ACES裝置高壓甲銨冷凝器列管角焊縫的修復(fù)
作者/來源:重慶奧林特機(jī)電技術(shù)有限公司 日期:2012-05-21 點(diǎn)擊量:1670
摘 要：本文介紹了國(guó)內(nèi)首例ACES裝置高壓甲銨冷凝器雙相不銹鋼換熱列管的管子-管板角焊縫大規(guī)模修復(fù)案例，結(jié)合具體的修復(fù)實(shí)施過程，指出修復(fù)重點(diǎn)環(huán)節(jié)的技術(shù)要求。
關(guān)鍵詞：高壓甲銨冷凝器 管子-管板角焊縫 雙相不銹鋼焊接
前言
陜西渭河重化工有限責(zé)任公司尿素裝置，采用日本東洋工程公司（Toyo Engineering Co.）ACES工藝流程，于1997年建成投入運(yùn)行至今。
高壓設(shè)備中，甲銨冷凝器為固定管板式換熱器，兩臺(tái)立式并聯(lián)（位號(hào)分別為EA101/102），內(nèi)部耐蝕材料為DP-12型雙相不銹鋼，制造焊接材料為SUS329型雙相不銹鋼。
經(jīng)過長(zhǎng)期使用后，其管子-管板角焊縫出現(xiàn)大面積腐蝕缺陷，局部已經(jīng)存在泄漏征兆，嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全運(yùn)行。并且，國(guó)外同樣設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了因管子-管板角焊縫腐蝕造成的嚴(yán)重泄漏事故。
2009年3月，在渭化公司統(tǒng)一安排下，重慶奧林特機(jī)電技術(shù)有限公司調(diào)配專業(yè)力量，對(duì)兩臺(tái)設(shè)備上管箱內(nèi)的全部管子-管板角焊縫，進(jìn)行了徹底的修復(fù)處理。
現(xiàn)將修復(fù)過程及相關(guān)技術(shù)心得，簡(jiǎn)要介紹如下。
1 設(shè)備概況
1.1 設(shè)備技術(shù)特性
高壓甲銨冷凝器主要設(shè)備技術(shù)特性如表1、表2。
表1 EA101主要設(shè)備技術(shù)特性
表2 EA102主要設(shè)備技術(shù)特性
換熱管材料牌號(hào)為SA240/NAR DP-12，其化學(xué)成分見表3。
表3 DP-12化學(xué)成分
1.2 設(shè)備腐蝕形貌
2008年大修時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)：管子-管板角焊縫存在嚴(yán)重的復(fù)相晶間腐蝕，和2007年相比，腐蝕加劇趨勢(shì)明顯。
具體表征為：表層金屬組織大面積疏松脫落、收弧點(diǎn)發(fā)黑潰爛、焊肉局部穿孔。
腐蝕形貌見圖片1、圖片2、圖片3。
2 修復(fù)技術(shù)準(zhǔn)備
2.1 修復(fù)思路的確定
1）修復(fù)范圍：
針對(duì)設(shè)備實(shí)際腐蝕現(xiàn)狀，參考國(guó)外相同設(shè)備的泄漏事故，本著預(yù)防性的原則，決定將兩臺(tái)設(shè)備上管箱內(nèi)的全部管子-管板角焊縫進(jìn)行修復(fù)。
2）原管子-管板角焊縫焊肉的清除：
由于腐蝕因素，原有制造形成的表層焊肉已經(jīng)不再是穩(wěn)定的奧氏體-鐵素體雙相組織；若直接在上面補(bǔ)焊，則一定時(shí)間后，表層金屬一旦腐蝕，將直接面臨新的泄漏危險(xiǎn)。
因此，我們確定了先將舊焊縫表層焊肉徹底清除，再重新焊接的修復(fù)原則。
3）焊接方式：
由于現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)與實(shí)際制造的工況差別，因此，不考慮使用管子-管板自動(dòng)焊，而是采用傳統(tǒng)的手工鎢極氬弧焊。
