某化工有限公司在生產(chǎn)混合甲苯產(chǎn)品的裝置中．對1臺2006年投入使用的二段加氫不銹鋼反應(yīng)釜首次進(jìn)行全面檢驗，在人孔接管堆焊層經(jīng)滲透檢測發(fā)現(xiàn)有多條環(huán)向裂紋。裂紋宏觀形貌如圖1所示。
該容器直徑1200mm，母材壁厚：基材40mm，復(fù)合板3mm，總長：10415mm，容積8．31m3，設(shè)計壓力6．6MPa，工作壓力6．0MPa，設(shè)計溫度370℃，工作溫度350℃。使用介質(zhì)：ψ(H2)>90％，(300一1000)×10-6的硫化氫氣體及碳九混合物。容器材質(zhì)：基材為15CrMoR鋼，復(fù)合層材質(zhì)為0Cr18NiOTi，堆焊層材質(zhì)為321不銹鋼，人孔接管材質(zhì)為15CrM0Ⅲ鋼，內(nèi)壁堆焊層材質(zhì)為321不銹鋼。
1使用狀況和檢驗結(jié)果
該容器使用中，釜內(nèi)碳九混合物先升溫至135℃，隨至升壓到<2．4MPa，再逐步加入氫氣反應(yīng)后產(chǎn)生硫化氫氣體，通過逐步升溫升壓到工作溫度和工作壓力，反應(yīng)結(jié)束后，先降壓到<2．4MPa，再降溫至135℃，隨后先降壓后降溫。不銹鋼反應(yīng)釜在停止期間，為防止氯離子和聯(lián)多硫酸(H2S)對釜內(nèi)奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕．必須對釜內(nèi)表面進(jìn)行中和清洗。在催化劑泄出后，容器壁溫度下降至介質(zhì)露點溫度130℃時的時間不很過8h，及時對不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)壁清洗。先用中和液浸泡4h以上．然后用中和液噴淋加涂刷容器內(nèi)壁。
2008年7月第1次開罐檢驗．進(jìn)行了原始資料審查、測厚等常規(guī)檢驗，著重對設(shè)備制造過程中焊縫原有缺陷部位和返修部位的射線復(fù)查，堆焊層進(jìn)行100％滲透檢測，對首次檢驗發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生缺陷的部位進(jìn)行很聲波定量定性檢測。對缺陷部位進(jìn)行返修和重新檢測及耐壓試驗、氣密性試驗等。根據(jù)《壓力容器定期檢驗規(guī)則》作出檢驗結(jié)論。
2裂紋成因分析及處理
經(jīng)上述手段檢驗發(fā)現(xiàn)，裂紋產(chǎn)生在人孔接管的堆焊層，經(jīng)很聲波檢測進(jìn)一步確定，裂紋深度未達(dá)到基材，缺陷存在于人孔接管堆焊層。
(1)焊接因素的影響復(fù)合鋼板及堆焊層涉及2種不同的金屬材料和金相組織．焊接過程中其化學(xué)成分和金相組織變化較為復(fù)雜．基層材料合金元素含量較低，屬低合金中溫抗氫鋼。該鋼材焊接裂紋敏感指數(shù)Pcm在0．43％左右，在板厚較大情況下，會產(chǎn)生較大拘束應(yīng)力，焊接時易產(chǎn)生冷裂紋。堆焊層材料321不銹鋼合金元素含量較高．若焊接材料和焊接工藝的選擇不合適，焊接堆焊層時?；鶎硬牧蠈φ麄€焊接金屬的合金材料具有稀釋作用。使焊縫中的奧氏體形成元素含量不足。結(jié)果焊縫中可能出現(xiàn)硬脆的馬氏體組織，容易在堆焊層產(chǎn)生裂紋。
(2)焊后熱處理因素的影響焊后熱處理是消除或降低焊接應(yīng)力，有利于焊縫中擴(kuò)散氫的逸出，改善焊縫和焊接熱影響區(qū)的組織性能。同時也能適當(dāng)?shù)馗纳岂R氏體硬化、脆化組織。徹底減小裂紋產(chǎn)生的傾向。因容器體積長為10415mm，體積較大，熱處理爐內(nèi)溫度不是十分恒定，測溫點有限(6個)，爐門附近和爐膛中央溫度有一定差距，熱處理效果不理想。
(3)介質(zhì)對容器壁的影響氫氣和微量的硫化氫在此工作壓力和工作溫度時不會對復(fù)合層OCr18Ni10Ti和基層材質(zhì)15CrMOR產(chǎn)生氫腐蝕。綜上分析可知，該裂紋是因堆焊而產(chǎn)生的。堆焊層間溫度控制不穩(wěn)定．合金元素的流失產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，焊后熱處理溫度不均勻是裂紋生成的主要因素。加氫不銹鋼反應(yīng)釜消除缺陷的工作是重中之重，制造廠提出回廠全面返修，徹底消除隱患。用戶認(rèn)為不能耽誤生產(chǎn)工期，由于裂紋產(chǎn)生的原因和裂紋并未對基材造成破壞。采取了在人孔焊接管內(nèi)加0Cr18Ni10Ti的4mm套管，如圖2所示。
焊接時，需焊前預(yù)熱到100℃，采用焊材321焊絲，氬氣保護(hù)，小電流多焊道，以減小應(yīng)力集中。焊后熱處理為(625±20)℃，保溫時間>2h，套管和人孔接管的焊接為及時排出夾層中的氣體，需在人孔接管管壁上鉆1個孔徑為10mm的排氣孔，在不銹鋼反應(yīng)釜首次加熱后及時調(diào)節(jié)螺栓，排放套管和人孔壁中的余氣，避免套管鼓包的現(xiàn)象發(fā)生。
采用上述方案返修后，經(jīng)全面檢驗未發(fā)現(xiàn)新缺陷的產(chǎn)生，原有缺陷在很聲波檢驗中未發(fā)現(xiàn)有擴(kuò)展延伸的現(xiàn)象。
3結(jié)論和探討
在加氫不銹鋼反應(yīng)釜的設(shè)計、制造過程中，必須根據(jù)容器使用的工藝參數(shù)才能準(zhǔn)確地計算出焊接裂紋敏感指數(shù)，在母材厚度較大時，為減小拘束應(yīng)力，應(yīng)計算出焊前預(yù)熱溫度，有效地提高焊接質(zhì)量。焊后熱處理也應(yīng)有效地計算出熱處理溫度和保溫時間．提高焊后熱處理效果。加氫不銹鋼反應(yīng)釜堆焊層在焊接過程中要避免合金元素的稀釋，以確保堆焊層為奧氏體組織。
