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大型低合金耐热钢12Cr2Mo1压力容器合成气锅炉给水预热器的制造

技术应用 | 作者:admin 发布日期:2017-06-12 查看次数:89

核心提示:  应用广场版pplication大型低合金耐热钢12Cr2Mo1压力容器合成气/锅炉给水预热器的制造罗乐(川化股份公司信息中心四川成都610301)徼要对大型低合金耐热钢12Cr2Mo1压力容器合成

  应用广场版pplication大型低合金耐热钢12Cr2Mo1压力容器合成气/锅炉给水预热器的制造罗乐(川化股份公司信息中心四川成都610301)徼要对大型低合金耐热钢12Cr2Mo1压力容器合成气/锅炉给水预热器的制造过程进行详细阐述,级,总高度为10062mm,总重量合成气/锅炉给水预热器的设为36730kg,其结构简图见。计参数如表1所示。

  名称壳程管程设计压力/MPa12.525.73工作压力/MPa10.421.5设计温度/*C327385工作温度(进/出)/*C274/312370/301壁温/C293303物料名称锅炉给水合成气焊接接头系数(筒体/封头)11腐蚀裕量/mm33换热面积/m2386管子与管板连接形式强度焊+贴胀全容积/m34.422.82水压试验压力/MPa21.336.2气密性试验压力/MPa25.73容器类别三类表1合成气/锅炉给水预热器设计参数0刖目合成气/锅炉给水预热器是合成氨装置的重要设备,是川化股份公司第二化肥厂的关键设备。该设备为三类高温、高压压力容器,材料焊接性能较差,并且第二化肥厂在进行技术改造时,从某压力容器制造单位购置的合成气/锅炉给水预热器在投入使用后不久就发生过多次严重的泄漏事故,经我公司多次补焊,该预热器一直在勉强运行,给化工生产的稳定和装置的安全造成了极大的隐患。股份公司决定重新制造。我公司充分考虑了该此设备的材质、焊接工艺、热处理、机械加工精度等一系列要求,并结合实际情况进行了详细的论证和分析,制定了合理的制造工艺方案,采取了一系列工艺保证措施,解决了焊接工艺、热处理、成型、加工等方面的问题,设备经最终检验并投入使用,至今未出现任何问题。

  1设备简介合成气/锅炉给水预热器为立式结构的高温、高压列管式换热器,为三类压力容器,管束级别为表2合成气/锅炉给水预热器的主要选用材料2材料的选择合成气/锅炉给水预热器的工作条件为高温、高压,且管程介质为具有氢腐蚀性的合成气,因此,选择了具有抗氢腐蚀性和具有较好高温力学性能和耐高温蠕考虑到该设备的重要性和12Cr2Mo1材料的特殊性,吸取了其他单位制造的失败教训,我单位提出了换热管必须采用进口ASTMSA-213T22冷拔无缝钢管,并经过了正火和回火,不允许拼接,对其化学成分进行严格控制,管程材料12Cr2Mo1IV和ASTMSA-213T22的化学成分见表3.变性能的珠光体耐热钢12Cr2Mo1作为管箱和换热管的材料;由于该设备壳程的工作介质只有锅炉水,因而选择了普通低合金钢16MnR作为筒体材料,该设备的主要选用材料见表2. 15X0-6的要求,即控制微量元素杂质的含量。

  为计算化学成分的配比,达到控制微量杂质的要求,锻件生产厂家应提供微量杂质As(砷)、Sn(锡)、b(锑)等微量杂质的实测值(熔炼成分)。

  该设备的主要受压元件均按照《压力容器安全技术监察规程》第25条的要求进行复验,不合格的材料不得投入使用。复验16MnR板材的化学成分、力学性能、冷弯性能,逐张检查钢板的表面质量和材料标志;逐张进行超声波探伤复验,质量等级符合JB4730 -94,不低于I级为合格。12Cr2Mo1IV还要按照JB/T4726-2000规定的项目进行复验,换热管逐根进行水压试验、超声波探伤,必须符合制定的订货技术条件的要求。

