大型催化裂化兩器焊接技術(shù).ppt

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1、大型催化裂化兩器焊接技術(shù) 代學(xué)彥 夏吉龍 中國石油天然氣第七建設(shè)公司 2011年8月,兩器實物全景,兩器近距離效果圖,裝置建成投產(chǎn),摘要 前言 1. 焊接工藝方法選擇 2. 焊材選用及管理 3. 再生器焊接 4. 沉降器焊接 5. 焊縫檢驗 6. 焊縫返修 7. 焊后消應(yīng)力退火 結(jié)束語,,摘 要 本文以廣西石化350萬噸/年重油催化裂化裝置的核心設(shè)備再生器和沉降器（簡稱“兩器”）現(xiàn)場焊接為例，介紹根據(jù)兩器到貨及現(xiàn)場實際情況，采用立式組裝成段，分段組焊成整體，對于再生器采用整體補(bǔ)強(qiáng)筒體，由于焊縫不規(guī)則，選用自動焊和手工焊相結(jié)合的方法；沉降器為熱壁式焊縫的性能要求高，采用特殊要求的焊條進(jìn)行現(xiàn)場焊

2、接；其他部位采用手工焊的焊接方法。所有焊接完成后，無損檢測合格后，進(jìn)行整體消應(yīng)力熱處理技術(shù)。該技術(shù)為同類型的大型設(shè)備現(xiàn)場焊接提供借鑒和參考。,,,圖1 兩器結(jié)構(gòu)形式,,1.焊接工藝方法選擇,根據(jù)組裝方法及現(xiàn)場吊裝要求，選用合適的焊接方法。 1.1 再生器組裝分段情況 再生器現(xiàn)場分五大段進(jìn)行組焊，分段情況如表1，最后各段組焊成整體。 表1 再生器分段一覽表,,1.2 沉降器組裝分段情況 沉降器現(xiàn)場分5大段進(jìn)行組焊，分段情況見表2，最后各段組對焊接成整體。,表2 沉降器分段一覽表,,1.3 兩器分段組裝成整體 在每個吊裝段的上口均布焊接八塊導(dǎo)向筋板，并在環(huán)縫上下段的

3、0主軸線設(shè)置一套限位卡具，以利于設(shè)備組對就位。利用卡具調(diào)整對口間隙及錯邊，進(jìn)行定位焊，調(diào)整筒體垂直度，進(jìn)行橫縫內(nèi)外側(cè)焊接。分段組焊流程圖2所示。 1.4 焊接方法選用 兩器裙座、封頭、沉降器筒體及接管等主要焊接方法為焊條電弧焊；再生器筒體對接橫縫采用埋弧自動焊和焊條電弧焊相結(jié)合；沉降器裙座與裙座之間的對接環(huán)縫（BQ3）焊接方法為鎢極氣體保護(hù)焊和焊條電弧焊聯(lián)合焊接。,,圖2 殼體吊裝流程示意圖,,2.焊材選用及管理,根據(jù)采用的焊接方法結(jié)合焊接工藝指導(dǎo)書，選用合適的焊材見表3，用的焊材應(yīng)同時滿足JB/T4747壓力容器用焊條訂貨技術(shù)條件和設(shè)計圖紙的特殊要求，即Cr-Mo鋼使用焊材需要控制Sn0.

4、015%，P0.012%。焊材設(shè)專人負(fù)責(zé)保管、烘干和發(fā)放工作。存放焊接材料的庫房必須嚴(yán)防潮濕，通風(fēng)條件良好，室內(nèi)濕度在60%以下，溫度不低于5。焊材應(yīng)按其使用說明書進(jìn)行烘干和保溫。,,表3 兩器焊接焊材選用表,,,3.再生器焊接,再生器焊縫布置如圖3所示，焊接程序按照先厚板、后薄板，先短縫、后長縫，先縱縫、后環(huán)縫，先大坡口、后小坡口的原則進(jìn)行筒體、封頭及裙座的焊接；筒體橫縫先采用自動焊后手工焊補(bǔ)充，接管焊接按照先小接管、后大接管，對稱施焊的原則焊接。,再生器筒體埋弧自動焊焊接,,圖3 再生器焊縫布置圖,,3.1 再生器第段 二再下封頭+裙座+接管，焊接采用焊條電弧焊，在預(yù)制廠組

