乙烯裂解爐廢熱鍋爐管板焊接修復(fù)

1、乙烯裂解爐廢熱鍋爐(TLE)管板焊接修復(fù)摘要：乙烯二聯(lián)合車間6#、7#裂解爐TLE管板、管束由于長周期運(yùn)行及積液長 時(shí)間的腐蝕，使管板、管束厚度減薄，導(dǎo)致泄露，不利于裝置的長周期運(yùn)轉(zhuǎn)，通 過對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、介質(zhì)成分分析，找到了造成管板、管束腐蝕的原因，根據(jù)母材 成分，查找資料，成功的解決了裂解6#、7#爐TLE管板焊接修復(fù)問題；縮短了施 工時(shí)間，延長了檢修周期和使用壽命，提高了經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：裂解爐；廢熱鍋爐(TLE)；腐蝕泄漏；鎳基焊絲；焊接；熱處理一、概述：獨(dú)山子石化公司乙烯廠裂解爐操作溫度為800-1100C，爐管內(nèi)介質(zhì)為裂解氣和飽和蒸汽， 介質(zhì)壓力為0.3MPa,爐管內(nèi)溫度80010C

2、，爐管外溫度1000-1050C，出料口為鑄造異徑管， 其上部連接著廢熱鍋爐(TLE)，是裂解爐的重要設(shè)備。如圖1所示：(圖2-TLE管板結(jié)構(gòu)形狀)一、廢熱鍋爐(TLE)管板、管束泄漏的原因分析1、廢熱鍋爐(TLE)的結(jié)構(gòu)及參數(shù)：裂解爐上廢熱鍋爐(TLE)采用德國SHG公司設(shè)計(jì)制造的。其結(jié)構(gòu)采用雙套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管 和外管的兩端都焊在橢圓集管上，內(nèi)管走裂解氣，外管高壓鍋爐給水到汽包。由于內(nèi)管和外 管的溫度、壓力相差很大造成熱膨脹量不同，為了解決這個(gè)問題，內(nèi)管和外管的兩端都焊在 橢圓集管上，進(jìn)口維形腔為滿足，盡量減小裂解氣在此處的停留時(shí)間及保證把裂解氣均勻分 配給每根管子，而被設(shè)計(jì)成特定的形狀。廢熱

3、鍋爐(TLE)設(shè)計(jì)出口溫度最高不超過360C-400C，流量計(jì)及熱負(fù)荷沒有余量系數(shù)， 其設(shè)計(jì)最大壓降為0.07kg/cm2-0.08 kg/cm2。TLE的內(nèi)管介質(zhì)為裂解氣，操作壓力進(jìn)口為 0.72kg/cm2g出口 0.68kg/cm2g，操作溫度：進(jìn)口為815.6C、出口為380.1C ；外管介質(zhì)為水 /蒸氣，操作壓力：126.6kg/cm2g，操作溫度為328C。TLE選用材料，內(nèi)外管選用材料均為 15Mo3，內(nèi)、外管規(guī)格分別為小51*5、473*5，管板選用材料為15Mo3，設(shè)計(jì)厚度為10mm。2、廢熱鍋爐(TLE)現(xiàn)狀：廢熱鍋爐(TLE)，在長期使用過程中，會出現(xiàn)管板、管束發(fā)生變形導(dǎo)

4、致積液和由于長時(shí)間 受到介質(zhì)和溫度、沖刷的共同作用而發(fā)生腐蝕，使管板、管束厚度逐漸減薄，導(dǎo)致泄露發(fā)生。 極大影響了裂解爐的負(fù)荷及壓縮機(jī)透平的正常工作。自開工以來，每臺爐子上的廢熱鍋爐 (TLE)的管板和束都發(fā)生過泄漏情況，主要是管板開裂和管子腐蝕開裂造成的泄漏。自2015 年11月，已經(jīng)連續(xù)對乙烯的6#、7#爐上的TLE進(jìn)行了 6次搶修。為了解決TLE廢熱鍋爐的 泄漏后的焊接修復(fù)問題，我們對TLE廢熱鍋爐產(chǎn)生泄漏的原因進(jìn)行分析，對修復(fù)中遇到的焊 接問題進(jìn)行研究，制定廢熱鍋爐(TLE)的管板和管子的施工工序和焊接修復(fù)工藝，解決修復(fù)中 的焊接質(zhì)量問題，縮短修復(fù)時(shí)間，延長使用周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。3、