4）焊接材料：
根據(jù)腐蝕試樣的試驗(yàn)結(jié)果，采用25-22-2型純奧氏體焊絲和DP-3型雙相鋼焊絲，均可滿足耐蝕性能要求；其中，25-22-2材料與DP-12材料進(jìn)行異種鋼焊接獲得的焊縫組織更加穩(wěn)定，焊接質(zhì)量容易控制。
但，在日本東洋工程公司的強(qiáng)烈堅(jiān)持下，由于其有成熟的焊接工藝評(píng)定等原因，最終確定采用DP-3型雙相鋼焊絲。
其牌號(hào)為SUS329J4L DP-3T(UNS S39226)，化學(xué)成分見表4。
表4 DP-3T化學(xué)成分
2.2 焊肉清除機(jī)具的選擇
由于雙相鋼本身硬度較高，腐蝕后其表面產(chǎn)物相當(dāng)硬脆，普通的打磨方式無法進(jìn)行有效清除，必須采用機(jī)械切削。
經(jīng)對(duì)比試驗(yàn)，我們最終選擇了日立造船出產(chǎn)的氣動(dòng)式管端加工機(jī)。
其優(yōu)點(diǎn)在于：利用換熱管內(nèi)壁定心，簡(jiǎn)便可靠；內(nèi)置式氣動(dòng)馬達(dá)，無級(jí)調(diào)速，可任意變換切削速度以控制切削力大小；合金刀片雙面對(duì)稱安裝，可計(jì)數(shù)進(jìn)刀量控制，能有效保證加工精度。
2.3焊接器具及背保護(hù)工裝的準(zhǔn)備
1）焊接器具：
為了從施工器具的角度保障焊接可靠，我們選擇了ESAB LTN-250A焊機(jī)，氣冷式焊炬內(nèi)置周向?yàn)V網(wǎng)以保證氣流穩(wěn)定性，噴嘴直徑￠10，鎢極直徑￠2。
2）背保護(hù)工裝：
為避免列管內(nèi)壁熱影響區(qū)氧化，焊接時(shí)管內(nèi)應(yīng)通氬實(shí)現(xiàn)被保護(hù)。
我們專門設(shè)計(jì)制作了背保護(hù)工裝，通氬氣的嘴子內(nèi)裝有不銹鋼絲網(wǎng),可使通道截面積盡量增大，使氬氣從保護(hù)嘴送出分布在所有焊接時(shí)有可能達(dá)到400℃以上的管壁區(qū)域，并由列管頂端逸出。
2.4焊接工藝評(píng)定及焊工考試
1）焊接工藝評(píng)定：
由東洋工程公司提供原始制造使用的焊接工藝評(píng)定供參考。
實(shí)際使用時(shí)，和原始工藝評(píng)定相比，主要存在以下不同：
①焊接層數(shù)不同。
本次修復(fù)焊接不存在原始制造時(shí)的打底層；
②焊接材料不同。
本次焊接使用的DP-3T焊絲，為原始制造時(shí)使用焊絲的改良型。
③焊接規(guī)范的修正：
在東洋工程公司提供焊接工藝評(píng)定的基礎(chǔ)上，出于減小修復(fù)焊接過程對(duì)換熱管原內(nèi)壁熱影響區(qū)熱輸入量的考慮，我們建議對(duì)焊接規(guī)范進(jìn)行了以下修正，并得到了東洋工程公司的認(rèn)可。
主要調(diào)整了焊絲直徑，減小了焊接電流，控制管壁熔深及管內(nèi)壁熱影響區(qū)顏色更為嚴(yán)格，
2）焊工考試：
采用東洋工程公司提供的考試試件進(jìn)行。
鋼板（模擬管板耐蝕層）厚度為30mm，材料為DP-12型；換熱管材料、規(guī)格與設(shè)備內(nèi)實(shí)際相同；焊絲采用DP-3T ￠1.2/1.6，共焊接兩層。
按與實(shí)際狀況相同的列管間距、管端伸出高度進(jìn)行試件的加工、組裝。
焊接完畢后，由奧林特公司現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人會(huì)同日方技術(shù)代表共同進(jìn)行以下項(xiàng)目的考核驗(yàn)收：
①宏觀檢查焊縫、管橋三角區(qū)外觀成型及管端完整性；
②對(duì)焊縫及管橋三角區(qū)進(jìn)行PT檢測(cè)；