5、焊。二再下封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，分瓜瓣14片，板厚為42mm；頂蓋分9片，其中含整體補(bǔ)強(qiáng)板2片，厚52mm，其余板厚為40mm，現(xiàn)場整體組裝焊接，焊接采用焊條電弧焊，8名焊工均布，焊接順序為先焊外側(cè)焊接，翻轉(zhuǎn)后清根并按同順序焊接內(nèi)側(cè)。再生器裙座分3片，板厚40mm?？v縫焊接時3名焊工均布，環(huán)縫焊接時6名焊工均布。為保證與下封頭的對接焊縫全焊透，采用氬弧焊打底，焊后表面打磨圓滑。,,,3.2 再生器第段 二再筒體1-6節(jié)。焊接采用焊條電弧焊。其中筒節(jié)1-5上有整體補(bǔ)強(qiáng)板，沒有補(bǔ)強(qiáng)板筒節(jié)6根據(jù)到貨的順序，在現(xiàn)場組對成單個筒節(jié)，先焊接縱縫外側(cè)，清根后焊縱縫內(nèi)側(cè)，然后按組裝順序分別與二再筒體1-5節(jié)

6、和再生器第段組對環(huán)縫，采用埋弧自動焊焊接環(huán)縫外側(cè)，清根后焊環(huán)縫內(nèi)側(cè)，局部不規(guī)則焊縫用焊條電焊補(bǔ)充焊接如圖4。,,圖4 再生器筒體橫縫自動焊和手工焊現(xiàn)結(jié)合,,3.3再生器第段 即錐形過渡段+二再筒節(jié)7+一再筒節(jié)12，錐段在現(xiàn)場預(yù)制平臺上大口向下組焊，完成后翻轉(zhuǎn)與二再16節(jié)筒體組焊。焊接采用焊條電弧焊。過渡錐段由4節(jié)筒體組成如圖5，按制造廠編號即筒節(jié)8到11，其中筒節(jié)9到10上有整體補(bǔ)強(qiáng)板，沒有補(bǔ)強(qiáng)板筒節(jié)8、11在現(xiàn)場組對成單個筒節(jié)，先焊接縱縫外側(cè)，清根后焊縱縫內(nèi)側(cè)，然后按組裝順序與在現(xiàn)場組焊成單節(jié)筒體的筒節(jié)7、筒節(jié)12組對環(huán)縫，焊接環(huán)縫外側(cè)，清根后焊環(huán)縫內(nèi)側(cè)。,,圖5 再生器錐段焊接,,3.4

7、再生器第段 一再筒體13-19節(jié)，14-18節(jié)上有整體補(bǔ)強(qiáng)板，沒有補(bǔ)強(qiáng)板筒體13、19在現(xiàn)場組對成單個筒節(jié)，先焊接縱縫外側(cè)，清根后焊縱縫內(nèi)側(cè)，然后按組裝順序與再生器第段及其他相連筒節(jié)組對環(huán)縫，用埋弧自動焊焊接環(huán)縫外側(cè)，清根后焊環(huán)縫內(nèi)側(cè)，整體補(bǔ)強(qiáng)板處不規(guī)則焊縫采用焊條電弧焊，其余均采用焊條電弧焊。本段開孔共32個，大開孔接管3個，分別為裝卸孔(2900mm)、人孔（900mm）待生催化劑入口(1210mm)。在兩大筒節(jié)各自組焊完畢后開孔、焊接。,,3.5 再生器第段 再生器上封頭。再生器上封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，共由48片板組成，其中瓜瓣26片，板厚為36mm；頂蓋22片，其中含整體補(bǔ)強(qiáng)板4片

