某化工有限公司在生產(chǎn)混合甲苯產(chǎn)品的裝置中．對(duì)1臺(tái)2006年投入使用的二段加氫不銹鋼反應(yīng)釜首次進(jìn)行全面檢驗(yàn)，在人孔接管堆焊層經(jīng)滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有多條環(huán)向裂紋。裂紋宏觀形貌如圖1所示。
該容器直徑1200mm，母材壁厚：基材40mm，復(fù)合板3mm，總長(zhǎng)：10415mm，容積8．31m3，設(shè)計(jì)壓力6．6MPa，工作壓力6．0MPa，設(shè)計(jì)溫度370℃，工作溫度350℃。使用介質(zhì)：ψ(H2)>90％，(300一1000)×10-6的硫化氫氣體及碳九混合物。容器材質(zhì)：基材為15CrMoR鋼，復(fù)合層材質(zhì)為0Cr18NiOTi，堆焊層材質(zhì)為321不銹鋼，人孔接管材質(zhì)為15CrM0Ⅲ鋼，內(nèi)壁堆焊層材質(zhì)為321不銹鋼。
1使用狀況和檢驗(yàn)結(jié)果
該容器使用中，釜內(nèi)碳九混合物先升溫至135℃，隨至升壓到<2．4MPa，再逐步加入氫氣反應(yīng)后產(chǎn)生硫化氫氣體，通過逐步升溫升壓到工作溫度和工作壓力，反應(yīng)結(jié)束后，先降壓到<2．4MPa，再降溫至135℃，隨后先降壓后降溫。不銹鋼反應(yīng)釜在停止期間，為防止氯離子和聯(lián)多硫酸(H2S)對(duì)釜內(nèi)奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕．必須對(duì)釜內(nèi)表面進(jìn)行中和清洗。在催化劑泄出后，容器壁溫度下降至介質(zhì)露點(diǎn)溫度130℃時(shí)的時(shí)間不很過8h，及時(shí)對(duì)不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)壁清洗。先用中和液浸泡4h以上．然后用中和液噴淋加涂刷容器內(nèi)壁。
2008年7月第1次開罐檢驗(yàn)．進(jìn)行了原始資料審查、測(cè)厚等常規(guī)檢驗(yàn)，著重對(duì)設(shè)備制造過程中焊縫原有缺陷部位和返修部位的射線復(fù)查，堆焊層進(jìn)行100％滲透檢測(cè)，對(duì)首次檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生缺陷的部位進(jìn)行很聲波定量定性檢測(cè)。對(duì)缺陷部位進(jìn)行返修和重新檢測(cè)及耐壓試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)等。根據(jù)《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》作出檢驗(yàn)結(jié)論。
2裂紋成因分析及處理
經(jīng)上述手段檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，裂紋產(chǎn)生在人孔接管的堆焊層，經(jīng)很聲波檢測(cè)進(jìn)一步確定，裂紋深度未達(dá)到基材，缺陷存在于人孔接管堆焊層。
(1)焊接因素的影響復(fù)合鋼板及堆焊層涉及2種不同的金屬材料和金相組織．焊接過程中其化學(xué)成分和金相組織變化較為復(fù)雜．基層材料合金元素含量較低，屬低合金中溫抗氫鋼。該鋼材焊接裂紋敏感指數(shù)Pcm在0．43％左右，在板厚較大情況下，會(huì)產(chǎn)生較大拘束應(yīng)力，焊接時(shí)易產(chǎn)生冷裂紋。堆焊層材料321不銹鋼合金元素含量較高．若焊接材料和焊接工藝的選擇不合適，焊接堆焊層時(shí)?；鶎硬牧蠈?duì)整個(gè)焊接金屬的合金材料具有稀釋作用。使焊縫中的奧氏體形成元素含量不足。結(jié)果焊縫中可能出現(xiàn)硬脆的馬氏體組織，容易在堆焊層產(chǎn)生裂紋。
(2)焊后熱處理因素的影響焊后熱處理是消除或降低焊接應(yīng)力，有利于焊縫中擴(kuò)散氫的逸出，改善焊縫和焊接熱影響區(qū)的組織性能。同時(shí)也能適當(dāng)?shù)馗纳岂R氏體硬化、脆化組織。徹底減小裂紋產(chǎn)生的傾向。因容器體積長(zhǎng)為10415mm，體積較大，熱處理爐內(nèi)溫度不是十分恒定，測(cè)溫點(diǎn)有限(6個(gè))，爐門附近和爐膛中央溫度有一定差距，熱處理效果不理想。
(3)介質(zhì)對(duì)容器壁的影響氫氣和微量的硫化氫在此工作壓力和工作溫度時(shí)不會(huì)對(duì)復(fù)合層OCr18Ni10Ti和基層材質(zhì)15CrMOR產(chǎn)生氫腐蝕。綜上分析可知，該裂紋是因堆焊而產(chǎn)生的。堆焊層間溫度控制不穩(wěn)定．合金元素的流失產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，焊后熱處理溫度不均勻是裂紋生成的主要因素。加氫不銹鋼反應(yīng)釜消除缺陷的工作是重中之重，制造廠提出回廠全面返修，徹底消除隱患。用戶認(rèn)為不能耽誤生產(chǎn)工期，由于裂紋產(chǎn)生的原因和裂紋并未對(duì)基材造成破壞。采取了在人孔焊接管內(nèi)加0Cr18Ni10Ti的4mm套管，如圖2所示。
焊接時(shí)，需焊前預(yù)熱到100℃，采用焊材321焊絲，氬氣保護(hù)，小電流多焊道，以減小應(yīng)力集中。焊后熱處理為(625±20)℃，保溫時(shí)間>2h，套管和人孔接管的焊接為及時(shí)排出夾層中的氣體，需在人孔接管管壁上鉆1個(gè)孔徑為10mm的排氣孔，在不銹鋼反應(yīng)釜首次加熱后及時(shí)調(diào)節(jié)螺栓，排放套管和人孔壁中的余氣，避免套管鼓包的現(xiàn)象發(fā)生。
采用上述方案返修后，經(jīng)全面檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)新缺陷的產(chǎn)生，原有缺陷在很聲波檢驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)有擴(kuò)展延伸的現(xiàn)象。
3結(jié)論和探討
在加氫不銹鋼反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)、制造過程中，必須根據(jù)容器使用的工藝參數(shù)才能準(zhǔn)確地計(jì)算出焊接裂紋敏感指數(shù)，在母材厚度較大時(shí)，為減小拘束應(yīng)力，應(yīng)計(jì)算出焊前預(yù)熱溫度，有效地提高焊接質(zhì)量。焊后熱處理也應(yīng)有效地計(jì)算出熱處理溫度和保溫時(shí)間．提高焊后熱處理效果。加氫不銹鋼反應(yīng)釜堆焊層在焊接過程中要避免合金元素的稀釋，以確保堆焊層為奧氏體組織。
