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鍛焊加氫反應器的檢驗和安全分析

文檔作者：李輝文檔來源：黑龍江省特種設備檢驗研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月10日
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第1期
2011年1月
鍋爐制造
BOILER MANUFACTURING
NO．1
Jan．2011
文章編號：CN23—1249(2011)01—0055—03
鍛焊加氫反應器的檢驗和安全分析
李 輝
(黑龍江省特種設備檢驗研究院，黑龍江哈爾濱150036)
摘要：本文分析了加氫反應器的技術的特點，根據(jù)其制造時的特殊性針對在用檢驗提出了具體措施和要求，
以確保設備的安全使用。
關鍵詞：加氫反應器；在用檢驗；安全分析
中圖分類號：TG457 文獻標識碼：A
Check and Safety Analysis of Forged W elding
Hydr0genati0n Reactor
Li i
(Heilingjiang Institute of Special Equipment Inspection，Harbin 150036，China)
Abstract：This paper analyzes the technology features of hydrogenation reactor．according to the par—
ticularity of its manufacture specific measures and inspection requirements of the check in service are
provided to ensure the safe service of the equipment．
Key words：hydrogenation reactor；check in service；safety analysis
0 引 言
鍛焊加氫反應器是煉油化工行業(yè)的關鍵設
備，一般工作在高壓、高溫、臨氫條件下，使用環(huán)境
十分惡劣。我國的加氫反應器是在80年代初引
進日本技術，首臺產品是在中國第一重型集團公
司生產的，目前一重的制造能力已達到千噸級加
氫。粗略統(tǒng)計國內的加氫反應器已超過200多
臺。加氫反應器主要材質為2．25CrlM鍛件焊接
制成，設計壁厚8O～240之間，內壁堆焊347和
309兩層不銹鋼，設計壓力為8—20MPa，設計溫
度400～440℃ ，介質主要是H2、H2S、油等。由
于反應器面臨著介質腐蝕、應力腐蝕、氫脆、回火
脆化等一系列問題，因此通常認為影響反應器使
用安全的主要原因是堆焊層表面開裂和氫致開
裂，以及母材的回火脆化。目前國內使用的加氫
反應器已20多年左右，其危險隱患逐年增加，現(xiàn)
在根據(jù)國內的各煉油廠開罐檢驗情況以及對反應
器的試驗研究來看，本人針對加氫反應器的檢驗
和安全分析提出以下建議。
1 有關檢驗的一些問題
1．1 堆焊層金屬表面裂紋的檢驗
由于制造和使用的原因堆焊層表面裂紋往往
表現(xiàn)如下：
1)裂紋出現(xiàn)在內部支撐的凸臺部位；
收稿日期：2010—11—12
作者簡介：李輝，黑龍江省特種設備檢驗研究院高級工程師，主要從事壓力容器檢驗安全工作。
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· 56· 鍋爐制造 總第225期
2)裂紋以環(huán)向裂紋和龜裂為主；
3)鐵素體含量偏高的部位。
由于不銹鋼堆焊層在操作中的吸氫會造成焊
縫金屬延伸性降低，在熱應力、局部應力集中或焊
接殘余應力的作用下，制造和使用中產生的微小
缺陷在堆焊層的13"相和網狀鐵素體中得以產生
和發(fā)展，形成堆焊層的表面裂紋。
