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高壓換熱器密封接頭的焊接修復

發布時間:2015/05/20 點擊量:
本文主要介紹了高壓加氫換熱器管箱法蘭、蓋板、實心圓平板及堆焊層材質的物理性能、化學成分和工作環境,分析了裂紋形成原因。確定了平板形角焊縫密封結構修復方法及焊接接頭的技術要領。確定了采用風鏨子將裂紋缺陷處全部清理干凈并開U型坡口,同時碾死焊口根部不漏殘油并鑲進3.2mm的芯,采用氬弧焊點焊的方法。焊接材料選用原則:選擇了ERNiCrMo-3氬弧焊和焊接超級奧氏體不銹鋼的ENiCrMo-3萬能電焊條進行蓋面焊接。確定了焊補工藝和焊接工藝參數和焊接方法、焊接特點以及焊接注意事項等.
  引言
  某石化公司100萬噸/年加氫裂化裝置,熱高分子與進料換熱器管箱法蘭與隔膜密封板焊縫出現裂紋泄漏。換熱器作為裝置系統是能量平衡和能量回收中不可缺少的關鍵設備。隨著石油化工裝置向著大型化和高參數方向的不斷發展,其體積和質量也越來越大,高壓加氫換熱器作為加氫裝置的主要設備之一,擔負著原料油與反應生成油的熱量交換任務,由于設備的操作壓力和溫度均較高,且介質屬于易燃易爆的油氣類,在長期高溫高壓和臨氫的環境下,此密封接頭焊縫結構出現裂紋而引起泄漏。高質量焊接修復密封接頭裂紋,對延長密封結構壽命以及保證加氫裝置長周期安全運行具有重要的工程意義。
  1焊接分析
  加氫高壓換熱器管箱法蘭是平板式焊接密封結構,管程設計壓力為16.9MPa,設計溫度272℃,管箱法蘭、蓋板材料均為16Mo5,管箱法蘭表面有5mm厚的0Cr18Ni9堆焊層。0Cr18Ni9鋼(AISI304)是奧氏體不銹鋼,具有足夠的耐晶間腐蝕能力,在氧化性酸中具有優良的耐蝕性,在堿溶液和大部分有機酸和無機酸中以及大氣、水、蒸汽中耐蝕性亦佳[1]。缺點是對過熱敏感,存在過熱區,也容易造成熱影響區的晶粒長大,焊縫高溫停留時間過長,在高溫狀態下Cr和C形成化合物,在高溫區就形成了貧鉻層,也會導致焊縫的枝晶傾向加劇。當焊接材料選擇或焊接工藝不正確時容易出現熱裂紋。實心圓平板尺寸為1212mm10mm,材質INCOLOY825。Incoloy825是金屬鎳鐵鉻系鎳基耐蝕合金,此合金含少量金屬元素鉬和銅,在還原性酸和氧化性酸中,它有很好的耐蝕性,還有很好的抗應力腐蝕開裂、抗點蝕和縫隙腐蝕,它對硫酸和磷酸有優異的耐蝕性,是一種通用的工程合金。從經濟性和現實情況考慮,決定對加氫高壓換熱器管箱法蘭焊縫及附近區域出現的裂紋進行焊接修復。
  2焊接材料選用
  加氫高壓換熱器管箱法蘭材料為16Mo5,表面有0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼堆焊層,實心圓平板材質Incoloy825是金屬鎳鐵鉻系鎳基耐蝕合金,裂紋泄漏處的焊接屬異種鋼焊接。不銹鋼焊條的選用是按等成分的原則,即:選用熔敷金屬化學成分與母材相同或相近的焊條,同時熔敷金屬的含碳量不應高于母材,選用耐熱不銹鋼焊條時還應注意滿足焊縫金屬的抗熱裂紋性能和高溫性能,對于耐蝕不銹鋼還應考慮到工作條件和工作溫度狀況[3],焊縫的強度、線膨脹系數的差異,焊接裂紋、氣孔的敏感性也都應一并考慮。為此選用了ERNiCrMo-3焊絲;焊條選用ENiCrMo-3美國泰克羅伊萬能電焊條,焊條牌號TECH-ROD112、ENiCrMo-3焊條是堿性藥皮鎳合金焊條,其特點具有電弧穩定、飛濺小、熔渣覆蓋均勻,脫渣容易、焊縫成形好、金屬強度、塑韌性、抗氣孔性能良好等特點,具有極佳的抗應力腐蝕開裂和抗點蝕能力。
