加氢反应器堆焊层裂纹的修复

张军

（中海石油舟山石化有限公司机械动力部，浙江 舟山 061025）

某石化馏份油加氢装置安装有1台加氢改质反应器，该反应器于2008年3月投用，2010年5月装置大修，反应器首次压检，未发现堆焊层裂纹缺陷，安全等级评定为3级；2013年5月装置大修，反应器第2次压检，检验发现反应器顶部分配盘支撑圈下部手工堆焊处存在11处裂纹，10处较浅裂纹打磨、补焊耐蚀层后消除，1处裂纹深入过渡层但未到基层，补焊中随焊随裂、缺陷不断扩大，未再处理，安全等级评定为4级、监护运行；2015年10月装置大修，反应器第3次压检，检验发现反应器顶部分配盘支撑圈上、下部手工堆焊处存在8处裂纹（其中1处裂纹为2013年遗留），8处裂纹返修全部消除，安全等级评定为3级；2018年10月装置大修，反应器第4次压检，对2015年返修的8处裂纹进行检查，未发现再裂。

1 反应器技术参数

反应器设计压力10.4MPa，设计温度450℃，主体材质2.25Cr-1Mo，堆焊层材质TP309L+TP347，筒体厚度116+6.5mm，封头厚度65+6.5mm。

2 堆焊层裂纹情况

2015年反应器压检发现顶部分配盘支撑圈上下部手工堆焊处存在8处裂纹，其中1处裂纹位于支撑圈上部、7处裂纹位于支撑圈下部（其中1处裂纹为2013年遗留），经打磨消除裂纹，打磨最深处6mm左右，用硫酸铜溶液检测，未到达基层。图1为典型堆焊层裂纹缺陷图。

3 堆焊层裂纹修复

（1）打磨前消氢。由于反应器为在役设备，运行过程中介质中的氢可能进入母材，故须先对缺陷返修区域进行消氢处理，消氢方式为电加热，消氢处理恒温温度为350℃土20℃，保温时间12h。

图1 典型堆焊层裂纹缺陷

（2）着色标记。消氢处理降至常温后对裂纹区域再次进行着色检测，完成缺陷标记。

（3）缺陷去除。a)对标记缺陷部位采用电动铣刀打磨去除，打磨过程控制进刀量，每次去除深度≯0.5mm，以防局部过热（温度≯100℃），必要时打磨部位淋水降温；b)对缺陷去除后部位进行100%PT，I级合格。

（4）不同深度缺陷的处理方法。

a)打磨深度≤l.5mm，不予补焊；b)1.5mm＜打磨深度≤4.0mm，用Avesta347 φ3.2焊条补焊；c)4.0mm＜打磨深度≤12.0mm，用Avesta309L φ3.2焊条(过渡层)+Avesta347 φ3.2焊条(耐蚀层)补焊；过渡层焊至离堆焊层表面3～3.5mm处，余下的进行耐蚀层焊接。

（5）缺陷修复工艺。a)返修采用焊条电弧焊，堆焊层焊条为Avesta309L、Avesta347，直径φ3.2；b)补焊用焊条使用前进行烘焙，烘焙后放置在专用的保温桶内，桶内焊条放置时间不得超过4h，超过放置时间必须重新烘焙；c)焊接采用短弧操作，并严格控制道间温度；d)过渡层焊前预热，焊前预热及道间温度150～200℃，当返修深度＞5mm时，焊后立即进行消氢处理，消氢处理恒温温度为350℃土20℃，保温时间2h；当返修深度≤5mm时，不必进行消氢处理；过渡层焊后应测量距离表面的高度并根据实际情况进行修整，为了保证面层的有效厚度，应打磨至距离表面3～3.5mm；e)耐蚀层堆焊采用Avesta347焊条，焊前不需预热，焊接道间温度≤100℃；f)焊接时注意收弧处的质量，收弧时应将熔池填满；g)耐蚀层焊缝余高控制在≤1.5mm，且与周围堆焊层打磨成圆滑过渡；h)焊接工艺参数（表1）。

表1

（6）返修焊缝检测。a)过渡层焊缝焊后24h进行外观检查和100%PT检测，按JB/T4730标准 Ⅰ级为合格,合格后方可进行耐蚀层的焊接；b)对耐蚀层焊缝进行外观检查和100%UT+100%PT检测，按JB/T4730标准Ⅰ级为合格。

（7）铁素体检测。全部堆焊完毕后，在焊态下对耐蚀层进行铁素体数测定，每处至少测6个读数，以铁素体数3～10FN为合格。

（8）焊接热处理。①打磨前消氢。对缺陷部位及四周不少于200mm区域进行消氢处理。为了保证消氢效果，采用履带式工装加热器，在筒体内侧对返修区域进行局部消氢，将返修区域均匀加热至350±20℃，保温12h，同时筒体外侧设置保温棉，棉厚60mm，保温区域为对应的加热区及加热区以外不少于200mm，以减少温度梯度。焊件保温期间，加热区内最高与最低温度之差不易大于20℃；降温至200℃后，可在静止空气中冷却。内侧加热时，必须保证每块加热器至少设置1个测温点。②过渡层焊后消氢。过渡层返修完毕后，立即进行350±20℃，保温2h的焊后消氢处理，方案同上。③预热及道间温度控制。过渡层焊前进行预热，焊前预热及道间温度控制150～200℃。预热采用打磨前消氢处理相同的方案，返修焊接时间较长时，热处理配合道间温度控制，将加热器设置到返修对应位置的筒体外侧，采用接触式测温仪测温配合焊接进行道间温度控制。

4 结语

（1）反应器顶部分配盘支撑圈上下部手工堆焊处频繁出现的裂纹，经打磨均能发现夹杂、密集气孔等缺陷源，说明手工堆焊埋藏缺陷诱发了堆焊层裂纹的形成。众多源发于堆焊层的裂纹没有一处扩展至铬钼钢基层，说明加氢反应器堆焊层裂纹一般不会向铬钼钢基层扩展。

（2）该返修方案经设备3年运行检验，证明是行之有效的。反应器堆焊层裂纹可能还会出现，但掌握了缺陷处理的手段就能做到有备无患。