热壁加氢反应器焊接和热处理技术

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1、热壁加氢反应器焊接和热处理技术　　摘要：由于加氢反应器的焊缝金属容易出现回火脆化、氢腐蚀、氢脆以及氢诱发裂纹，硫化氢介质的存在还可能造成晶间腐蚀以及应力腐蚀开裂，因此焊接和热处理是制造过程中极其重要的环节，本文结合复合钢板加氢反应器的制造，对焊接工艺及热处理工艺进行了详细的介绍。关键词：加氢反应器；焊接工艺；热处理工艺中图分类号：TG15文献标识码：A文章编号：6加氢反应器是炼油工业的核心设备，由于它长期在高温、高压条件下工作，设计、工艺、加工制造以及生产操作等都有着极为严格的要求。反应器的制造成功，从某种意义上说是体现一个

2、制造厂家总体技术水平的重要标志之一。过去，世界上只有少数工业发达国家能够制造。我国的炼油工业所采用设备，也基本从国外进口，价格十分昂贵。1982年，兰州石化完成了国产第一台热壁式加氢反应器的制作，开拓了我国制造加氢反应器的先河。但由于加氢反应器的关键性和高技术含量性，虽然经历20余年的发展，目前我国能生产该产品的企业仍然屈指可数。2008年，中原油田工程建设总公司金属结构厂承接并生产了山东德润化工有限集团公司制造的两台复合板容器:主加氢反应器和预加氢反应器，成功掌握了这一具有世界领先水平的生产制造技术，也填补了豫北地区不能生

3、产加氢反应器的空白。这两台容器主体材质为复合钢材15CrMoR+00Cr19Ni10，反应介质为苯、甲苯、二甲苯、氢气以及硫化氢，设计温度为280℃/550℃。由于容器本身长期处于高温状态下，对接焊缝金属极容易出现回火脆化、氢腐蚀、氢脆以及氢诱发裂纹现象，并且硫化氢介质的存在还可能导致晶间腐蚀及应力腐蚀。因此，焊接和热处理是整个制造过程中的重点和难点。一、焊接性分析6容器主体材质为复合钢材---15CrMoR+00Cr19Ni10，它是由化学成分和物理性能有很大差异、焊接性也有重大差异的两层钢板组合而成的，因而不可能用单种焊

4、接材料和焊接工艺进行焊接。而应将基层和覆层区别对待，基层的焊接采用与基层强度相匹配的焊条（或焊丝），其焊接工艺与相应的珠光体钢相同。根据对覆层不锈钢的性能要求，覆层焊缝金属的成分应当尽量与覆层钢板相同，同时要考虑两个问题：一是要考虑覆层不锈钢本身存在的焊接性问题。例如，在生产实践上常常防止焊缝出现热烈纹，不得不允许焊缝金属的成分稍稍偏离母材成分，以换取含有少量铁素体相的组织；二是要考虑基层对覆层焊缝的稀释作用，为了克服这一缺陷，合理的办法是在基层同覆层的结合面处设置一个过渡层，完成由基层到覆层的成分过渡。因此，不锈复合钢板焊

5、接的关键问题在于处理好覆层与基层交界部位的焊接性，即过渡层的问题。另外，15CrMoR属于低合金珠光体耐热钢，在焊接过程中容易出现冷裂纹，热裂纹以及再热裂纹，因此在焊接时也需要采取相应措施。为保证过渡层能完成化学成分由基层到覆层的过渡，很重要的是选择焊接材料和稳定工艺参数及保证熔合比。同时在考虑过渡层与覆层，基层的两个熔合区和焊接金属时，要使它们均达到对不锈复合钢板所要求的界面抗剪强度，所以过渡层宜薄不宜厚。而且还要防止由于覆层与基层金属之间的热特理性能（特别是膨胀系数）差别较大，而引起在焊后冷却过程中或今后服役过程中因温差

6、应力而开裂。应当保证过渡层具有优良的塑性和韧性，使它能够起到吸收和缓冲力对两金属交界面的有害作用，避免焊接接头产生裂纹。二、焊接工艺评定1、焊接材料的选用不锈复合钢板焊接材料的选择应综合考虑接头的组织应力、热应力分布对抗裂性的影响以及接头组织成分对耐腐蚀性的影响，为了获得纯奥氏体或奥氏体加少量一次铁素体组织的焊缝金属成分，运用舍夫勒焊缝组织图（图一）进行比较分析，用A302焊接过渡层，用A002焊接覆层金属。根据基层金属的特点，选用R307焊接基层金属。2、焊接方法6珠光体钢与奥氏体钢焊接时应注意选用熔合比小、稀释率低的焊接

7、方法，在一般生产条件下焊条电弧焊使用最方便，适应性强，而且熔合比调节范围小，因此主体焊缝过渡层及覆层采用熔合比较小的焊条电弧焊，降低焊缝的稀释程度，避免裂纹的产生。基层采用焊条电弧焊打底，埋弧焊缝盖面，保证焊缝外观成型美观。采用组合焊接方法达到了质量合格，外观成型好的双重目的。3、坡口形式根据容器本身壁厚以及减小熔合比的需要，容器主体AB类焊缝采用以下坡口形式：图二坡口形式4、焊前预热为防止基层焊缝出现冷裂纹，焊前需进行预热，预热温度为150℃-200℃，预热方式采用电加热带加热，加热区域为坡口两侧各200mm范围内。测温方

8、式采用远红外测温仪，待达到所要求的温度时开始焊接。焊件在整个焊接过程中不得低于预热温度。5、焊接参数及焊接顺序6根据复合钢焊接的特点，一般先焊接基层，再焊接过渡层，最后焊接覆层。焊接基层时保持层间温度不得低于预热温度，焊接过程中防止焊接飞溅污损伤复层表面，不得在复层表面随意引弧。焊接过渡层