8、，厚52mm，其余板厚為36mm，現(xiàn)場整體組裝焊接，焊接采用焊條電弧焊，焊接時13名焊工均布，焊接順序為F2-A1-126外側(cè)焊接F2-A2-118外側(cè)焊接 F2-A3-14外側(cè)焊接BF2-2外側(cè)焊接BF2-1外側(cè)焊接翻轉(zhuǎn)后清根并按同順序焊接內(nèi)側(cè)。,,4.沉降器焊接,4.1 沉降器第段、段焊接 沉降器附件外提升管反應(yīng)器，分3段進(jìn)廠，現(xiàn)場臥式組焊完2道環(huán)縫后，吊入框架內(nèi)臨時固定。焊接時，每條環(huán)縫由2名焊工均布，對稱施焊。 沉降器汽提段，分2段進(jìn)廠，現(xiàn)場臥式組焊完對接環(huán)縫后，吊裝至框架內(nèi)臨時固定。焊接對接環(huán)縫時由2名焊工均布，對稱施焊。 4.2 沉降器第段 沉降器裙座+錐形過渡段+筒體第9節(jié)。

9、沉降器裙座由3節(jié)筒體組成，共分9片，見圖6，厚度為30mm?，F(xiàn)場采用單節(jié)正裝法組對，焊接時3名焊工均布。焊接順序為：裙座單節(jié)筒體縱縫外側(cè)焊接清根后內(nèi)側(cè)焊接BQ1外側(cè)焊接清根后內(nèi)側(cè)焊接BQ2外側(cè)焊接清根后內(nèi)側(cè)焊接BQ3外側(cè)焊接內(nèi)側(cè)焊接,,圖6 沉降器裙座焊縫布置及坡口形式圖,,沉降器錐形過渡段共有12片板組成，厚度為74mm，焊接時12名焊工均布，大口向上焊接外側(cè)，清根后焊接內(nèi)側(cè)。焊接完畢后焊接裙座角焊縫BQ4內(nèi)側(cè)，清根后焊接外側(cè)。筒體第9節(jié)共有3片板，如圖6現(xiàn)場采用3名焊工均布，按照先外后內(nèi)的方法焊接成單個筒節(jié)后與錐形過渡段焊接環(huán)縫B9。B9的焊接順序為外側(cè)焊接、清根后焊接內(nèi)側(cè)。,,圖7 沉降

10、器第段焊縫布置及坡口形式圖,,4.3 沉降器第段 筒體第1014節(jié)，如圖8，筒體厚度44mm。第1114節(jié)上有整體補(bǔ)強(qiáng)板，補(bǔ)強(qiáng)板厚度為100mm，沒有補(bǔ)強(qiáng)板筒體10在現(xiàn)場組對成單個筒節(jié)，先焊接縱縫外側(cè)，清根后焊縱縫內(nèi)側(cè)，然后按組裝順序與沉降器第段組對環(huán)縫，焊接環(huán)縫外側(cè)，清根后焊環(huán)縫內(nèi)側(cè)。 筒節(jié)1114焊接時4名焊工均布，焊接順序如下： BBQ1-1外側(cè)焊接清根、內(nèi)側(cè)焊接A11-14外側(cè)焊接B11外側(cè)焊接內(nèi)側(cè)清根后同順序焊接 BBQ1-3外側(cè)焊接清根、內(nèi)側(cè)焊接A12-12、ABQ1-12外側(cè)焊接B12外側(cè)焊接內(nèi)側(cè)清根后同順序焊接 BBQ1-4外側(cè)焊接清根、內(nèi)側(cè)焊接A13-12、ABQ1

