關(guān)于Incoloy825加氫高壓空冷器的加工技術(shù)分析

尹繼英

摘 要：加氫裂化裝置中，由于腐蝕原因?qū)е碌目绽淦餍孤?，進(jìn)而導(dǎo)致裝置停車狀況危害性大，是高壓空冷設(shè)備的關(guān)鍵研究問(wèn)題，從管材成本、耐蝕作用分析，Incoloy 825作為高壓空冷器管束材料逐漸成為研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)incoloy825高壓空冷器制造技術(shù)、焊接工藝等進(jìn)行了分析，并充分借鑒國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)制造的加氫高壓空冷器案例進(jìn)行了分析，旨在提高設(shè)備的防腐蝕性能。

關(guān)鍵詞：Incoloy825材料；高壓空冷器；加氫裝置

中圖分類號(hào)：TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

齊魯石化公司1.5Mt/a渣油加氫脫硫裝置中的反應(yīng)物空冷設(shè)備于2002年發(fā)生泄露，帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)損失。泄露原因?yàn)榛軆?nèi)部被介質(zhì)腐蝕、沖刷進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備材料變薄漏孔。為了解決空冷設(shè)備問(wèn)題，需要進(jìn)行更換，作為國(guó)內(nèi)首臺(tái)Incoloy 825空冷器，設(shè)計(jì)制造存在大量難點(diǎn)問(wèn)題，主要由我公司（哈爾濱空調(diào)股份有限公司）進(jìn)行制造。

一、空冷器設(shè)計(jì)

1.Incoloy825材料分析

Incoloy材料作為一種合金材料，一般稱為鐵鎳基合金，其化學(xué)成分中：C含量最高，為90%，還包括Ni、Cr、Mo等元素。Ni對(duì)于合金作用體現(xiàn)在增加了抗Cl- 應(yīng)力腐蝕作用，避免基管開(kāi)裂，Cr提高了合金整體的抗氧化能力，通過(guò)添加微量鈦，一般控制在0.6%～1.2%范圍之內(nèi)，能夠增強(qiáng)合金穩(wěn)定化作用。傳統(tǒng)加氫高壓空冷設(shè)備中的管束一般選取10#，管箱材質(zhì)為16MnR（HIC），該材質(zhì)在H2S、CL-介質(zhì)中，抗腐蝕性能較差，易發(fā)生基管內(nèi)部銨鹽污垢的影響，正是由于碳鋼、鉻鉬鋼的耐腐蝕能力差，Incoloy825合金材料在現(xiàn)代加氫空冷設(shè)備中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

2.主體材料選擇分析

以齊魯石化項(xiàng)目為例，對(duì)裝置改造過(guò)程中，主要加工原材料為高硫原油，裝置中的反應(yīng)物經(jīng)高壓換熱設(shè)備后進(jìn)入第一空冷器，針對(duì)該項(xiàng)目特點(diǎn)分析，其主體材質(zhì)的選取至關(guān)重要。首先，從介質(zhì)腐蝕角度分析，反應(yīng)產(chǎn)物中不僅包含硫化氫、氨氣、氯離子等酸性介質(zhì)，空冷器從操作溫度為130℃～200℃，銨鹽結(jié)晶溫度亦在此區(qū)間，容易導(dǎo)致氯化銨結(jié)晶生成，造成基管腐蝕，該工況長(zhǎng)期運(yùn)行，導(dǎo)致腐蝕作用變強(qiáng)。

理論計(jì)算中，一般采用流體腐蝕系數(shù)Kp進(jìn)行衡量介質(zhì)的腐蝕效果，對(duì)空冷設(shè)備操作負(fù)面影響大，空冷設(shè)備正常工況下，Kp數(shù)值也不高，介質(zhì)流速低于6m/s，但實(shí)際工程中腐蝕嚴(yán)重，分析原因與NH4Cl的垢下腐蝕關(guān)聯(lián)較大，碳鋼、鉻鉬鋼此工況下腐蝕嚴(yán)重。國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于反應(yīng)產(chǎn)物空冷設(shè)備來(lái)說(shuō)，Incoloy825材料效果較好。設(shè)計(jì)時(shí)，管子規(guī)格定為Φ25×2.5的無(wú)縫管，管子除需符合ASME SB- 163中UNS No.8825的所有規(guī)定外，還要求逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)，以及按SE- 571（GB7735 B級(jí)）逐根進(jìn)行渦流檢測(cè)，管子交貨狀態(tài)為退火狀態(tài)。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該空冷設(shè)備從維修方便出發(fā)，采用絲堵式板焊的方形管箱，同時(shí)在管箱中間設(shè)置支撐隔板孔，便于管內(nèi)介質(zhì)的上下流動(dòng)。管板和絲堵板設(shè)計(jì)為54mm厚的15CrMoR（H）鋼板；若不設(shè)置隔板，則管板和絲堵板須106mm厚，管箱中部的加強(qiáng)隔板是絲堵式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)。具體空冷器管束圖如圖1所示。