③將試件剖開，對(duì)斷面進(jìn)行宏觀檢查，重點(diǎn)是管壁熔深及換熱管外壁與管板結(jié)合根部熔合狀況；
④對(duì)斷面進(jìn)行金相檢查。
共8名焊工，每人焊接1塊試件計(jì)20根換熱管。
考試結(jié)果為：7人一次合格，1人經(jīng)再培訓(xùn)后合格。
2.5 修復(fù)過程主要質(zhì)量控制點(diǎn)的建立
為確保修復(fù)質(zhì)量，建立控制點(diǎn)如表5，并組成專門質(zhì)量檢查組，按規(guī)定時(shí)間表進(jìn)行檢查控制。
表5 修復(fù)質(zhì)量控制點(diǎn)明細(xì)
說明：W為現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，H為檢查停止點(diǎn)。
3 修復(fù)過程重點(diǎn)環(huán)節(jié)及質(zhì)量要求
3.1 機(jī)械加工
清除原焊縫表層焊肉，并形成新的焊接坡口。
1）幾何尺寸：
按圖1所示。
2）外觀質(zhì)量：
管外壁無加工損傷；加工面寬窄均勻，管橋三角區(qū)無明顯凸起；加工面無明顯腐蝕產(chǎn)物殘留。
3.2第一層焊接
1）焊接參數(shù)：
2）操作要求：
①瞄準(zhǔn)鎢極位置角度大約10°，絕對(duì)避免將鎢極朝向管外側(cè)。見圖2所示。
②采用高頻，在管板起弧，從焊接部位外側(cè)送入焊絲，控制管壁熔深在0.3～0.8mm，最大不得超過1.0mm。
③管子外壁與管板的結(jié)合根部必須焊透，送絲量要保持足夠以免焊縫凹陷；
④收弧采取延時(shí)冷卻；最終收弧點(diǎn)處理方式為重熔或部分打磨，收弧部位要比其它焊接部位高出1.0mm左右。
⑤鎢極尖磨損后要及時(shí)更換。
⑥為了防止溫度上升，不要連續(xù)焊接相鄰的管子；采取分道間斷焊接，每根列管角焊縫分三次焊完，即逆時(shí)針方向每次焊120度角。
3）焊縫外觀成形及尺寸：
按圖4所示進(jìn)行控制。
4）宏觀檢查：
①焊縫成形：按圖4要求，不允許凹陷部位的存在。
②外觀缺陷：不允許任何的焊肉表面氣孔、焊縫收弧縮孔、咬邊、裂紋、焊肉過大。
③內(nèi)壁熱影響區(qū)：顏色只能為正常的銀色或金黃色，允許局部淺藍(lán)色存在，不得存在深藍(lán)色及內(nèi)壁燒穿現(xiàn)象。
④換熱管端：除由于管端已經(jīng)存在的原腐蝕減薄及缺口而造成的塌焊以外，不得允許管端熔化現(xiàn)象的存在。
5）滲透探傷：
①焊接后冷卻到40℃進(jìn)行；
②不允許有任何線性及孔型缺陷的存在；凡發(fā)現(xiàn)前述類型缺陷，必須返修；
③探傷確認(rèn)完后清理表面，用脫鹽水沖洗+鋼絲刷清理方式，除去表面殘留的顯像劑，以免影響下一層焊接質(zhì)量。
6）焊縫返修：
①過程返修：焊接過程中，焊工自行發(fā)現(xiàn)的缺陷，可按返修技術(shù)作業(yè)程序自行進(jìn)行。
②通知返修：宏觀檢查及滲透探傷發(fā)現(xiàn)的缺陷，在接到返修通知后進(jìn)行。
③返修技術(shù)作業(yè)程序：焊接冷卻到40℃后，用筆式砂輪打磨消除缺陷，再按焊接要求對(duì)返修部位進(jìn)行補(bǔ)焊；補(bǔ)焊部位焊肉要比其它焊接部位高出1.0mm左右。
④返修后質(zhì)量確認(rèn)：除進(jìn)行宏觀檢查確認(rèn)外，還必須進(jìn)行二次滲透探傷。
3.3第二層焊接
1）焊接參數(shù)：
2）操作要求：
與第一層焊接相同。
3）焊縫外觀成形及尺寸：
按圖5所示進(jìn)行控制。
4）管橋三角區(qū)成形：
管橋三角區(qū)不得形成凹坑，焊接時(shí)必須補(bǔ)平。見圖6所示。
5）宏觀檢查：
除焊縫成形及官橋三角區(qū)外觀按圖5、圖6所示要求進(jìn)行檢查外，其余檢查要求與第一層焊接相同。