對于不銹鋼堆焊層金屬表面裂紋的檢驗，主
要采用目測和滲透檢測，首先找出缺陷部位，并對
缺陷部位進行鐵素體含量分析，對于鐵素體含量
較高的部位作為檢驗的重點，必要時可利用金相
檢驗。發(fā)現(xiàn)的表面裂紋一般打磨消除，對于較深
的裂紋可采用超聲波確定裂紋的深度并進行安全
分析，由于焊接返修工藝比較難控制，沒有必要一
般不進行返修，如確實缺陷嚴重的可找有安全評
估資格進行評估。
1．2 堆焊層氫剝離裂紋的檢驗
根據(jù)國內外的資料介紹堆焊層的剝離是使用
中內壁產生的主要缺陷。其主要表現(xiàn)為：
1)剝離裂紋出現(xiàn)在堆焊層與母材熔合面的
堆焊層一側，沿著生長在熔合面上粗大奧氏體晶
粒的晶界形成和發(fā)展，其性質屬氫脆斷口；
2)兩條焊道的搭接部位為剝離裂紋最容易
出現(xiàn)的部位，剝離裂紋大多為片狀，且基本平行于
堆焊層的熔合面；
3)堆焊層的剝離裂紋產生與制造和使用過
程緊密相關，制造的因素主要包括焊接材料、焊接
T藝、熱處理等：使片j中的岡素主要是開、停和操
作工況等。
剝離裂紋的檢測主要采用超聲波方法，如需
要精確定位定量時，應從堆焊層一側采用雙品直
探頭來測定。
1．3 加氫反應器主焊縫的檢驗和2、25C1M 的鋼
材回火脆化
研究表明2、25C1M鋼在370～565 oC區(qū)間會
發(fā)生回火脆化，鋼中P、sn、As和sb等雜質元素
在品面上的偏析是回火脆化的主要原因，回火脆
化的敏感性具體反映在兩個參數(shù)上，回火脆化敏
感性(X、J)和脆性轉變溫度，x和J系數(shù)值較高，
其回火敏感性較大。
X=(10P+5Sb十4Sn+As)X 10一 (ppm)
J=(Si+Mn) X(P+Sn)X 10 (％ )
通常脆性轉變溫度的衡量參數(shù)有vTr5和
FATF。一般加氫反應器的設計溫度在400—440
℃ ，由于2．25CrlMo鋼是鉻鉬鋼中回火脆化敏感
性較高的材料，因此反應器發(fā)生回火脆化是不可
避免的。經有關資料記載，近幾年反應器簡體焊
縫金屬的脆化系數(shù)沒有得到較大的改進，其焊縫
的回火脆化狀況也沒有發(fā)生太大的改善。
對于主焊縫來說目前檢驗問題變得十分突
出，由于簡體母材和焊縫的回火脆化，造成韌性降
低，一些較小的缺陷就可能得到較快的擴展而導
致反應器失效，而反應器的強度主要是由筒體母
材和焊縫來保證的。岡此對反應器的主焊縫檢測
要求較高，現(xiàn)場超聲波檢測時應適當提高檢測靈
敏度以保證發(fā)現(xiàn)較小的缺陷。
由于要考慮回火脆化對主焊縫的影x、J系
數(shù)的測定，并和以往的數(shù)據(jù)進行比較，以評定回火
脆化對母材的影響。
1．4 反應器的硬度和鐵索體含量的檢驗
過高的硬度會降低焊縫和材料的韌性和抗應
力腐蝕的能力，加氫反應器的硬度控制在HB225
以下，一般采用金屬硬度儀來檢測。鐵素體含量
過高，將造成制造中產生的小缺陷在盯相和網狀
鐵素體中引起開裂，在檢測中重點檢測制造時的
返修部位，鐵素體的含量控制在3—10％之間。
2 與反應器安全分析有關的問題
2．1 堆焊層表面裂紋的擴展模式及其安全分析
裂紋從堆焊層金屬的表面向容器內壁擴展，
嚴重的會穿透堆焊層，多數(shù)裂紋是穿不透347和
309堆焊層的交界面，但也有極少數(shù)的裂紋會穿
過309堆焊層。
堆焊層是用來確定反應器抗腐蝕裂紋的能
力，對于裂紋比較淺的可直接打磨消除，較深的測
定深度。根據(jù)需要估算裂紋的擴展速率，嚴重的
應進行監(jiān)控。
2．2 剝離裂紋的安全分析
對氫剝離裂紋的安全分析主要包括三個方面
的問題：
1)對于檢驗中發(fā)現(xiàn)的叫小面積的剝離裂紋
對安全影響不大，對于面積較大的剝離裂紋應重
點檢測該裂紋除平行于表面外，是否有其他方向
發(fā)展的趨勢，如沒有僅是平行于表面的氫剝離應
無太大的影響；
2)對堆焊層抗剝離性能定量評價，研究在用
堆焊層抗剝離傾向分析；
[下轉第59頁]