5、泄漏的原因分析：力學(xué)性能檢查：內(nèi)管下部約2325mm高為未變形段，上部約89251,11dl / i高為變形段， 在兩段分別取樣作力學(xué)性能試驗(yàn)，表明內(nèi)管所用材料的力學(xué)性能未變形段還是不錯(cuò)的，但失 效部位的常溫力學(xué)性能發(fā)生了很大的變化，比下部未失效部分明顯降低，其中屈服極限降低 了約 24%。硬度檢查：對內(nèi)管變形段及未變形段分別進(jìn)行硬度檢查，其中變形段表面試驗(yàn)7個(gè)點(diǎn)， 未變形段表面試驗(yàn)3個(gè)點(diǎn)，結(jié)果為：變形段表面硬度：174. 5194HB(平均值189)，未變形 段表面硬度：194222HB(平均值215)，這說明內(nèi)管變形后，硬度降低了 12%。金相組織檢查：對內(nèi)管未變形部分和變形部分分別取樣表

6、示未變形內(nèi)管的金相組織由 鐵素體和珠光體組織組成，相比之下，已變形內(nèi)管的金相組織發(fā)生重大的變化，這種結(jié)構(gòu)說 明似乎受到了超過Ac1線(即725C以上)高溫的影響，發(fā)生部分相變及未完全相變，出現(xiàn)帶狀 組織，進(jìn)而引起材料性能變化。由于屈服強(qiáng)度、硬度的降低及材料性能的變化，導(dǎo)致TLE管板、管束在高溫、高壓及流 體沖刷的作用下，管板、管束減薄、腐蝕開裂產(chǎn)生泄漏。二、焊接修復(fù)工藝技術(shù)：該鋼種屬耐熱鋼（15MO3），冷裂敏感性比較大，必須采取一些工藝措施來防止焊接裂紋的 產(chǎn)生。焊前不預(yù)熱則冷裂不可避免，隨著預(yù)熱溫度的升高，接頭抗冷裂的能力得以改善，甚 至冷裂紋全部消除。因此，焊前預(yù)熱溫度在200C左右即可

7、滿足抗冷裂要求，線能量增大， 冷卻速度變慢，導(dǎo)致過熱區(qū)晶粒粗大，韌性變差，因此焊接此鋼種需焊前預(yù)熱至200C左右， 焊后保溫緩冷及對其進(jìn)行熱處理。焊接方法手工氬弧焊，采用小電流、快速焊。國內(nèi)同行對 裂解爐TLE管板修復(fù)補(bǔ)焊均采用同材（E309焊絲）堆焊的方法焊接，且焊前預(yù)熱，焊后需熱 處理，然后進(jìn)行緩冷。且焊接時(shí)間長，對焊工的要求高，工序復(fù)雜，現(xiàn)場熱處理?xiàng)l件達(dá)不到 工藝要求，熱處理形同虛設(shè)，同時(shí)由于材質(zhì)的變化，焊接時(shí)及焊后極易產(chǎn)生裂紋且焊后強(qiáng)度、 硬度達(dá)不到工藝要求，施工質(zhì)量不能保證。1、傳統(tǒng)管板表面裂紋焊接修復(fù)工序：清理雜物一著色檢查一缺陷清除（深度不超過2mm）一預(yù)熱溫度為120 -130

8、度，采用 氧炔焰預(yù)熱，范圍不得小于200*200mm。打底補(bǔ)焊（采用E309焊絲焊接）-著色檢查一再預(yù) 熱一焊接（不得低于母材且不得高于母材1mm，窄道、多層多道焊）-后熱（采用氧炔焰加 熱，200度烘烤10分鐘左右，后緩冷-著色檢查，合格后進(jìn)行熱處理。2、堵頭焊接：清理管內(nèi)雜物一著色檢查一加堵頭一預(yù)熱（120 -130度，采用氧炔焰加熱，范圍不得小于 200*200mm）-打底補(bǔ)焊（采用ERNiCr-3焊絲焊接）-著色檢查一再預(yù)熱一焊接（不得低于母 材且不得高于母材1mm，窄道、多層多道焊）-后熱（采用氧炔焰加熱，200度烘烤10分鐘 左右，后緩冷-著色檢查，合格后進(jìn)行熱處理。3、管內(nèi)孔洞補(bǔ)

