碳洗塔接管与筒体角焊缝裂纹的修复

徐延梅 张希海(山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东 德州 253024)

0 引言

碳洗塔是煤气化装置的关键设备，其将来自气化炉的工艺气经洗涤冷却后，通过内部旋流板的旋转和离心作用进行分离，再经过丝网除沫器除去气体夹带的雾沫后，送至后续工段。由于塔内介质成分、水质、原始制造等原因，经常发现碳洗塔筒身焊缝裂纹、接管焊缝缺陷、接管锻件缺陷等问题。

1 碳洗塔设备及接管焊缝缺陷概述

气化系统压力高、温度高，碳洗塔工作温度6.39MPa,温度246℃,介质成分含有H2、硫化物、氯离子、灰水等，因此碳洗塔运行工况较恶劣。设备在加工制造时也会产生制造缺陷，在长期的高温高压下运行，易对设备造成损害。在碳洗塔定期检验时，经常发现设备筒身焊缝裂纹、接管焊缝缺陷、接管锻件缺陷等各种缺陷，给设备的正常运行带来很大安全隐患。为确保设备安全运行，在年度检查时，对所有筒身焊缝、接管焊缝、接管锻件等进行着色检测，以期能够及时发现缺陷并处理。

在年度检查时，发现碳洗塔一处液位计接管与筒体内壁角焊缝热影响区存在明显裂纹。对缺陷处进行打磨，裂纹由内筒体复合层内壁表面向筒体基层方向扩展，裂纹长度和深度均沿壁厚方向逐渐增加。对焊缝周围加热至150℃后，用碳弧气刨沿裂纹向筒体内壁基层方向逐层剔除，发现裂纹不断延伸扩展至基层，局部基层已经裂透，如图1 所示。

图1 碳洗塔裂纹缺陷图

2 裂纹缺陷产生原因分析

2.1 材质因素分析

碳洗塔筒体材质为13MoNiMoNbR+304L 复合板，壁厚55+4mm。基层材质13MoNiMoNbR 是一种低合金高强度钢，其强度高、抗冲击韧性好、焊接性能好，常用于制造大型厚壁压力容器。该材质淬硬倾向较大，具有一定的冷裂倾向，容易产生再热裂纹，焊接过程需要采取焊前预热、焊后消应力等措施防止产生焊接裂纹。

2.2 介质因素分析

碳洗塔介质成分含有H2、CO、CO2、H2O、硫化物、氯离子、灰水等。其中H2、硫化物、氯离子等对碳洗塔危害较大，高温H2和湿H2S 型腐蚀对设备的腐蚀尤其明显，氢深入焊缝使焊缝塑性降低导致氢脆，使焊缝热影响区部位出现裂纹。湿H2S 环境则对不锈钢复合层造成应力腐蚀，同时，氯离子对不锈钢的破坏作用也会随着浓度和温度的升高而逐步加剧，氯离子腐蚀导致不锈钢表面产生大量裂纹。

3 裂纹缺陷处理

3.1 裂纹缺陷的检查、清理

(1)将设备接管内、外焊缝处用砂轮机打磨干净，对接管周圈进行渗透检测，确定裂纹位置。

(2)根据现场打磨观察，接管裂纹延长至整圈焊缝，局部为贯穿性的。对接管修复采取整圈修复的方式，将原焊缝彻底挖除清理，重新焊接。

(3)将接管与筒体角焊缝整圈气刨割除，若裂纹不是贯穿性的，则气刨直至裂纹完全清除为止。若裂纹是贯穿性的，气刨深度达到55mm 时，用砂轮机和电磨对缺陷位置进行打磨，打磨完成后表面应保持平整，杜绝存在分层、夹渣、裂纹等缺陷，焊缝及其两侧30mm 范围不得有水、油、锈、积渣和其它有害杂质存在。确定坡口底部裂纹的具体位置和长度，做好标记，确保55mm 坡口范围内100%渗透检测Ⅰ级合格。

(4)消氢热处理。缺陷彻底清除后，对角焊缝部位做消氢热处理。设备内外接管与筒体角焊缝缠加热绳或贴加热带，加热带用石棉被包裹。热处理150℃以下自由升温，150℃以上升温速度≤130℃/h，达到350℃后，恒温6h 后降温，降温速度≤130℃/h，降至150℃时自然缓冷至常温。

3.2 裂纹缺陷的修复

焊接采用手工电弧焊，焊条采用ENiCrFe-3。该焊条是一种镍基焊条，可用于异种钢的焊接，高温强度好，抗氧化能力强，焊缝成型好，不易产生缺陷，能够满足苛刻的射线探伤要求。焊条350℃烘干2h 后，置于保温筒内100℃保温。焊接过程严格控制焊接电流和焊接速度，仰焊或立焊时焊接电流适量减小。焊接过程中施焊环境条件应满足风速小于4m/s，相对湿度小于90%。

(1)消氢热处理后先在设备外进行焊接，焊接前用电加热器对焊接部位300mm 范围进行150℃预热。焊接过程中，引弧应在焊接部位内进行，禁止在焊接部位以外的设备表面引弧和试验电流，防止电弧擦伤设备。焊接过程注意彻底清理层间药皮，保证全焊透。施焊收弧时将弧坑填满，施焊过程确保引弧和收弧处质量。多层多道焊层间接头搭接量50%～60%。每焊一道焊缝，即采用焊后锤击方式消除焊接应力，注意盖面层不能采取锤击措施。

(2)第一遍焊接完成后，对焊接部位进行100%渗透检测，Ⅰ级合格后，继续焊接，焊前150℃预热。焊接完成立即清理焊缝表面，检查焊缝外观。

(3)外部焊接完成后，用气刨对设备内进行清根，清根后做100%渗透检测， I 级合格后，开始焊接设备内部焊缝。

(4)设备内焊接前按照步骤(1)进行预热，焊接完成，外观检查合格后，对焊接部位进行100%渗透检测，Ⅰ级合格。

3.3 焊后热处理

无损检测合格后，对焊接部位进行消氢和消应力热处理。热处理方法为用局部电加热器加热，设备内和设备外均用加热带缠绕，石棉被包裹，消氢热处理温度为350℃，时效热处理温度为420±10℃。150℃以下自由升温，升温速度130℃/h，达到350℃后，保温6h，升温至420℃，升温时间为1h，温度达到420℃后，保温4h 降温，降温速度130℃/h，降至150℃时自然缓冷至常温。

4 结语

碳洗塔运行环境差，高温高压下氢气、硫化物、氯离子等成分对设备的筒体和接管等部件造成了腐蚀等影响，而其主体材质13MoNiMoNbR 钢因其有淬硬倾向，制造和维修时的焊接过程，也容易导致裂纹的产生，给设备埋下安全隐患。因此在碳洗塔的运行操作中，须严格控制介质中成分的含量，平稳操作。在检查维修时，须对设备全面检测，及时发现缺陷并修复，修复过程严格按焊接工艺要求进行焊接，严格执行热处理工艺规定等，避免焊缝中的氢及焊接残余应力导致缺陷的产生，减少设备的安全隐患，确保设备安全稳定运行。