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第1期 楊宏權，等：熱處理工藝規(guī)程管理系統(tǒng)的開發(fā)與應用 ·59·
工藝編制過程，縮短技術準備周期。對熱處理工
藝規(guī)程進行系統(tǒng)化管理已通過建立熱處理工藝規(guī)
程管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫得以實現(xiàn)。而對于簡化工藝編
制過程，我們則通過在CAPP系統(tǒng)下建立與熱處
理工藝規(guī)程管理系統(tǒng)的鏈接，使工藝人員在編制
工藝的過程中，能夠方便地查到工藝規(guī)程編號，并
將其填寫在工藝文件中。在CAPP系統(tǒng)界面中選
擇“外部程序”鍵，并點擊“capp—wps—hps”鍵，則
可以進人工藝資源的界面，在此界面中可以按車
間節(jié)點很方便地查找到所需的工藝規(guī)程編號。
4 結 論
通過對熱處理工藝規(guī)程管理系統(tǒng)的使用，說
明該系統(tǒng)的建立具有一定的實際意義。
(1)簡化了工藝編制過程，縮短了技術準備
周期。
(2)使熱處理工藝更加規(guī)范化，標準化。
(3)有利于技術數(shù)據(jù)的傳承及技術儲備。
(4)實現(xiàn)了熱處理數(shù)據(jù)資源共享，推動了公
司的信息化建設步伐。
[上接第56頁]
3)對氫剝離裂紋本身的定性，以及對氫剝離裂紋
和制造時的貼合不良進行區(qū)分，大致確定氫剝離
裂紋的擴展速率，為氫剝離裂紋的安全分析提供
可靠的依據(jù)。
總之由于堆焊層剝離性能與介質氫濃度有較
大的關聯(lián)，因此在在設備使用前應控制操作條件
和開停工等的環(huán)境因素。
2．3 回火脆化的安全分析
由于反應器長期處在材料回火脆化溫度范圍
內，主體材料的回火脆化是難以避免的，而焊縫及
影響區(qū)的脆化具有更大的不確定性，因此應在反
應器內放置帶有模擬熱壁加氫反應器焊縫和母材
的掛片試驗，定期檢查回火脆化是十分必要的。
2．4 氫脆開裂性能的安全分析
由于設備停工后加氫反應器器壁中殘留一定
量的氫，它將在反應器中引起亞臨界裂紋擴展，在
回火脆化時，沖擊功及抗氫脆開裂的能力明顯下
降，因此對于在用的熱壁加氫反應器，在停工期間
應當控制器壁中殘余氫，以防止由于氫的誘導作
用引起脆性破壞事故的發(fā)生。
3 結束語
生產熱壁加氫反應器的企業(yè)產品出廠時，應
對法應器的制造質量進行全面評價，評價內容應
包括測定反應器簡體母材的回火脆化性能氫脆性
能，以及堆焊抗剝離腐蝕性能，以便制定合理的開
停工程序和緊急情況停工措施。
加氫反應器內放置帶有焊縫的掛片試塊，定
期對其脆化性能和斷裂韌性性能作測定，以對反
應器的使用壽命提供較好的依據(jù)。
加氫反應器應嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，保證設備
平穩(wěn)運行必要時應考慮增加脫氫工藝。
定期檢驗時，應對主焊縫進行全面的超聲和
滲透檢測，對簡體和封頭堆焊層的皮下裂紋堆焊
層缺陷和堆焊層剝離進行超聲波檢測，對所有的
內壁堆焊層進行滲透檢測，并測定焊縫和母材脆
化系數(shù)x、J，測定硬度及堆焊層鐵素體的含量。
總之，加氫反應器是煉油化工行業(yè)的關鍵設
備，其制造、使用和檢驗都有一定的難度，尤其是
運行多年的設備，其檢驗和安全使用的難度更是
達到相當?shù)乃?，但掌握了其破壞機理和裂紋擴
展原因，還是能夠保證其安全使用的。
參考文獻
[1] 張克會．在役熱壁加氫反應器堆焊層的超聲波檢
驗．壓力容器． ．
[2] 李陵鋼．加氫反應器的裂紋分析及處理．壓力容
器．
[3] 呂 燕．熱壁加氫反應器的焊接．壓力容器．
[4] 一重《加氫反應器制造技術條件》

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