6）滲透探傷：
與第一層焊接相同。
7）焊縫返修：
與第一層焊接相同。
3.4最終檢驗(yàn)確認(rèn)：
由于現(xiàn)場(chǎng)不具備在氨滲漏試驗(yàn)之前進(jìn)行水壓試驗(yàn)的條件，故最終檢驗(yàn)確認(rèn)手段為氨滲漏試驗(yàn)+管程氣壓試驗(yàn)。
1）氨滲漏試驗(yàn)：
按HG/T 3176-2002《尿素高壓設(shè)備氨滲漏試驗(yàn)方法》規(guī)定，進(jìn)行殼側(cè)氨滲漏試驗(yàn)。
2）管程氣壓試驗(yàn)：
結(jié)合系統(tǒng)開車升壓過程進(jìn)行，壓力至操作規(guī)定值。
4 修復(fù)質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果
4.1 第一層焊接
1）宏觀檢查后返修率3%，主要返修原因在于氣孔的處理；
2）PT檢測(cè)后返修率1%，主要返修原因仍然是氣孔的處理。
4.2 第二層焊接
1）宏觀檢查后返修率0.5%，主要返修原因在于官橋三角區(qū)凹陷；
2）PT檢測(cè)后無返修。
4.3 氨滲漏試驗(yàn)
一次合格。
4.4 管程氣壓試驗(yàn)
一次合格。
4.5 遺留問題
1）原內(nèi)件支撐螺柱附近，共約0.5%的換熱列管，管端被電弧熔塌形成小缺口，但缺口底部均高于焊縫，故不再處理。
2)管板邊緣部位，共約0.3%的換熱列管，靠管箱筒體側(cè)，內(nèi)壁熱影響區(qū)顏色發(fā)藍(lán)，保留觀察。
5 運(yùn)行一年后實(shí)際效果
2010年3月，我們對(duì)兩臺(tái)設(shè)備修復(fù)焊接部位，進(jìn)行了全面的腐蝕檢查。
檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)：全部修復(fù)焊縫表面鈍化良好，金屬光澤明顯，不存在異常腐蝕缺陷；原遺留的局部管內(nèi)壁發(fā)藍(lán)處，無疏松條帶存在；原遺留的局部管端熔化形成缺口處，無腐蝕溝槽形成。
實(shí)際腐蝕形貌見圖片4、圖片5。
6 結(jié)束語
1）雙相鋼焊縫腐蝕產(chǎn)物的清理，采用機(jī)械切削方式最為有效快捷；
2）焊接方案的制訂、焊工的技能培訓(xùn)、焊接工藝紀(jì)律的執(zhí)行、焊接檢驗(yàn)控制點(diǎn)的確立，是保障修復(fù)施工質(zhì)量的基礎(chǔ)；
3）在管子-管板角焊縫的修復(fù)焊接過程中，控制管壁熔深是關(guān)鍵，焊接氣孔的處理是難點(diǎn)。
作者簡(jiǎn)介：余竹君，男，42歲，1988年畢業(yè)于重慶大學(xué)機(jī)械工程系，高級(jí)工程師，重慶奧林特機(jī)電技術(shù)有限公司副總經(jīng)理。長(zhǎng)期從事尿素高壓設(shè)備腐蝕監(jiān)測(cè)與維修的技術(shù)管理，先后參加過尿素高壓設(shè)備的腐蝕行為研究、耐蝕材料國(guó)產(chǎn)化研制、修復(fù)技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用等多項(xiàng)國(guó)際國(guó)內(nèi)合作課題。
關(guān)鍵詞：高壓甲銨冷凝器 管子-管板角焊縫 雙相不銹鋼焊接
前言
陜西渭河重化工有限責(zé)任公司尿素裝置，采用日本東洋工程公司（Toyo Engineering Co.）ACES工藝流程，于1997年建成投入運(yùn)行至今。
高壓設(shè)備中，甲銨冷凝器為固定管板式換熱器，兩臺(tái)立式并聯(lián)（位號(hào)分別為EA101/102），內(nèi)部耐蝕材料為DP-12型雙相不銹鋼，制造焊接材料為SUS329型雙相不銹鋼。
