45萬(wàn)t/a低密度聚乙烯裝置焊接施工

夏吉龍 姚家賓

一、概述

1. 工程概況

中國(guó)石油撫順石化公司的4 5萬(wàn)t/a線性低密度聚乙烯裝置（LLDPE簡(jiǎn)稱PE）位于撫順石化80萬(wàn)t/a乙烯工程所在的化工新區(qū)東部。本裝置引進(jìn)Un i v a t i o n 公司 UNIPOL 工藝技術(shù)，由大慶石化工程有限公司負(fù)責(zé)工藝及主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。新建線性低密度聚乙烯裝置沿南北方向設(shè)置了兩條貫通式通道，將裝置區(qū)劃分為四大區(qū)域，分別為原料處理及排放氣回收區(qū)、反應(yīng)區(qū)、擠壓造粒區(qū)和粒料摻混及輸送系統(tǒng)區(qū)。工藝主管廊位于裝置中間，呈東西走向橫穿整個(gè)裝置區(qū)將各生產(chǎn)區(qū)域連接在一起。

2. 工程焊接特點(diǎn)

（1）聚乙烯裝置設(shè)計(jì)緊湊，施工場(chǎng)地狹窄 裝置南北兩側(cè)分別為聚丙烯裝置和高密度聚乙烯裝置，東西兩側(cè)分別是包裝車間和乙烯裝置主工藝管廊。工藝管線、鋼結(jié)構(gòu)只能利用裝置區(qū)內(nèi)的部分區(qū)域設(shè)置臨時(shí)預(yù)制場(chǎng)地。

（2）聚乙烯裝置鋼結(jié)構(gòu)施工工期緊，焊接工作量大 該裝置高處作業(yè)多，焊接質(zhì)量要求高。聚乙烯裝置鋼結(jié)構(gòu)總重約3 087t，其中脫氣倉(cāng)框架位于擠壓造粒廠房上部，頂部標(biāo)高為80.4m，需使用630t履帶吊分四段吊裝就位。

（3）工藝管道安裝量大 工藝管道共計(jì)38k m，其中循環(huán)氣管線直徑為1 050mm，管線壁厚大，安裝精度要求高，需要焊前預(yù)熱、焊后熱處理，對(duì)焊工現(xiàn)場(chǎng)焊接、熱處理工藝的執(zhí)行和質(zhì)量控制要求高。

（4）涉及到的焊接材質(zhì)、焊材多，技術(shù)含量高 主要為20、A－106B、A672－B60－CL22－S2、A672 B60 C12、A333－Gr6、15Cr Mo、0Cr18Ni9、A312－TP304以及A269－TP316，對(duì)原材料、焊接材料的管理工作提出了很高要求。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊技術(shù)

二、關(guān)鍵焊接技術(shù)

1. 焊接工藝準(zhǔn)備

為確保焊接工藝的正確性和有效性，在收到施工圖后，對(duì)公司現(xiàn)有焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目進(jìn)行核對(duì)，對(duì)不能滿足要求的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目按照NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》、相關(guān)焊接規(guī)程以及設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行評(píng)定，確保裝置用焊接工藝評(píng)定正確率100%，覆蓋率100%。

2. 新技術(shù)應(yīng)用

（1）CO2焊運(yùn)用 在鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制階段，為提高焊接施工效率，采用C O2氣體保護(hù)焊技術(shù)（見(jiàn)圖1），同時(shí)在鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵部位和自動(dòng)焊機(jī)不方便施焊的位置使用焊條電弧焊進(jìn)行補(bǔ)充，從而保證施工質(zhì)量和進(jìn)度。

（2）高頻逆變直流焊機(jī)的使用 聚乙烯裝置T2單元、反應(yīng)單元有大量小管徑不銹鋼管分布，管線內(nèi)運(yùn)行的介質(zhì)為烷基鋁。由于烷基鋁為無(wú)色粘稠的液體，極易氧化，遇水爆炸，所以對(duì)管線的組對(duì)質(zhì)量、焊接質(zhì)量要求很高。為此，項(xiàng)目上選用IGBT逆變直流焊機(jī)，通過(guò)焊機(jī)的高頻引弧和電流衰減功能來(lái)避免引弧、收弧缺陷，同時(shí)，為了消除管內(nèi)鐵屑造成的介質(zhì)粘掛，烷基鋁管線均采用專用割管器進(jìn)行切割，確保切割后管口無(wú)鐵屑粘掛。

