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(guó)石油天然氣第七建設(shè)公司 2011年8月,兩器實(shí)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(yàn) 6. 焊縫返修 7. 焊后消應(yīng)力退火 結(jié)束語(yǔ),,摘 要 本文以廣西石化350萬(wàn)噸/年重油催化裂化裝置的核心設(shè)備再生器和沉降器（簡(jiǎn)稱“兩器”）現(xiàn)場(chǎng)焊接為例，介紹根據(jù)兩器到貨及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用立式組裝成段，分段組焊成整體，對(duì)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(dòng)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(chǎng)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(wú)損檢測(cè)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)分5大段進(jìn)行組焊，分段情況見(jiàn)表2，最后各段組對(duì)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(gè)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(duì)就位。利用卡具調(diào)整對(duì)口間隙及錯(cuò)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(duì)接橫縫采用埋弧自動(dòng)焊和焊條電弧焊相結(jié)合；沉降器裙座與裙座之間的對(duì)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(shū)，選用合適的焊材見(jiàn)表3，用的焊材應(yīng)同時(shí)滿足JB/T4747壓力容器用焊條訂貨技術(shù)條件和設(shè)計(jì)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(kù)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(shuō)明書(shū)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(zhǎng)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(dòng)焊后手工焊補(bǔ)充，接管焊接按照先小接管、后大接管，對(duì)稱施焊的原則焊接。,再生器筒體埋弧自動(dòng)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(chǎng)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?yàn)橄群竿鈧?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(shí)3名焊工均布，環(huán)縫焊接時(shí)6名焊工均布。為保證與下封頭的對(duì)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(méi)有補(bǔ)強(qiáng)板筒節(jié)6根據(jù)到貨的順序，在現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)成單個(gè)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(duì)環(huán)縫，采用埋弧自動(dòng)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(dòng)焊和手工焊現(xiàn)結(jié)合,,3.3再生器第段 即錐形過(guò)渡段+二再筒節(jié)7+一再筒節(jié)12，錐段在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制平臺(tái)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(guò)渡錐段由4節(jié)筒體組成如圖5，按制造廠編號(hào)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(méi)有補(bǔ)強(qiáng)板筒節(jié)8、11在現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)成單個(gè)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(chǎng)組焊成單節(jié)筒體的筒節(jié)7、筒節(jié)12組對(duì)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(méi)有補(bǔ)強(qiáng)板筒體13、19在現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)成單個(gè)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(duì)環(huán)縫，用埋弧自動(dòng)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(kāi)孔共32個(gè)，大開(kāi)孔接管3個(gè)，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(kāi)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(chǎng)整體組裝焊接，焊接采用焊條電弧焊，焊接時(shí)13名焊工均布，焊接順序?yàn)镕2-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(chǎng)臥式組焊完2道環(huán)縫后，吊入框架內(nèi)臨時(shí)固定。焊接時(shí)，每條環(huán)縫由2名焊工均布，對(duì)稱施焊。 沉降器汽提段，分2段進(jìn)廠，現(xiàn)場(chǎng)臥式組焊完對(duì)接環(huán)縫后，吊裝至框架內(nèi)臨時(shí)固定。焊接對(duì)接環(huán)縫時(shí)由2名焊工均布，對(duì)稱施焊。 4.2 沉降器第段 沉降器裙座+錐形過(guò)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(jiàn)圖6，厚度為30mm。現(xiàn)場(chǎng)采用單節(jié)正裝法組對(duì)，焊接時(shí)3名焊工均布。焊接順序?yàn)椋喝棺鶈喂?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(guò)渡段共有12片板組成，厚度為74mm，焊接時(shí)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(chǎng)采用3名焊工均布，按照先外后內(nèi)的方法焊接成單個(gè)筒節(jié)后與錐形過(guò)渡段焊接環(huán)縫B9。B9的焊接順序?yàn)橥鈧?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(méi)有補(bǔ)強(qiáng)板筒體10在現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)成單個(gè)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(duì)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(shí)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?yàn)椋貉a(bǔ)強(qiáng)板對(duì)接焊縫FT1415外側(cè)焊接瓜瓣對(duì)接焊縫FT0112外側(cè)焊接瓜瓣與頂蓋對(duì)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(duì)接）外側(cè)焊接、內(nèi)側(cè)清根、焊接,,5. 焊縫檢驗(yàn),5.1 外觀檢查 焊接完畢后焊縫與母材應(yīng)圓滑過(guò)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(hào)筆標(biāo)識(shí)焊縫號(hào)、焊工代號(hào)和焊接日期。設(shè)備殼體焊縫對(duì)接接頭的錯(cuò)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(jì)要求，設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)定時(shí)取焊件中較薄者之厚度，表面應(yīng)向母材圓滑過(guò)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(wú)損檢測(cè) 1) 表面檢測(cè) 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(cè)，內(nèi)集氣室筒體與殼體角焊縫進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，級(jí)合格。無(wú)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(kāi)

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(cè) 再生器、沉降器殼體無(wú)損檢測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表5： 表5 再生器、沉降器殼體無(wú)損檢測(cè)項(xiàng)目,,再生器、沉降器裙座無(wú)損檢測(cè)項(xiàng)目如下： (1) 再生器裙座的對(duì)接焊縫焊后應(yīng)進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，級(jí)合格，并進(jìn)行20%TOFD II級(jí)+UT I級(jí)復(fù)驗(yàn)，II級(jí)合格；裙座與下封頭的對(duì)接焊縫，焊后進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，級(jí)合格。 (2) 沉降器裙座上15CrMoR的對(duì)接接頭及15CrMoR與16MnR之間的對(duì)接接頭焊后應(yīng)進(jìn)行100% TOFD II級(jí)+UT I級(jí)；16MnR的對(duì)接接頭焊后應(yīng)進(jìn)行20%的TOF

14、D II級(jí)+UT I級(jí)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(cè)，級(jí)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(huì)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(guò)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(cè)，檢測(cè)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(jì)算)，如超過(guò)焊接接頭深度的2/3仍殘留缺陷時(shí)，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(zhǎng)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(guò)兩次，如超過(guò)兩次，必須在項(xiàng)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(duì)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(guò)渡。對(duì)于有無(wú)損檢測(cè)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(duì)焊補(bǔ)處的內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，其

16、檢測(cè)項(xiàng)目和要求與原焊縫相同。,,7. 焊后消應(yīng)力退火,根據(jù)對(duì)兩器熱處理高溫階段殼體受力模擬分析及計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(chǎng)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(guò)熱工計(jì)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(dòng)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(guò)熱氣

17、體的傳導(dǎo)、對(duì)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(cè)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(wú)需用加熱器補(bǔ)溫，需增加熱處理恒溫時(shí)間，同時(shí)通過(guò)開(kāi)孔封堵處設(shè)置可調(diào)節(jié)煙道，來(lái)解決由于厚度不等引起的受熱不均勻問(wèn)題。,,,圖9再生器熱處理示意圖,,,結(jié)束語(yǔ) 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(wú)損檢測(cè)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(dòng)焊的使用，可為同類型裝置大型設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)組焊提供借鑒參考。,謝謝!,