經(jīng)過長(zhǎng)期使用后，其管子-管板角焊縫出現(xiàn)大面積腐蝕缺陷，局部已經(jīng)存在泄漏征兆，嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全運(yùn)行。并且，國(guó)外同樣設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了因管子-管板角焊縫腐蝕造成的嚴(yán)重泄漏事故。
2009年3月，在渭化公司統(tǒng)一安排下，重慶奧林特機(jī)電技術(shù)有限公司調(diào)配專業(yè)力量，對(duì)兩臺(tái)設(shè)備上管箱內(nèi)的全部管子-管板角焊縫，進(jìn)行了徹底的修復(fù)處理。
現(xiàn)將修復(fù)過程及相關(guān)技術(shù)心得，簡(jiǎn)要介紹如下。
1 設(shè)備概況
1.1 設(shè)備技術(shù)特性
高壓甲銨冷凝器主要設(shè)備技術(shù)特性如表1、表2。
表1 EA101主要設(shè)備技術(shù)特性
|
介質(zhì) 參數(shù) |
殼 側(cè) | 管 側(cè) |
| 蒸汽 | NH3 /CO2/甲銨液 | |
| 設(shè)計(jì)壓力MPa | 0.8 | 18 |
| 操作壓力MPa | 0.49 | 17.1 |
| 設(shè)計(jì)溫度℃ | 200 | 220 |
| 操作溫度℃ | 158/158 | 183/176 |
| 材 質(zhì) | SA516M Gr.485 | DP-12 |
| 列管規(guī)格 | ￠19×2×10300 | 2820根 |
表2 EA102主要設(shè)備技術(shù)特性
|
介質(zhì) 參數(shù) |
殼 側(cè) | 管 側(cè) |
| 蒸汽 | NH3 /CO2/甲銨液 | |
| 設(shè)計(jì)壓力MPa | 2.1 | 18 |
| 操作壓力MPa | 1.72 | 17.1 |
| 設(shè)計(jì)溫度℃ | 190 | 220 |
| 操作溫度℃ | 137/155 | 183/176 |
| 材 質(zhì) | SA240 316L-VG | DP-12 |
| 列管規(guī)格 | ￠19×2×10300 | 1735根 |
換熱管材料牌號(hào)為SA240/NAR DP-12，其化學(xué)成分見表3。
表3 DP-12化學(xué)成分
| C | Si | Mn | P |
| 0.03 | 0.75 | 1.1 | 0.03 |
| S | Cr | Ni | Mo |
| 0.03 | 24.8～26 | 6.5～7.5 | 2.5～3.2 |
| Cu | N | W | |
| 0.2～0.4 | 0.1～0.3 | 0.1～0.3 |
1.2 設(shè)備腐蝕形貌
2008年大修時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)：管子-管板角焊縫存在嚴(yán)重的復(fù)相晶間腐蝕，和2007年相比，腐蝕加劇趨勢(shì)明顯。
具體表征為：表層金屬組織大面積疏松脫落、收弧點(diǎn)發(fā)黑潰爛、焊肉局部穿孔。
腐蝕形貌見圖片1、圖片2、圖片3。
2 修復(fù)技術(shù)準(zhǔn)備
2.1 修復(fù)思路的確定
1）修復(fù)范圍：
針對(duì)設(shè)備實(shí)際腐蝕現(xiàn)狀，參考國(guó)外相同設(shè)備的泄漏事故，本著預(yù)防性的原則，決定將兩臺(tái)設(shè)備上管箱內(nèi)的全部管子-管板角焊縫進(jìn)行修復(fù)。
2）原管子-管板角焊縫焊肉的清除：
由于腐蝕因素，原有制造形成的表層焊肉已經(jīng)不再是穩(wěn)定的奧氏體-鐵素體雙相組織；若直接在上面補(bǔ)焊，則一定時(shí)間后，表層金屬一旦腐蝕，將直接面臨新的泄漏危險(xiǎn)。