  3焊接合成气/锅炉给水预热器壳程的材质为普通低合金钢16MnR,其焊接性能良好,焊接材料选用与其强度相等的大西洋CHE507、CHW-S4、HJ431及天泰公司的氩弧焊丝TIG-50.我单位具有成熟的焊接工艺,焊接工艺评定能满足该设备的需要,无需进行焊接工艺试验及评定。而管程的材料为2.25Cr-1Mo,该材料首次在我公司使用,因此必须进行焊接工艺试验和焊接工艺评定。

  按照JB4708-2000、B4709-2000以及ASME锅炉及压力容器规范K焊接和钎焊评定标准的要求,在查阅了《焊接手册》等资料后,我单位制定了相应的焊接工艺试验方案,进行了多次试验,最终确定了焊接工艺,并在此基础上进行了焊接工艺评定,评定合格后编制了产品的焊接工艺规程。焊接工艺试验及焊接工艺评定项目如表4所示。

  表3管程材料12Cr2Mo1IV和ASTMSA-213T22的化学成分材料指标技术条件质保书值复验数据技术条件质保书值复验数据序号评定材料接头形式规格/mm焊接方法焊接材料焊后热处理对接焊缝消应热处理对接焊缝消应热处理对接焊缝消应热处理对接焊缝消应热处理对接焊缝消应热处理强度焊不作热处理对接焊缝消应热处理消氢热处理制作的试板)对接焊缝消氢热处理对接焊缝正火+消应热处理对接焊缝消应热处理对接焊缝消应热处理表4合成气/锅炉给水预热器焊接工艺评定项目在进行工艺试验和评定的同时,还有一项重要任务,就是进行焊工培训和考试,让焊工掌握该新材料的焊接性能,操作技能,并按照《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》取得相应的操作资格证,以确保产品的焊接质量。

  4壳程的制造合成气/锅炉给水预热器壳程的材质为16MnR,厚度为70mm,制造的关键是卷板和埋弧自动焊接。卷板采用的是高温卷板,因此坡口形式的选择就显得尤为重要。

  若选择不好,在高温下,钝边在卷板时就容易被熔掉,或者钝边太厚,给焊接造成困难,经过试验,确定了焊接坡口形式,其形式如所示。

  壳程简体对接焊缠坡口田壳程筒体需要制作A类焊缝产品焊接试板。产品焊接试板必须接在纵缝上同时焊接,其试板尺寸、试样截取、试验项目与合格要求均按照JB4744- 2000规定执行。不得在组对时进行强行组对。

  焊接采用手工钨极氩弧焊打底,焊条电弧焊填充三层后,再采取埋弧自动焊的方法。焊接材料的选用按照合成气/锅炉给水预热器焊接工艺评定要求进行。为了保证后续工艺的质量,应作好16MnR筒体环焊缝收缩量的记录,以确定换热管的长度。

  壳程的制造还有1个重点,就是壳体与管板的2条环缝,为保证质量,只能有1条环缝留作收口焊缝,并且无法对该条收口焊缝进行射线探伤,只能作100%超声检应用广场版pplicati测,因此该条焊缝的焊接就显得尤为重要,我单位选择了最好的焊工进行施焊,并对全过程进行跟踪检查。

  5管程的制造由于管箱为锻焊结构,没有A类焊缝,按照《压力容器安全技术监察规程》的要求,首次使用新材料,需要制作两个B类焊接接头鉴证环,其一是管箱与球形封头之间12Cr2Mo1lV对接的鉴证环,其二是管箱与管板之间12Cr2Mo1lV坡口各堆焊Inconel600后,再进行对接的鉴证环,鉴证环的规格和焊接工艺应与产品完全一致。其试件尺寸、试样截取、试验项目与合格要求均按照JB4744- 2000及ASME锅炉及压力容器规范K焊接和钎焊评定标准进行评定。

  5.1管箱的组对管箱在组对时,由于材料的特殊性,不得在坡口内进行点焊,而必须采用组对筋板,在母材上焊接,组对筋板也必须采用与母材材料相同的12Cr2Mo1,焊前必须将待焊区域预热至250*C以上,采用与正式焊接相同的焊条R407进行焊接。在主体焊缝焊完一半后,去掉拉筋板,继续焊接。去掉拉筋板后,将焊疤打磨干净,并作磁粉探伤,如果有裂纹缺陷,必须对其进行补焊并检验合格。需要特别注意的是,为了保证筒体尺寸和堆焊层厚度,对于管箱筒体两端坡口的加工,应先加工有堆焊层一面的坡口,另一面暂不加工,待堆焊面加工完后再进行加工。

