加氢反应器的质量控制

刘斌

摘 要：加氢反应器是各种加氢工艺过程或加氢装置的核心关键设备，其制造工艺复杂、检验项目繁多、运行服役条件苛刻，操作危险性极高，是石化产品中的高端设备。本文主要介绍了加氢反应器各制造工序的流程及各关键工序的质量控制要点，通过一些列的质量控制手段，较好地保证了产品质量。

关键词：加氢反应器 制造 质量控制

1、加氢反应器介绍

1.1结构简图（图1）

1.2结构特点

该设备为板焊结构，其内径1600mm，壁厚117mm，由5节组成，封头内半径SR824mm，最小壁厚68mm，设备重量89.386吨。整个容器位于裙座圈上，高度为18.505m，容器内壁（包括封头、筒体、法兰以及接管和弯管）全部堆焊TP.309L+TP.347不锈钢，反应器设有油气进出口、催化剂卸料口、冷氢进口、热电偶口、人孔等15余个接管孔，所有接管均采用整体补强结构，裙座采用对接结构，各接管密封采用八角垫结构，设备上下各有一个90°弯头，容器内壁堆焊有五个凸台，安装有冷氢盘、分配盘等内件。受压元件材料选用铬钼钢12Cr2Mo1R钢板和12Cr2Mo1锻件，接管法兰为整体锻造加工。

2、原材料控制

材料的采购和验收是设备制造质量的关键环节，因此从材料化学成分控制，冶炼方法，晶粒度等级，热处理（包括升降温速度及冷却速度等），力学性能的保证，严格按照加氢技术要求执行，对材料的P、S、Si等合金元素及微量元素含量进行严格要求，从而控制J系数以满足技术条件的要求，为保证焊接材料的纯净度要对焊材的X系数加以控制。钢板供货状态为正火（允许加速冷却）加回火。主体材料除了对化学成分，力学性能等加以严格控制外，还必须按技术要求进行回火脆化倾向评定试验，阶梯冷却工艺严格按技术要求执行，严格控制加热温度、保温时间及冷却速度，试验按要求在不同温度下进行，必须包括-30℃，合格后方可使用。主体板材需逐张100%UT检测，并严格按照技術条件要求进行取样、试验、分析、复验等检查合格后方可投入使用。

3、Cr-Mo钢焊接

2.25Cr-1Mo钢合金元素含量较高而有较大的淬硬倾向，且壳体壁厚较厚，刚性强，焊接接头应力较大，在焊接过程中在焊缝金属和热影响区容易形成淬硬组织和产生冷裂纹。扩散氢的存在易导致氢脆，产生氢致裂纹及延迟裂纹。钢中含有的Cr、Mo等合金元素为强碳化物形成元素在较大焊接应力的存在情况下使焊接接头的过热区有再热裂纹倾向；焊接接头中的P、S及残余元素Sb、Sn、As的含量超过技术条件和相应标准容许极限时会出现回火脆性，影响其焊接性能和焊接接头的力学性能及使用性能。为防止制造和使用过程中壳体焊缝及接管焊缝产生氢致裂纹及延迟裂纹，焊接过程中需要采取严格的预热、层间温度的控制和焊后立即消氢及中间热处理等工艺措施，具体如下焊前均匀预热，温度≥170℃，预热范围为单侧坡口边缘≥3倍壁厚。采取火焰预热，纵、环缝双侧预热，接管环形加热，保证预热温度。筒体纵缝采用U型坡口，双面埋弧焊；环缝焊接采用U+V型坡口，U侧埋弧焊加V侧焊条电弧焊。壳体环缝采用窄间隙埋弧自动焊，采用侧壁光电跟踪和自动防偏的焊接滚轮架，每层焊接2道，可获得熔敷金属量少，焊接变形量小，含氢量低，抗裂性好，焊接质量高的焊接接头。