11、-12外側(cè)焊接B13外側(cè)焊接內(nèi)側(cè)清根后同順序焊接A14-14外側(cè)焊接B14外側(cè)焊接內(nèi)側(cè)清根后同順序焊接,,圖8 沉降器第段焊縫布置及坡口形式圖,,4.4沉降器第段 上封頭。上封頭瓜瓣12等分，厚度30mm；頂蓋2等分，為整體補(bǔ)強(qiáng)板，厚度42mm。焊接順序為：補(bǔ)強(qiáng)板對接焊縫FT1415外側(cè)焊接瓜瓣對接焊縫FT0112外側(cè)焊接瓜瓣與頂蓋對接焊縫FT13外側(cè)焊接內(nèi)側(cè)清根后同順序焊接B15（與筒體對接）外側(cè)焊接、內(nèi)側(cè)清根、焊接,,5. 焊縫檢驗,5.1 外觀檢查 焊接完畢后焊縫與母材應(yīng)圓滑過渡，成形良好。焊縫表面不得低于母材。焊接接頭表面不得有裂紋、未熔合、氣孔、夾渣、飛濺存在；母材上不應(yīng)有電弧擦

12、傷。上述缺陷處理合格后，在距離焊縫50-500mm范圍內(nèi)用記號筆標(biāo)識焊縫號、焊工代號和焊接日期。設(shè)備殼體焊縫對接接頭的錯邊量、余高符合下表4、圖9的規(guī)定：,,表4 兩器焊縫要求,圖8-1 （a）雙面坡口,圖8-2（b）單面坡口,角焊縫的焊角高度應(yīng)符合設(shè)計要求，設(shè)計無規(guī)定時取焊件中較薄者之厚度，表面應(yīng)向母材圓滑過渡。補(bǔ)強(qiáng)圈的焊角高度應(yīng)為補(bǔ)強(qiáng)圈厚度的70%，且不小于8mm。,,5.2 無損檢測 1) 表面檢測 設(shè)備與裙座連接處角焊縫、汽提段與殼體的角焊縫的根部及表面，均進(jìn)行100%滲透檢測，內(nèi)集氣室筒體與殼體角焊縫進(jìn)行100%滲透檢測，級合格。無補(bǔ)強(qiáng)圈的接管與設(shè)備殼體的角焊縫應(yīng)進(jìn)行煤油試漏。開

13、孔補(bǔ)強(qiáng)圈應(yīng)通入0.40.5Mpa的壓縮空氣檢查焊縫質(zhì)量，油氣阻擋圈焊縫應(yīng)經(jīng)煤油試漏合格。,,2) 內(nèi)部檢測 再生器、沉降器殼體無損檢測項目見表5： 表5 再生器、沉降器殼體無損檢測項目,,再生器、沉降器裙座無損檢測項目如下： (1) 再生器裙座的對接焊縫焊后應(yīng)進(jìn)行100%超聲檢測，級合格，并進(jìn)行20%TOFD II級+UT I級復(fù)驗，II級合格；裙座與下封頭的對接焊縫，焊后進(jìn)行100%磁粉檢測，級合格。 (2) 沉降器裙座上15CrMoR的對接接頭及15CrMoR與16MnR之間的對接接頭焊后應(yīng)進(jìn)行100% TOFD II級+UT I級；16MnR的對接接頭焊后應(yīng)進(jìn)行20%的TOF

14、D II級+UT I級復(fù)檢；裙座III與錐段I之間的角接頭焊后進(jìn)行100%磁粉或滲透檢測，級合格。,,6. 焊縫返修,6.1表面缺陷 焊接接頭缺陷允許修磨，缺陷經(jīng)修磨消除后，其厚度不應(yīng)小于名義厚度減去鋼板負(fù)偏差，否則進(jìn)行補(bǔ)焊。焊接接頭修磨范圍內(nèi)的斜度不大于1: 3。返修結(jié)束后應(yīng)經(jīng)MT檢查合格。 6.2非表面缺陷 非表面缺陷的所有返修必須經(jīng)質(zhì)量檢查人員會同焊接技術(shù)員，確定缺陷的位置、深度，制定返修措施后通知焊工返修。返修工作必須由有資質(zhì)的技術(shù)熟練的焊工承擔(dān)。 非表面缺陷的返修采用碳弧氣刨和打磨的方式進(jìn)行清除，焊接坡口打磨成圓滑過渡的形式并去除坡口的滲碳層和氧化層，補(bǔ)焊坡口表面采用滲透方法進(jìn)