  5.2管箱的焊接5.2.1管箱与球形封头的焊接12Cr2Mo1V同种材料之间的焊接,焊接采用焊条电弧焊的方法,焊接材料的选用见表4.焊前将其预热至250C以上,在焊接过程中,层间温度不低于预热温度,并在焊后进行消氢热处理,当管箱接管焊接完成后,进行热处理,以消除应力。坡口形式见。

  5.2.2管箱与管板的焊接管箱与管板的焊接焊缝作为收口焊缝,离管口很近,经过研究,我单位采用了在坡口两侧先堆焊Inconel600,然后再进行In-conel600之间的对接,以避免环缝在对接焊后的消应热处理,有效地解决了因消应热处理而导致管口焊缝被拉裂的问题。焊缝坡口形式见。

  5.3管板的加工为了保证管板及折流板孔的加工质量,我单位特定加工制作了一副模板。套钻模板的加工必须严格控制加工尺寸,特别是换热管孔的加工,严格检验各加工尺寸,并对超过偏差的尺寸做好标记和记录。

  5.4管口的焊接因为是在冬季施工,环境温度较低,湿度较大,并且2.25Cr-1Mo的焊接性能较差,因此在焊接前必须进行预热,焊接必须焊2层,第1层焊接全部检验合格后,再进行第2层的焊接。

  5.5胀管为了保证该设备胀管的质量,采用了制作模拟胀管试样,其性能指标符合《容规》第104、105条之规定。

  胀管采用液压胀管,严格按照操作程序执行,不得出现漏胀、过胀等现象。

  5.6管箱的消应热处理非常重要的,消应热处理的温度为680-720C,保温6h.热处理完成后,对焊缝、热影响区、母材分别测试其硬度值,各项指标均在合格范围内。

  6检验壳程和管程所有的A、B类焊缝焊接完成后均进行100射线探伤,按JB4730-94级合格;进行20%的超声波复探,按JB4730-94I级合格;小于250的接管对接焊缝作100*%磁粉探伤,按JB4730-94I级合格。

  壳体和管箱的C、D类焊缝作100超声波探伤,按JB4730-94I级合格,直径<200mm接管参照该标准执行;C、D类焊缝作100磁粉探伤,按JB4730-94I级合格;焊接坡口表面在焊前进行100%渗透检查,按JB4730-94I级合格。

  换热管与管板强度焊缝进行100%着色检查。

  设备试压分两步进行,先对设备壳体进行水压试验,试验合格后,再作氨渗透试验;管箱组装完之后,对管程进行水压试验,试验合格后,再对管箱进行气密性试验。

  水压试验合格后,所有受压焊缝作100%磁粉或着色检查,按JB4730-94I级合格。

  的坡口均进行100%磁粉探伤,按JB4730-94I级合格。

  7结语7.1材料的订货技术条件和验收复验材料是压力容器制造中的重要控制环节,是设备能否制造成功的关键,因此必须加强控制,制定详细的订货技术条件,并严格执行入厂检验。

  7.2制造方案论证及技术交底由于设备的特殊性和重要性,在制造前应编制总体制造方案,并进行技术交底和分级交底,编制详细的制造和焊接工艺以及质检计划和检验要求。

  7.3质量检验控制编制合成气/锅炉给水预热器质量检验计划和质量控制流程图,确定其制造的停止点、控制点和见证点,并做好相关记录。

  设备所选用的钢板管材均为定尺板和管,要求有准确的下料图或加工图,在钢板或加工件上标明尺寸方位,并有专人负责下料的检查工作。

  由于是高温卷板,因此在卷板时必须将辊子清理干净,并保持平整。

  管板的机加工是1个重要控制点,另外其它加工件及坡口的加工也必须严格控制,按图纸和工艺要求严格进行。

  焊接是压力容器制造过程中的1个重大控制点,首先要进行焊接性分析,作焊接性试验,并进行焊接工艺评定,在此基础上再编制产品的焊接工艺规程,并由焊接工艺监督员跟踪产品的焊接情况。

  热处理工艺必须在检验合格后才能用在产品上。

  检验必须严格按照图纸和工艺的要求进行,严格按照标准执行。


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