裂解炉炉管过渡管焊接管控

李辉源 龚春雷

摘 要：乙烯裂解炉是裂解气加工重要设备。裂解炉主要包括急冷器、辐射段以及对流段几大部分内容。但是在急冷器与辐射段炉管中间，有一个经常被疏忽的部件，就是过渡管，过度管材料（ZG40Cr25Ni35Nb）。炉管的焊接技术一直是研究人员关注的重点内容，过渡管与炉管的焊接及新旧炉管的焊接作为本文的切入点。

关键词：过渡管;渗碳;裂纹;焊接技术

裂解炉辐射段炉管可单投石脑油，也可混投石脑油+拔，入口温度为550℃左右，原料通过高温产生裂解气，出口温度为840℃左右。炉膛内通过底部燃烧器、侧壁燃烧器对炉管进行加热，使炉膛内平均温度在1000℃以上。其中，辐射段炉管对烃类裂解做出反应，而炉管外部是燃烧放热的区域。

1存在的问题

1.1 原材料缺陷

裂解炉炉管损坏原因及其复杂，在裂解炉炉管失效的各种因素共同作用中，其中在炉管损坏中22%为合金渗碳引起材质劣化。由于高温燃烧渗碳等原因，导致炉管出现堵塞、弯曲等变形，受各种热应力和渗碳的影响，导致炉管发生断裂等损坏。

1.2 化学成分偏析

成分偏析是由于凝固或固态相变而导致的合金中化学成分的不均匀分布。此种元素是提升材料抗氧化性能的重要元素，如果出现含量提升状况，便会对焊接施工形成影响，是诱发焊接热裂纹的主要原因之一。

1.3 焊接缺陷

在现场的新旧炉管焊接过程中，也曾多次出现裂纹、未焊透、气孔、夹杂等焊接缺陷。在焊缝结晶过程中杂质会形成低熔点结晶。在低熔点共晶物中。结晶容易被推挤到晶界上方，形成液态薄膜状，凝固收缩时焊缝金属产生拉应力作用，液态薄膜承受不了拉应力而产生热裂纹。

2原因分析

2.1 对原材料分析

2.1.1 炉管组织成分变化

在裂解炉管内裂解反应中，炉管内高活性碳原子由表面向基体内部逐渐渗入并发生扩散。还有结焦产生的焦炭对炉管内壁的渗碳作用也很强烈，在炉管内壁形成一层“渗碳层”。

2.1.2 金相分析

提取旧炉管200mm的长方形试块， 用磨光机抛光后用光学显微镜进行损伤层深度测量，比较试样渗碳层横截面的深度和成分，并且对炉管内外壁渗碳状况进行分析比较。

经研究表明，炉管损伤层的深度发展及不均匀，炉管内外壁损伤深度也有所不同;有些均匀演变，有些局部损伤。同时也表明沿晶界延伸是损伤的主要原因，損伤层分布不同，从内外壁边缘向中心逐渐减轻。此外，炉管内外表面均发生了石墨化现象，内表面更严重，石墨化层更深。

2.2 化学成分偏析分析

在进行焊接时，由于焊接热输入量管控措施不当，并未能保证焊接一次合格率，无形中增加了返工概率，造成焊接过程中出现金属二次过热问题。此外，因为开口面积会对补焊热形成较大影响，在多层焊以及电流大小处理的不合适，造成化学成分偏析问题发生可能性。

2.3 热裂纹分析

热裂纹经常出现在旧炉管热影响区，与焊缝平行或垂直，裂纹表面为氧化后色彩（深蓝色）。观察断口，断裂时未发生明显塑性变形，显示旧炉管材质已极脆。

由于辐射段炉管和过渡管材料为ZG40Cr25Ni35Nb，属于高铬镍耐热合金钢材料，此材料具有导热性差、焊接时容易出现裂纹以及气孔等问题，焊接性能相对较差，所以需要做好焊接施工规划与管控，以防因焊接不当，致使最终炉管焊接受到影响。在辐射段炉管和过渡管使用过程中，可能会出现烧损问题，此时需要对烧损部位展开焊接处理。

3应对措施

3.1 降低原材料缺陷

原材料自身质量问题，也是焊接施工需要注意的内容。为降低原材料产生缺陷可能性，焊接人员可通过对相应机械设备的运用，完成坡口加工，以防火焰切割对原材料产生影响。同时在正式展开焊接之前，需要认真展开坡口清理、外观以及着色渗透检查等操作，应保证坡口表面不会出现分层、裂纹以及夹渣等问题。

3.2 控制化学成分偏析

为避免化学成分偏析这一问题出现，焊接人员一方面需要做好材料质量把控，科学展开有害杂质控制，要在进行焊接施工之前，做好破口处理与清洁;另一方面应做好焊缝温度把控，防止出现焊缝过热问题，避免出现粗大柱状晶。焊接施工全过程需要对焊接温度展开严格控制，应保证每一层间温度都可被控制在75℃以下范围，保证焊接接头韧性。

3.3 对焊接缺陷采取的措施

3.3.1对口要求

按照管道对口要求内壁平齐，错口不得大于0.5mm，对口应做到无应力对口。在焊缝组对前彻底清理管口，必要时可采用药剂进行坡口清洗，以防油污、杂质等熔进焊缝，导致热裂纹产生。

3.3.2焊接要点

运用临时点进行搭桥固定，展开定位焊。保证焊缝长度可以被控制在8-13mm范围内，高度可以被控制在3mm左右。按照相关规定要求，每个焊口均会分布3到4个焊点。

由于合金钢容易出现被硫化问题，热裂纹出现概率较高，所以在焊接前，需要如上文所述，对焊接坡口展开详细清理，做好表面灰尘以及油污等清洁工作。

在具体进行烧损部位焊接时，需要先运用炉管焊丝对旧炉管坡口表面实施堆焊处理，并且要注意层间温度，并要在完成施工之后，再对新旧炉管展开组对焊接施工。此种焊接方式就是对旧炉管坡口表层金属展开重熔、再结晶处理，形成一层新的金属层，有效提高炉管可焊性，保证炉管塑性。

结束语：

通过本文对乙烯裂解炉辐射段炉管和过渡管焊接相关内容的阐述，使我们对炉管焊接以及焊接技术具体应用方式有了更加清晰的认知。对于服役时间较长的旧炉管与新炉管的焊接，必须采用合理的焊接工艺方法，如预先在旧管上进行堆焊、采用小焊接参数、控制层间温度等可有效防止裂纹的出现。应加大对炉管焊接技术的研究力度，明确焊接材料、施工工艺以及焊接检验等各项工作具体开展方式，进而制定出最优化焊接施工方案，确保炉管焊接质量可以达到预期要求，从而为企业乙烯生产做出更多贡献。

参考文献：

[1]宋德光，李荒，焦勇华.乙烯裂解炉辐射段制造和检验[J].石化技术，2018，v.25（07）：39+54.

[2] 华丰，方舟，邱彤.乙烯裂解炉反应与传热耦合的智能混合建模与模拟[J].化工学报，2018.

[3]吴建平.乙烯裂解炉辐射段炉管破裂原因探讨[J].石油化工腐蚀与防护，2017（02）：59-65.