因此，我們確定了先將舊焊縫表層焊肉徹底清除，再重新焊接的修復(fù)原則。
3）焊接方式：
由于現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)與實(shí)際制造的工況差別，因此，不考慮使用管子-管板自動(dòng)焊，而是采用傳統(tǒng)的手工鎢極氬弧焊。
4）焊接材料：
根據(jù)腐蝕試樣的試驗(yàn)結(jié)果，采用25-22-2型純奧氏體焊絲和DP-3型雙相鋼焊絲，均可滿足耐蝕性能要求；其中，25-22-2材料與DP-12材料進(jìn)行異種鋼焊接獲得的焊縫組織更加穩(wěn)定，焊接質(zhì)量容易控制。
但，在日本東洋工程公司的強(qiáng)烈堅(jiān)持下，由于其有成熟的焊接工藝評(píng)定等原因，最終確定采用DP-3型雙相鋼焊絲。
其牌號(hào)為SUS329J4L DP-3T(UNS S39226)，化學(xué)成分見表4。
表4 DP-3T化學(xué)成分
| C | Si | Mn | Ni | Cr |
| 0.01 | 0.37 | 0.78 | 9.3 | 25.3 |
| Mo | Cu | W | N | |
| 3.03 | 0.4 | 0.27 | 0.17 |
2.2 焊肉清除機(jī)具的選擇
由于雙相鋼本身硬度較高，腐蝕后其表面產(chǎn)物相當(dāng)硬脆，普通的打磨方式無法進(jìn)行有效清除，必須采用機(jī)械切削。
經(jīng)對(duì)比試驗(yàn)，我們最終選擇了日立造船出產(chǎn)的氣動(dòng)式管端加工機(jī)。
其優(yōu)點(diǎn)在于：利用換熱管內(nèi)壁定心，簡(jiǎn)便可靠；內(nèi)置式氣動(dòng)馬達(dá)，無級(jí)調(diào)速，可任意變換切削速度以控制切削力大小；合金刀片雙面對(duì)稱安裝，可計(jì)數(shù)進(jìn)刀量控制，能有效保證加工精度。
2.3焊接器具及背保護(hù)工裝的準(zhǔn)備
1）焊接器具：
為了從施工器具的角度保障焊接可靠，我們選擇了ESAB LTN-250A焊機(jī)，氣冷式焊炬內(nèi)置周向?yàn)V網(wǎng)以保證氣流穩(wěn)定性，噴嘴直徑￠10，鎢極直徑￠2。
2）背保護(hù)工裝：
為避免列管內(nèi)壁熱影響區(qū)氧化，焊接時(shí)管內(nèi)應(yīng)通氬實(shí)現(xiàn)被保護(hù)。
我們專門設(shè)計(jì)制作了背保護(hù)工裝，通氬氣的嘴子內(nèi)裝有不銹鋼絲網(wǎng),可使通道截面積盡量增大，使氬氣從保護(hù)嘴送出分布在所有焊接時(shí)有可能達(dá)到400℃以上的管壁區(qū)域，并由列管頂端逸出。
2.4焊接工藝評(píng)定及焊工考試
1）焊接工藝評(píng)定：
由東洋工程公司提供原始制造使用的焊接工藝評(píng)定供參考。
實(shí)際使用時(shí)，和原始工藝評(píng)定相比，主要存在以下不同：
①焊接層數(shù)不同。
本次修復(fù)焊接不存在原始制造時(shí)的打底層；
②焊接材料不同。
本次焊接使用的DP-3T焊絲，為原始制造時(shí)使用焊絲的改良型。
③焊接規(guī)范的修正：
在東洋工程公司提供焊接工藝評(píng)定的基礎(chǔ)上，出于減小修復(fù)焊接過程對(duì)換熱管原內(nèi)壁熱影響區(qū)熱輸入量的考慮，我們建議對(duì)焊接規(guī)范進(jìn)行了以下修正，并得到了東洋工程公司的認(rèn)可。
主要調(diào)整了焊絲直徑，減小了焊接電流，控制管壁熔深及管內(nèi)壁熱影響區(qū)顏色更為嚴(yán)格，
2）焊工考試：
采用東洋工程公司提供的考試試件進(jìn)行。