  3焊接
  3.1修復方法
  由于換熱器角焊縫焊接密封接頭裂紋處是在底下半部,容器內有水和殘油不斷滲出,如果直接用熔化焊,將無法焊接。只能用堵塞和碾死滲漏處與焊接相接合的方法進行修復。通過試驗確定采用風鏨子將裂紋缺陷處全部清理干凈,在焊口根部用風鏨子鏨成一個3.2mm的U型坡口,通過風鏨子開坡口的力而使焊口根部碾死不漏殘油,將焊條芯鑲進U型坡口內采用氬弧焊點焊焊接,電弧不直接熔化根部,達到手工電弧焊焊接的基本要求。如圖2、圖3所示。
  3.2焊接工藝參數
  焊機采用手工電弧焊/氬弧焊兩用的WS7-400逆變式弧焊機,氬弧焊時采用直流正接,焊絲規格2.0mm,鎢極2.5mm,伸出長度5~6mm。噴嘴直徑8mm,氬氣純度99.99;手工電弧焊時,采用直流反接,焊條規格3.2mm(見附表)。焊條進行300~350℃烘干1h,隨取隨用,不要重復烘干。
  3.3焊前清理
  確定泄漏的具體位置,密封板與管箱法蘭之間角焊縫全部清除干凈,清除處與周邊金屬平滑過渡同時做PT處理,清除焊縫時做好相應的防護措施,不要傷及密封板及管箱法蘭密封面,將周圍的油污、雜物徹底清理干凈。對裂紋缺陷處進行(300~350)℃(6~8)h脫氫處理。采用履帶式加熱器(或繩式加熱器)進行局部加熱,并布置一支熱電偶進行實體測溫。
  3.4焊接注意事項及要求
  3.4.1Incoloy825的焊接必須在退火態300~350℃(預熱消氫)進行,焊前應使用不銹鋼絲刷,將坡口兩側表面20mm范圍內的水、銹、油污以及毛刺等有害物清理干凈,坡口表面不得有裂紋和夾層等缺陷。
  3.4.2正式焊接前應認真檢查點固焊點的焊接質量,如發現各類缺陷時應清除后方可施焊。
  3.4.3焊接工作應安排具有相應合格位置焊接資格的技術熟練的焊工擔任。
  3.4.4焊工手工工具,如:刨錘、鋼絲刷等應采用不銹鋼制成。
  3.4.5焊接的引弧和收弧必須在坡口內進行,不得在管壁上試驗焊接電流,焊接時注意引、收弧處的質量,收弧應填滿弧坑。
  3.4.6不銹鋼的焊接對層間溫度和線能量的輸入很敏感,在保證焊透及熔合良好的條件下,焊接時盡量采用小電流、小電壓多層多道快速焊,以減小焊接線能量,層間接頭應錯開,每條焊縫焊接兩層以上,當一層焊接結束后應及時清理層間熔渣,焊接熱影響區產生的顏色要在焊縫區域未冷卻時,用不銹鋼刷刷去方可進行下一層的焊接。
  3.4.7為防止碳化物析出敏化及晶間腐蝕,應嚴格控制層間溫度60℃和焊后冷卻速度,避免產生熱裂紋,預防晶間腐蝕。
  3.4.8焊縫應一次連續焊完,如中途因故停止,重新焊接前必須打磨接頭,并按照原工藝進行施焊。
  4檢驗
  4.1焊接的角焊縫應進行100的PT著色,其表面不得有任何缺陷,符合JB4730-2005Ⅰ級合格。
  4.2缺陷修補后,應放置12h以上,管程水壓試驗參數由廠家提供,合格后方可投入使用。
  5結束語
  根據現場實際嚴格執行焊接工藝,抓好全方位的過程控制,取得良好的焊接效果。經過幾個月的質量跟蹤驗證,產品各項技術指標均滿足要求,設備運行良好。實踐充分證明,采用在焊口根部用風鏨子鏨成一個3mm的U型坡口,而使焊口根部碾死不漏殘油,用焊條芯鑲進U型坡口內用氬弧焊點焊焊接,能使電弧不直接熔化根部而達到正常焊接的方法,在石油化工裝置設備檢修中應用效果非常好,給公司節約了成本和時間,取得了良好的經濟效益,值得推廣使用。
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