到達(dá)復(fù)合鋼板的碳鋼與不銹鋼交界處，因此在使用氬弧焊焊接第1、2 道焊道時(shí)，槽內(nèi)壁不銹鋼板裂紋處出現(xiàn)熔合現(xiàn)象。在將整個(gè)裂紋補(bǔ)焊完成后，先使用不銹鋼焊絲對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)焊，之后使用打磨機(jī)將槽內(nèi)璧熔合處進(jìn)行打磨，打磨至設(shè)計(jì)要求的Ra0.2 μm，同時(shí)對(duì)補(bǔ)焊處進(jìn)行硬度和材質(zhì)檢測(cè)，此時(shí)硬度大于周邊未影響區(qū)域即可。材質(zhì)使用光譜儀進(jìn)行檢測(cè)，顯示為SUS304，與原先一致。

2.3 溫度計(jì)隔圈焊接

第一次泄漏維修時(shí)使用的隔圈大小與反應(yīng)釜槽壁裂紋幾乎重疊，因此二次返修時(shí)使用的隔圈必須為更大尺寸的隔圈。但是，反應(yīng)釜夾套下部封頭為焊縫位置，新隔圈必定會(huì)與環(huán)焊縫相交，造成焊接時(shí)產(chǎn)生十字交叉焊縫，故需先進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，提前做出隔圈測(cè)試件，并模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際焊接情況進(jìn)行焊接測(cè)試。

新隔圈采用2 片半圓套管焊接制成，并將焊接拼縫進(jìn)行100%RT 探傷檢測(cè)，檢測(cè)Ⅱ級(jí)合格后進(jìn)行熱處理，消除焊接應(yīng)力。

隔圈與反應(yīng)釜進(jìn)行2 道焊接。一是隔圈與反應(yīng)釜槽壁的焊接。在隔圈待焊部位修磨坡口，焊接時(shí)會(huì)與環(huán)焊縫交叉，因此先焊接與內(nèi)筒環(huán)焊縫交叉處兩側(cè)各100 mm。第1 道采用氬弧焊，保證焊透，背面成型好。二是其余焊縫焊接。氬弧焊后進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格后完成其余焊縫焊接。每層焊完后立即用小錘錘擊焊道，用力均勻，后錘與前錘重疊1/2。焊接完成后，采用保溫緩冷措施，敷蓋至少50 mm厚的硅酸鋁保溫毯進(jìn)行保溫。焊接完畢后對(duì)焊縫進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格。

之后進(jìn)行隔圈與反應(yīng)釜夾套筒體的焊接。在隔圈與內(nèi)筒體焊接前對(duì)夾套曾焊接處進(jìn)行打磨坡口。焊接時(shí)首層用氬弧焊打底，確保焊透，并進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格。其他焊道用焊條電弧焊填充和蓋面，焊接完成后，采用保溫緩冷措施。敷蓋至少50 mm厚的硅酸鋁保溫毯進(jìn)行保溫，保溫棉邊界距離焊縫邊界至少100 mm。焊縫緩冷至常溫后，對(duì)該焊縫進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格。

在隔圈與反應(yīng)釜內(nèi)筒體與夾套筒體均焊接完成后進(jìn)行熱處理。該熱處理為消除焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，選用退火工藝。熱處理仍使用電加熱器進(jìn)行加熱，并敷蓋250 mm 厚硅酸鋁保溫毯進(jìn)行保溫。

3 原因分析

3.1 第一次正常生產(chǎn)泄漏原因

第一次泄漏原因?yàn)槌跏几羧υ谠O(shè)備制造時(shí)存在焊縫質(zhì)量問題，可以看到明顯的未熔合和內(nèi)部裂紋現(xiàn)象。焊接未熔合產(chǎn)生的原因有4 種，分別為焊接時(shí)電流過小、焊接時(shí)焊接速度過快、焊接時(shí)焊條角度不對(duì)以及焊接時(shí)產(chǎn)生磁偏吹現(xiàn)象。

隔圈焊縫出現(xiàn)裂紋也有多種原因，如焊接拘束應(yīng)力大、焊接中碳和錳等合金元素含量過高、木材厚度大、緩冷過快、焊接電流過大以及施工環(huán)境過于潮濕等。

由于隔圈在制作時(shí)出現(xiàn)的焊接品質(zhì)問題，導(dǎo)致反應(yīng)釜出廠時(shí)存在焊縫未熔合及裂紋現(xiàn)象。在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中，焊接裂紋經(jīng)受疲勞應(yīng)力或其他外部因素影響逐漸生長(zhǎng)擴(kuò)大，最終貫穿整個(gè)焊道，使夾套內(nèi)的氨發(fā)生泄漏。

3.2 第二次氣密性試驗(yàn)泄漏原因

使用碳弧氣刨刨除隔圈后，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)釜槽壁焊接處存在裂紋。在檢查法蘭口焊接后熱處理溫度曲線時(shí)發(fā)現(xiàn)，制造廠商對(duì)焊道緩冷速度過快，且焊接前未進(jìn)行焊材預(yù)熱，導(dǎo)致焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力過大，致使在進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)受到外部壓力產(chǎn)生裂紋和泄漏。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要闡述反應(yīng)釜溫度計(jì)夾套口泄漏及維修二次泄漏發(fā)生的原因及相應(yīng)的維修施工方法。在維修過程中使用的碳弧氣刨技術(shù)、鉆止裂孔、焊接工藝等技術(shù)，可以在其他類似工況使用，尤其是針對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行的焊接工序、熱處理工藝、預(yù)熱及緩冷等。