加氢反应器R-101密封槽裂纹的修复.pdf

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1、第24眷第4期机电产品开发与剀新V01．24，No．4丝!!兰Z星旦!竺坐!!!竺竺苎望!!竺竺!!兰!竺!!竺!苎壁竺兰!型!!!!!竺!竺堕：!呈Q!!文章编号：1002--6673(2011)c14JD63-0

2、2加氢反应器R一101密封槽裂纹的修复游新斌(中石化长岭分公司炼油一部，湖南岳阳414012)摘要：分析了30万吨／年焦化蜡油加氢装置反应器K-10l密封槽裂纹产生的原因．简要介绍了修复方案和预防裂纹产生的措施。关键词：加氢反应器；密封槽；裂纹；修复中图分类号：．IE96文献标识码：Adoi：10．39691j．issn．1002—6673．2011．04．027

3、0引言加氢反应器是各类加氢装置的核心设备之一．制造l技术复杂、价格昂贵，长期在高温、高压、临氢环境下：运行。2005年4月进行压力容器全面检验时，发现反I应器R101顶部人孔大法兰密封槽内堆焊层存在严重裂I纹。本文分析了裂纹产生的原因。简要介绍了实施的修复方案，对预防密封槽裂纹提出了一些建议。1设备概况及主要技术参数我厂30万吨，年焦化蜡油加氢装置的加氢反应器：R一101于1989年投产，至2005年已运行16年，累计I近13万小时。R—101由北京设计院设计，兰州石油化l工机器厂制造，其主要技术参数见表l。表1反101技术参数规格(直径x高度)／mmxmm2100×14223

4、设计条件设计压力朋pa8．63设计温度，℃435操作条件工作介质油气、H2、H粼2％操作压力／Mpa<8．0操作温度，℃≤300简体数据母体材质2．25Cr-lMo母体壁厚／mm90．3堆焊层数据过渡层材质0()cr25Nil3过渡层厚度／mm3表层材质∞Cr20Nil0Nb表层厚度／ram2-t2历次检验情况1997年1月、2003年5月内外部检查。未发现缺陷，安全状况等级定为1级。2005年4月内外部检查，表面渗透检测时发现严重裂纹缺陷：顶部人孔大法兰密封槽底发现整圈纵向、横向或树枝状裂纹，最密集的区域几乎延续约600mm，多处裂纹深度达到6mm：有一条裂纹已经延伸至外侧密

5、封斜面上．裂纹深度约2mm，尖端恰在密封面压痕上。顶部法兰盖密封槽底发现分布着整圈的横向或树枝状裂纹约40余处，裂纹长度大多约为槽底宽度，均没有延伸至密封面。多数裂纹深度为6．5mm。3密封槽堆焊层裂纹原因分析加氢反应器内壁堆焊层采用双层结构．与基材接触的第一层即过渡层采用00Cr25Nil3。第二层即表层采用00Cr20Nil0Nb。这两种不锈钢的组织均为奥氏体+铁素体。设置堆焊层的目的是防止介质中硫化氢对基材的腐蚀。反应器壳体基材为2．25Cr一1Mo钢。具有很好的高温抗氢蚀能力．其金相组织为贝氏体。加氢反应器的基材与堆焊层材料．由于钢的金相组织不同，对氢有不同的物理特性，

6、即氢在两种组织的钢中的溶解度与扩散能力差别很大。在加氢反应器运行时不锈钢堆焊层中的氢含量大大高于壳体基材中的氢含量．在停工过程中壳体基材中的过饱和氢能较快地扩散出去。而不锈钢堆焊层中的过饱和氢却不易扩散，使得加氢反应器的堆焊层在停工后仍有高的氢含量。氢进入金属后。引起宏观韧性降低或产生滞后断裂的现象叫氢脆。不锈钢堆焊金属的氢脆损伤也称堆焊层的氢致裂纹。一般规定，奥氏体不锈钢堆焊层铁素体相最小体积分数为3％～4％。最大为8％一10％。下限防止热裂纹，上限使叮相形成最小。焊后初始，堆焊层有较好的延伸性，但在焊后的热处理中，一部分8铁素体会转变成低延伸性的叮相，而当叮相吸氢后。易引起

7、沿吸氢的叮相开裂并扩展。因此。堆焊层中产生盯相是氢致裂63机设厂、。炼员师校备巨鞭潞墟油阎夸石车迁岭氢，长制蚺l于氢}业加区毕司斛月公精7分氢年岭加8町张部之侈化一舭丸畅舳¨新任任∞鼢担现．．．．『：■，期介。任日简业主稿者专副收作械备·产品与市场·纹的重要原因。壳体基材和堆焊层材料的导热与热膨胀性能均差别很大，基材的导热系数远大于堆焊层不锈钢。而堆焊层的热膨胀系数又大于基材，因此在反应器停工时．往往在堆焊层的某些部位产生高的热应力，尤其在停工速度过快时，在壳体的凸台、接管与密封槽等堆焊层的应力集中部位会产生高的应力。热应力与应力集中会使这些部位的堆焊层屈服并产生屈服应变。加氢

8、反应器在使用期间的开、停工，将使这些高应变部位产生应变疲劳。因此，反应器易发生氢致裂纹处是主法兰梯形密封槽底部的拐角处和内件支持圈的角焊缝。4修复方案4．1焊接面处理将大法兰梯形槽底部堆焊层加工掉。对加工部位进行100％PT，确保缺陷清除干净。施焊前对法兰端面进行炉外消氢处理：300。350℃×2Ilr。4．2加工量超出堆焊层的处理若加工量超出堆焊层的厚度，则采用焊条电弧焊焊接基层。(1)基层焊条电弧焊，评定号为W1433S。焊条：CMA一106N，焊前预热≥150。C，层间温度：150。2