（3）運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)合金鋼管焊接信息化 循環(huán)氣管道的材質(zhì)為A672—B60—CL22—S2，規(guī)格為φ1 050mm×22mm，主要用于連接反應(yīng)器、壓縮機(jī)和循環(huán)氣冷卻器。循環(huán)氣管道在進(jìn)行焊前預(yù)熱、后熱和焊后熱處理時(shí)，因管徑大，管內(nèi)無(wú)法封堵而造成熱量大量流失，對(duì)管道的焊后熱處理質(zhì)量造成不好的影響，因此在施工時(shí)應(yīng)盡量減少現(xiàn)場(chǎng)安裝口。針對(duì)這種情況，通過(guò)運(yùn)用Sol i dwor ks軟件，優(yōu)化施工工序，實(shí)現(xiàn)地面最大深度組焊預(yù)制，不僅大幅度減少高空作業(yè)，提高了焊接、熱處理生產(chǎn)效率和質(zhì)量，而且使管道消應(yīng)力退火溫度控制均在工藝要求的范圍內(nèi)，各測(cè)溫點(diǎn)曲線滿足工藝要求；工件退火后色澤均勻美觀，無(wú)可見(jiàn)變形，硬度試驗(yàn)、力學(xué)性能等檢測(cè)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求，均一次合格。管道信息化施工技術(shù)如圖2所示。

（4）低溫鋼A333－Gr6管道焊接 A333－Gr6是一種脫氧細(xì)晶粒低溫韌性無(wú)鎳鋼。由于焊縫的性能必須保證在使用溫度-60℃下具有足夠的韌性，所以合理的選擇焊接材料和工藝，改善焊接接頭的韌性，特別是低溫沖擊性能，成為低溫鋼焊接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用氬弧焊和焊條電弧焊相結(jié)合的工藝，有效的改善焊縫低溫韌性，焊接效率也得到提高。

焊條應(yīng)選用低氫型藥皮焊條，焊材的含Ni量應(yīng)與母材相近或稍高，焊接材料熔敷金屬S、P含量應(yīng)不高于母材，且焊材的焊縫金屬低溫夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)溫度和沖擊吸收能量應(yīng)符合母材的要求?，F(xiàn)場(chǎng)A333－Gr6管線的焊接，對(duì)接焊道全部采用鎢極氣體保護(hù)焊打底，焊條電弧焊填充、蓋面。A333－Gr6焊接時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格限制焊接熱輸入，最大限度地降低焊縫過(guò)熱出現(xiàn)的粗大鐵素體或馬氏體組織。焊接時(shí)，焊條盡量不擺動(dòng)，采用窄焊道，多層多道焊，焊接電流不宜過(guò)大，宜用快速多道焊以減輕焊道過(guò)熱，并通過(guò)多層焊的作用細(xì)化晶粒。多道焊的時(shí)候，要控制道間溫度，采用小熱輸入施焊。選擇合適的坡口角度，適當(dāng)加大坡口角度，可以減小熔合比，避免出現(xiàn)偏析，并可采用回火焊道數(shù)目，從而改善焊縫韌性，避免焊縫邊緣處咬邊（見(jiàn)圖3）。

（5）探索新方法對(duì)世偉洛克（Swagelok）耐火閥進(jìn)行保護(hù)性焊接 由于該裝置的操作介質(zhì)為易燃易爆等危險(xiǎn)物質(zhì)，所以設(shè)計(jì)采用高性能、耐用的特殊世偉洛克焊接閥門。由于其閥座組件材質(zhì)為聚四氟乙烯，法蘭密封為304L+石墨波齒復(fù)合墊片，所以焊接時(shí)需避免焊接熱影響對(duì)閥體結(jié)構(gòu)變形或密封面造成破壞。為此制定了專項(xiàng)措施，在被保護(hù)閥體外側(cè)進(jìn)行裹布處理（選用吸水性較好的棉布），在焊前及焊接過(guò)程中向裹布上澆水，并在焊接過(guò)程中使用紅外線測(cè)溫儀對(duì)閥體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，焊接采用熱輸入較小的鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，通過(guò)這種方法可保證溫度效果好、降溫速度平穩(wěn)，有效規(guī)避了閥體溫度過(guò)高，損傷閥門的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 管道信息化施工技術(shù)

圖 3

3. 焊接材料與設(shè)備的應(yīng)用

該聚乙烯裝置在建設(shè)過(guò)程中，使用的焊接焊料如附表所示。先后投入手工電弧焊機(jī)（見(jiàn)圖4）、CO2氣體保護(hù)焊機(jī)（見(jiàn)圖5），高頻逆變直流焊機(jī)（見(jiàn)圖6）100余臺(tái)，極大地提高了工作效率和焊接質(zhì)量，大大地降低了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了裝置的焊接質(zhì)量。

三、結(jié)語(yǔ)

我公司施工的撫順45萬(wàn)t/a線性低密度裝置工程，遵循“誠(chéng)實(shí)守信、精益求精，永遠(yuǎn)適應(yīng)和滿足顧客要求”的質(zhì)量方針，在克服了撫順地區(qū)冬季氣候寒冷、質(zhì)量要求高、工藝特殊、工期短等諸多不利條件下，通過(guò)提前策劃，采用先進(jìn)施工技術(shù)，嚴(yán)格過(guò)程控制，最終實(shí)現(xiàn)了管道焊接一次合格率98.5%，工程一次投產(chǎn)成功，安全零事故，高效優(yōu)質(zhì)完成了施工任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)質(zhì)量、安全、進(jìn)度全面受控。

焊接材料

圖4 手工電弧焊機(jī)

圖5 CO2氣體保護(hù)焊機(jī)

圖6 高頻逆變直流焊機(jī)