15、行檢測，檢測合格后方能施焊。,,消除缺陷應(yīng)控制在鋼板厚度的2/3以內(nèi)(從返修側(cè)表面計算)，如超過焊接接頭深度的2/3仍殘留缺陷時，立即停止清除并進(jìn)行補(bǔ)焊，然后在其背面再次清除缺陷，進(jìn)行補(bǔ)焊。補(bǔ)焊長度不小于50mm。 補(bǔ)焊的預(yù)、后熱及焊接工藝參數(shù)與正式焊接工藝相同。同一部位的返修次數(shù)不得超過兩次，如超過兩次，必須在項目焊接責(zé)任工程師的批準(zhǔn)情況下，制定方案，采取措施并備案記錄。 對存在角變形的返修部位，從角變形凸側(cè)位進(jìn)行返修，以免產(chǎn)生更大的角變形，缺陷消除后進(jìn)行外觀檢查，焊縫表面應(yīng)光滑平整，緩慢過渡。對于有無損檢測要求的焊縫，補(bǔ)焊完成后應(yīng)采用與焊補(bǔ)前相同的方法對焊補(bǔ)處的內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行無損檢測，其

16、檢測項目和要求與原焊縫相同。,,7. 焊后消應(yīng)力退火,根據(jù)對兩器熱處理高溫階段殼體受力模擬分析及計算，結(jié)合現(xiàn)場的情況，采用在自身的基礎(chǔ)上，再生器分兩段進(jìn)行焊后整體消應(yīng)力退火，沉降器整體進(jìn)行焊后消應(yīng)力退火熱處理方法。 兩器整體熱處理系統(tǒng)均由保溫、供油、燃油、溫度測量和排煙系統(tǒng)組成如圖9所示。再生器整體消應(yīng)力退火分別在第段安裝完畢后和第段安裝完畢后進(jìn)行，沉降器的現(xiàn)場焊后整體消應(yīng)力退火熱處理在沉降器、、段組焊完畢后進(jìn)行。,,通過熱工計算選用YQ-2000型燃燒器，利用容器殼體內(nèi)部作為爐膛，由電腦全自動控制燃燒器噴入霧化輕柴油燃燒形成一定高度和直徑的火焰，火焰持續(xù)燃燒逐漸升高爐膛內(nèi)氣體溫度，通過熱氣

17、體的傳導(dǎo)、對流及火焰的熱輻射作用，在容器外部（包括裙座）包扎100mm厚的保溫材料進(jìn)行外部絕熱，使容器熱處理段升溫到預(yù)定溫度，利用溫度測量監(jiān)控系統(tǒng)（由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線和集散型控制柜組成）在控制升溫、恒溫和降溫速度，從而達(dá)到消除焊接殘余應(yīng)力、提高焊接區(qū)金屬韌性及抗應(yīng)力腐蝕能力的目的。由于整體補(bǔ)強(qiáng)板為單層增厚板，無需用加熱器補(bǔ)溫，需增加熱處理恒溫時間，同時通過開孔封堵處設(shè)置可調(diào)節(jié)煙道，來解決由于厚度不等引起的受熱不均勻問題。,,,圖9再生器熱處理示意圖,,,結(jié)束語 按照上述工藝技術(shù)，兩器殼體組裝成型好，兩器焊后尺寸及外觀檢查均一次合格。無損檢測再生器焊接一次合格率96.4%，沉降器焊接一次合格率98.3%，熱處理效果好。達(dá)到了預(yù)期質(zhì)量目標(biāo)。與兩器殼體同工藝制作的產(chǎn)品焊接試板力學(xué)性能滿足工藝要求。但由于殼體采用整體補(bǔ)強(qiáng)，焊縫不規(guī)則，焊材的特殊要求影響了自動焊的使用，可為同類型裝置大型設(shè)備現(xiàn)場組焊提供借鑒參考。,謝謝!,