9、焊清理管內(nèi)雜物（用氧氣吹掃）一預(yù)熱（120 -130度，采用氧炔焰加熱）-焊接（E309焊絲 焊接）-后熱（采用氧炔焰加熱，200度烘烤10分鐘左右，后緩冷）-焊瘤用直頭磨光機(jī)修磨 -著色檢查，合格后進(jìn)行熱處理。4、采用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行焊接修復(fù)：1） 2015年11月29日6#爐TLE-A消漏，將TLE拆開判斷為管子內(nèi)壁腐蝕泄露，見圖3。（圖4） 7#爐TLE-A腐蝕情況3）7#爐TLE剛剛檢修完，開工期間再次泄露。2016年1月5日6#爐TLE又發(fā)生了泄露， 距離上次的檢修僅僅過了 45天，并且此次的情況更為復(fù)雜，TLE-A/D的管板均產(chǎn)生了鼓泡和 裂紋。2016年2月22日環(huán)境溫度達(dá)到零下10

10、度左右。6#爐TLE又發(fā)生泄漏，在TLE-A有4 處較為嚴(yán)重的裂紋缺陷，TLE-B有1處嚴(yán)重缺陷。2016年3月6日7#爐在TLE-A有3處較為 嚴(yán)重的裂紋缺陷，TLE-D有6處嚴(yán)重缺陷，包括2根管內(nèi)泄漏。5、傳統(tǒng)工藝焊接修復(fù)過程及效果：由上可見，根據(jù)傳統(tǒng)工藝對其進(jìn)行焊接修復(fù)，工序既復(fù)雜，焊接質(zhì)量保證不了，施工時(shí) 間長，嚴(yán)重影響了乙烯廠的長、滿、優(yōu)運(yùn)行，造成了效益的巨大損失。因此，如何改進(jìn)施工 工序和焊接方案，是我們亟待要解決的難題。6、改進(jìn)施工工序和焊接方案通過大量的查找資料和焊接試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn):鎳基焊材ERNiCr-3的耐腐蝕性、耐溫性、止 裂性、流動性、可焊性均能達(dá)到TLE的運(yùn)行條件，并

11、且焊后不需進(jìn)行熱處理，既能保證焊接 質(zhì)量，又能縮短工期且可延長其使用壽命。在2016年2月22日、3月6日TLE的焊接修復(fù) 中，我們采用新的施工工序和焊接方案進(jìn)行施工，施工工序省去了焊后熱處理工序，焊材采 用ERNiCr-3進(jìn)行焊接施工，施工中嚴(yán)格按照施工工序和焊接作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行了施工，做到每 一個(gè)步驟均要經(jīng)過確認(rèn)，方可進(jìn)行下一步的施工，取得了很好的效果。見圖5。圖5施工修復(fù)情況四、經(jīng)濟(jì)效益通過采用新工序和新的焊接方案，施工時(shí)間縮短了 12-16個(gè)小時(shí)，延遲了裂解爐TLE管 板、管束腐蝕周期，延長使用壽命達(dá)1-2年，減少裂解爐非計(jì)劃停爐的次數(shù)2次/年，直接經(jīng) 濟(jì)效益100萬元/臺，間接經(jīng)濟(jì)效益500萬元；效益總計(jì)600萬元。五、結(jié)論按照優(yōu)化后的方案，可以縮短施工時(shí)間，提高焊接返修質(zhì)量。1、解決乙烯裂解爐TLE管板、管束腐蝕焊接返修難題，優(yōu)化了施工工序，縮短了施工修 復(fù)時(shí)間。2、延長乙烯裂解爐TLE管板、管束的使用壽命，延長維修周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。六、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)傳統(tǒng)的焊接施工一般選用同材或者與原材料相近的焊材進(jìn)行施工，針對6#、7#爐TLE管 板的腐蝕情況、劣化程度及可焊性，大膽采用能符合工況強(qiáng)度、溫度及耐腐蝕的特點(diǎn)，可焊 性、流動性較好的焊材進(jìn)行焊接施工，同時(shí)簡化了施工工序。