該空冷器管束設(shè)計(jì)過(guò)程中個(gè)，從介質(zhì)凝結(jié)角度出發(fā)，采用傾斜設(shè)計(jì)，同時(shí)為了避免熱膨脹作用影響，管箱支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中充分運(yùn)行延長(zhǎng)度方向的滑動(dòng)作用，避免管束撓度、振動(dòng)作用影響，間隔1500mm處設(shè)置相應(yīng)的支撐部件。采用雙金屬軋制型加工，加工制造較為快捷，對(duì)基管厚度負(fù)面影響少。

二、空冷器制造

該類空冷設(shè)備的加工制造難點(diǎn)在于Incoloy825管與管板焊接問(wèn)題，由于異種鋼焊接難度大，為了保證制造質(zhì)量，需要進(jìn)行充分的焊接評(píng)定。

其一，焊接工藝評(píng)定作為實(shí)際工況的模擬，需要嚴(yán)格控制焊接管子的接頭數(shù)量，一般不可超過(guò)10個(gè)。

其二，對(duì)3個(gè)以上的焊接罐頭進(jìn)行拉脫試驗(yàn)，保證焊接的抗拉響度高于管子、管板的抗拉強(qiáng)度較大者。

其三，沿評(píng)定用管中心線進(jìn)行切開(kāi)作業(yè)，保證焊接接頭處不存在未焊接徹底、未融合等缺陷。

其四，對(duì)所有焊接試件接頭處進(jìn)行著色檢測(cè)處理，參考JB4730-94標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合格驗(yàn)收。

其五，焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度由制造廠確定，并通過(guò)焊接工藝評(píng)定驗(yàn)證，焊后應(yīng)緩冷。

最終管頭的焊接采用手工電弧焊，焊條為哈焊所研制的Inconel 112型焊條。外坡口需要采用U形坡口焊接。Incoloy825材料焊接熔深淺，由此需要在內(nèi)角焊后外側(cè)徹底清根。

三、高壓空冷管箱絲堵泄露原因及處理措施

1.泄露原因分析

針對(duì)國(guó)內(nèi)高壓空冷設(shè)備項(xiàng)目泄露原因分析，其絲堵泄露狀況的主要原因分析如下：制造誤差、安裝誤差等原因?qū)е旅芊庑晕催_(dá)到設(shè)計(jì)效果；其次，墊片材料的影響，墊片的設(shè)計(jì)選材為316 L，一般316 L 的硬度比Incoloy 825低 30-40 HB，實(shí)際硬度高；再者，絲堵結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)計(jì)過(guò)程中墊片安裝位置為密封面的中心位置處，絲堵螺紋根部制造出錐形角，保證墊片絲堵的穩(wěn)妥配合，現(xiàn)場(chǎng)拆卸發(fā)現(xiàn)，錐形角導(dǎo)致了安裝過(guò)程的絲堵，密封面存在坡度等狀況。

2.處理措施分析

針對(duì)絲堵式管箱的泄露狀況進(jìn)行處理措施分析，具體方法如下。

方法一：現(xiàn)場(chǎng)拆卸，加強(qiáng)密封面雜質(zhì)清理作業(yè)，對(duì)變形明顯部位進(jìn)行更換墊片、絲堵，重新安裝處理，裝配過(guò)程中在帝都表面涂抹二硫化鉬，防止螺紋咬死，控制裝配力度，便于后期拆卸維修處理。

方法二：密封焊接處理，焊條選用AWSA5.11 ENi Cr Mo-3，焊絲選用AWS A5.14 ERNi-Cr Mo-3，所有焊接材料應(yīng)是低氫型鎳基焊材。碳鋼材料空冷設(shè)備的處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，焊接熱量容易導(dǎo)致周邊未焊接絲堵部位的泄露，需要充分降低焊接熱量，避免周圍絲堵的熱變形作用，降低整體密封效果，對(duì)于焊接絲堵泄露問(wèn)題，需要反復(fù)著色檢測(cè)，保證合格后方可驗(yàn)收。

方法三：做卡具對(duì)泄漏的絲堵進(jìn)行帶壓堵漏。由于管箱的表面精度不夠，首次加工的卡具密封效果較差，必須對(duì)卡具不斷進(jìn)行改進(jìn)后合適。高壓部位采用卡具，卡具的四周會(huì)輕微滲漏介質(zhì)，說(shuō)明采用卡具不能完全解決泄漏問(wèn)題，該方法可作為管箱絲堵泄漏的臨時(shí)處理措施，避免非計(jì)劃停工。

結(jié)語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)化高壓空冷器經(jīng)受了加氫裂化工藝過(guò)程在役運(yùn)行的各項(xiàng)考驗(yàn)，其運(yùn)行成功不僅提高了國(guó)內(nèi)石油化工設(shè)備核心技術(shù)的設(shè)計(jì)能力，同時(shí)也提高了民族工業(yè)的制造能力，對(duì)我國(guó)未來(lái)空冷器的生產(chǎn)制造具有重大影響，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]高暉.國(guó)產(chǎn)Incoloy 825高壓空冷器的設(shè)計(jì)制造[J].石油化工設(shè)計(jì)，2005（22）：5-7.

[2]朱金兵.Incoloy825 高壓空冷絲堵泄漏分析及處理[J].廣東化工，2011，4（38）：197-198+207.endprint