4、壳体内壁堆焊控制

设备内壁堆焊6.5mm不锈钢为TP.309L+ TP.347，设备堆焊采用高效率带极堆焊方法，焊带宽60mm，包括带极埋弧堆焊和带极电渣堆焊。带极埋弧堆焊熔深较大，堆焊层与基材的结合面强度高，但稀释率较高；带极电渣堆焊熔深小，基材稀释率低，表面成形平整。根据加氢反应器对堆焊层的特殊要求，堆焊方法过渡层采用带极埋弧堆焊和耐蚀层采用带极电渣堆焊，这样既能保证过渡层与母材的结合强度，又能确保耐蚀层的化学成分和堆焊表面平整度满足产品质量和技术要求。过渡层堆焊后保持预热温度直至进行消氢处理，消除堆焊层中的扩散氢，并通过后续热处理消除堆焊的残余应力，避免设备运行过程中堆焊层出现氢剥离。通过控制堆焊层化学成分和焊接参数，将堆焊层中铁素体含量控制在技术条件要求范围内，保证在堆焊过程中既不出现热裂纹又能尽量减少堆焊层中脆性相的产生，保证其抗蚀性和力学性能及堆焊质量。

5、尺寸控制

采用下料时严格控制下料尺寸，测量对角线尺寸，精确控制下料尺寸，下料时考虑卷制及校圆伸长量，三辊卷板机预弯后，气割直边余量，然后机械加工纵缝坡口，再卷板机二次合口温校成型，保证各个筒节的卷制次数及下压量相同，筒节成型后，测量上、中、下三处圆周长，严格控制筒体成型的圆度。筒体装配过程中采用拉筋板油压机配合方式及斜体固定吊车牵引方式控制纵环缝错变量。筒体垂直度及直线度采用光学仪器测量方法保证其公差要求。接管采用机加工坡口及预留二次加工余量方法保证其装配纵环向及高度尺寸。

6、无损探伤控制

产品零件组装前对所有纵环缝坡口进行100%MT检验，焊后对所有A、B、D类焊接接头进行100%MT、100%UT、100%RT，包括裙座焊缝100%RT检验。所有过渡层进行100%PT检验，所有耐蚀层进行100%PT、100%UT及UT测厚，热处理及水压后对所有A、B、D类焊接接头进行100%MT、100%UT。

7、热循环

在整个产品制造过程中，不同零部件在不同的时段要经过不同的热处理过程，为了保证加氢制造技术要求中规定的模拟焊后热处理后的力学性能满足要求，针对加氢反应器的整个制造过程制定了详细的热循环，并对热循环各个环节的加热温度，升降温速度及保温时间加以严格控制，并最终满足产品性能要求。

8、水压控制

水压试验严格按照技术要求，使用氯离子含量不大于15mg/L的水进行水压试验，并且保证水温不低于15℃，严格按照标准升降压及保压要求进行检验。采用B法进行氨检漏试验，充氨气前采用含氧量测试仪测量筒体内含氧量，用酚酞试液喷淋法对反应器所有焊缝及法兰密封面进行检验。

9、其他特殊工序控制

筒体内壁堆焊后对所有堆焊层表面以下3mm范围内金属进行化学成分分析，满足技术条件要求，对堆焊层金属进行铁素体含量测量保证铁素体含量在FN3-FN10范围内，对所有Cr-Mo钢焊接接头进行硬度检查，硬度值小于220HB。对所有Cr-Mo钢焊接接头进行化学成分分析，满足技术条件要求。对产品焊接试样进行步冷试验，满足产品对回火脆化倾向的要求。

10、结语

严格按照设计、工艺及技术条件要求执行完成了加氢反应器的制造检验，通过对每一道工序的严格控制最终使产品的各方面数据满足了设计要求，使产品质量得到了有效控制。

参考文献

[1]《钢制化工容器制造技术要求》中华人民共和国工业和信息化部2011.06.01.

[2]《压力容器》第4部分：制造、检验和验收中华人民共和国国家监督检验检疫总局2011.03.01.