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16MnR+405复合钢板换热器裂纹修复点击：1744 日期：[ 2014-04-26 22:00:38 ] |
| 16MnR+405复合钢板换热器裂纹修复 王海军 刘沛亚 罗晓军 (中石油第二建设公司,甘肃兰州 730060) 摘要：某石化公司500×104t/a常减压装置中的16MnR+405复合钢板换热器壳程纵、环焊缝处 存在长短、深浅不等的裂纹,从化学成分、宏观形貌等方面对焊接接头裂纹产生原因进行了综合分 析,认为裂纹为典型的应力腐蚀裂纹。介绍了裂纹修复的方法,提出了修复过程中的注意事项。 关键词：换热器;复合钢板;裂纹;修复 中图分类号：TQ 051·507 文献标志码: B 2008年9月,某石化公司500×104t/a常减压 装置停工大检修中发现该装置构-2框架7台 16MnR+405复合钢板换热器壳程纵环焊缝处存在 长短、深浅不等的裂纹。该批换热器于2002年10 月投用,已服役近6 a。其主要设计参数见表1。 这些换热器的壳程材料均为16MnR+405复合钢板,复合钢板基层为武钢生产的16MnR,复层为德国克鲁勃(KRUPP)公司生产的405(相当于我国的0Cr13Al)。复合钢板按GB/T 8165—1997《不 锈钢复合钢板和钢带》BⅡ级要求制造[1],采用爆炸复合,质量等级为Ⅱ级。我公司承担了此次裂纹修复任务,为此,笔者对焊接接头产生裂纹的原因进行了综合分析,并提出了相应的修复方法[2~5]。 1 焊接接头裂纹产生原因 (1)裂纹产生部位裂纹全部产生在壳体复层侧的纵环焊缝和热影响区部位,见图1。 (2)裂纹及油污化学成分分析 为了找出焊接接头裂缝产生原因,委托兰州理工大学分别对介质为减五油、减渣油、初底油的换热器裂纹金属碎屑、粘附在换热器器壁上的油污及油渣进行化学主要成分检测分析,部分检测结果见表2~表3。 由化学成分分析结果可以看出,腐蚀产物中含 有硫、氯元素,粘附器壁上油污及油渣中所含氯、硫 量较大。壳程介质中的氯、硫量较高,为应力腐蚀敏 感性介质。尤其是油渣中硫质量分数达到40.47%, 说明壳程介质存在严重的应力腐蚀环境。 (3)裂纹宏观形貌 裂纹基本特征为,裂纹沿焊 接接头中心或热影响区扩展,裂纹最大连续长度 420 mm,裂纹深度为1~4 mm,全部出现在复层,沿 裂纹主线有羽毛状放射形裂纹产生,呈现出典型的 应力腐蚀裂纹特征。 (4)综合分析 焊缝和热影响区组织为最薄弱 的部分,组装和焊接残余应力最大处较易萌生裂纹 并沿其扩展。影响裂纹萌生和扩展的主要应力有焊 接残余应力、壳程介质温差应力和组装加工残余应 力。壳程的复合层厚度全部为3 mm,而所有裂纹 的深度均在1~4 mm,说明该设备存在的应力腐蚀 裂纹只对不锈钢复合层敏感,而对16MnR基层不 敏感。裂纹大多在复合层,只有个别部位的裂纹刚 穿出复合层,没有对基体造成腐蚀破坏。16MnR+ 405复合钢板复合层无明显的腐蚀迹象,证明复合 层起到了防止介质均匀腐蚀的作用,但是在高硫应 力腐蚀环境和设备制造过程中产生的残余应力共同 作用下产生了大量应力腐蚀裂纹。 2 裂纹修复 2.1 确定裂纹位置 首先根据检测中心的检测报告,将裂纹区域表 面打磨光滑,然后用超声波探伤仪确定裂纹深度和 准确的裂纹位置,并做出清晰的标识。经超声波检 测,裂纹最深为4 mm,最浅为1 mm。 对标识出来的裂纹进行打磨,要求打磨深度比 超声波检测的深度大2 mm,尽量打磨露出基层 16MnR,以便于之后的补焊。打磨宽度为裂纹两侧 20 mm,以尽可能消除裂纹。对打磨完毕的裂纹区 域再次进行100%着色(PT)检测,确认裂纹是否清 除干净。若有未清除干净的裂纹,则应继续打磨,打 磨后再次进行PT检测,直到裂纹清除干净为止。 对打磨干净并经PT检测合格的裂纹部位再次 用超声波探伤仪进行检测,检查是否还有裂纹存在, 直到确认无裂纹为止。 2.2 修复裂纹 由于所有焊接接头裂纹清除干净后最深的为 6 mm,最浅的2 mm,而复层厚度为3 mm,从设备的外观及测厚报告看,复层腐蚀速率基本为0,因此对打磨深度大于2 mm的裂纹进行修复。 考虑复层厚度为3 mm,裂纹打磨后最深为 6 mm,故直接采用E309L焊条进行补焊。补焊全 部采用手工电弧焊,焊前对焊条进行250℃×1 h 的烘焙。焊接工艺参数为,焊接电流140~160 A, 电压23~25 V,焊速15~18 cm/min。焊接时应采 用快速焊、多道焊、不摆动,尽量采用小电流,减小熔 合比。 补焊完毕后进行100%射线(RT)检测,无裂纹 为合格。对有裂纹存在的重新采用超声波检测确定 裂纹位置和深度,然后按照以上步骤进行修复补焊 和RT检测,直至全部合格。 3 结语 (1)通过此次裂纹修复检验可以看出,16MnR +405复合钢板不适用于高硫介质的腐蚀环境。因 为16MnR基层的作用是从强度上保证设备安全, 而405复层的作用是保护基层及自身不受腐蚀。从 以上7台换热器的外观和测厚报告可以看出,复层 表面无明显的腐蚀迹象,测厚也未发现厚度减薄。 但在高硫应力腐蚀介质和设备制造过程中产生的残 余应力共同作用下产生了大量应力腐蚀裂纹,对设 备的安全运行构成威胁。 (2)在清除裂纹前一定要首先用超声波探伤仪 准确定位裂纹的深度、起始和终止位置,以减少打磨 的工作量,避免打磨后用PT再次检测出裂纹。 (3)要求裂纹打磨深度比超声波检测的深度大 2 mm,以便将裂纹清除干净,便于后面的补焊。对 打磨干净并经PT检测合格的裂纹部位,必须再次 进行超声波检测,避免裂纹清除不净、补焊后RT不 合格而重新打磨焊接接头,确保一次修复合格。 (4)补焊时尽量选用水平较高的焊工,在裂纹清 除干净的基础上确保一次修复合格,避免裂纹附近 的复层热影响区组织变化,耐腐蚀性能降低。 参考文献: [1] GB/T 8165—1997,不锈钢复合钢板和钢带[S]. [2] 李 沧.催化裂化装置轻柴油换热器管束腐蚀及防护[J].石油 化工设备,2006,35(3):70-71. [3] 祁玉红,俞树荣,李治国.焊接板式换热器的应力腐蚀及防护 [J].石油化工设备,2007,36(2):95-97. [4] 汪光胜,周晓燕,郭志军.乙苯换热器换热管与管板接头开裂失 效分析[J].石油化工设备,2008,37(5):99-101. [5] 王忠庆.苯酐换热器应力腐蚀开裂原因分析[J].石油化工设 备,2009,38(1):102-104. (张编) |
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