鋼板（模擬管板耐蝕層）厚度為30mm，材料為DP-12型；換熱管材料、規(guī)格與設(shè)備內(nèi)實(shí)際相同；焊絲采用DP-3T ￠1.2/1.6，共焊接兩層。
按與實(shí)際狀況相同的列管間距、管端伸出高度進(jìn)行試件的加工、組裝。
焊接完畢后，由奧林特公司現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人會(huì)同日方技術(shù)代表共同進(jìn)行以下項(xiàng)目的考核驗(yàn)收：
①宏觀檢查焊縫、管橋三角區(qū)外觀成型及管端完整性；
②對(duì)焊縫及管橋三角區(qū)進(jìn)行PT檢測(cè)；
③將試件剖開，對(duì)斷面進(jìn)行宏觀檢查，重點(diǎn)是管壁熔深及換熱管外壁與管板結(jié)合根部熔合狀況；
④對(duì)斷面進(jìn)行金相檢查。
共8名焊工，每人焊接1塊試件計(jì)20根換熱管。
考試結(jié)果為：7人一次合格，1人經(jīng)再培訓(xùn)后合格。
2.5 修復(fù)過程主要質(zhì)量控制點(diǎn)的建立
為確保修復(fù)質(zhì)量，建立控制點(diǎn)如表5，并組成專門質(zhì)量檢查組，按規(guī)定時(shí)間表進(jìn)行檢查控制。
表5 修復(fù)質(zhì)量控制點(diǎn)明細(xì)
| 檢查項(xiàng)目 | 檢查內(nèi)容摘要 | 檢查類別 |
| 機(jī)械加工 | 加工位置、加工尺寸 | W |
|
第一層 焊接 |
焊接參數(shù)、焊接材料 | W |
| 焊縫成形、焊肉表面氣孔、焊縫收弧縮孔、管壁熔深、管板三角區(qū)凹陷及是否存在漏焊 | H | |
| PT檢測(cè) | H | |
|
第二層 焊接 |
焊接開始前確認(rèn)： 缺陷已經(jīng)全部返修、全部PT檢測(cè)合格、無漏焊 |
H |
| 焊接參數(shù)、焊接材料 | W | |
| 焊縫成形、焊縫腰高、焊肉表面氣孔、焊縫收弧縮孔、管壁熔深、管板三角區(qū)凹陷及是否存在漏焊 | H | |
| PT檢測(cè) | H | |
|
交付氨滲漏前確認(rèn)： 缺陷已經(jīng)全部返修、全部PT檢測(cè)合格、無漏焊 |
H | |
| 氨滲漏試驗(yàn) | 殼側(cè)氨滲漏 | H |
| 壓力試驗(yàn) | 管程氣壓試驗(yàn) | H |
說明：W為現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，H為檢查停止點(diǎn)。
3 修復(fù)過程重點(diǎn)環(huán)節(jié)及質(zhì)量要求
3.1 機(jī)械加工
清除原焊縫表層焊肉，并形成新的焊接坡口。
1）幾何尺寸：
按圖1所示。
2）外觀質(zhì)量：
管外壁無加工損傷；加工面寬窄均勻，管橋三角區(qū)無明顯凸起；加工面無明顯腐蝕產(chǎn)物殘留。
3.2第一層焊接
1）焊接參數(shù)：
| 焊接電流 | 外側(cè)保護(hù)氣 | 內(nèi)側(cè)保護(hù)氣 | 焊絲直徑 |
| 70-80A | 10～15L/min | 5～10L/min | ￠1.2 |
2）操作要求：
①瞄準(zhǔn)鎢極位置角度大約10°，絕對(duì)避免將鎢極朝向管外側(cè)。見圖2所示。
②采用高頻，在管板起弧，從焊接部位外側(cè)送入焊絲，控制管壁熔深在0.3～0.8mm，最大不得超過1.0mm。
③管子外壁與管板的結(jié)合根部必須焊透，送絲量要保持足夠以免焊縫凹陷；
④收弧采取延時(shí)冷卻；最終收弧點(diǎn)處理方式為重熔或部分打磨，收弧部位要比其它焊接部位高出1.0mm左右。
⑤鎢極尖磨損后要及時(shí)更換。
⑥為了防止溫度上升，不要連續(xù)焊接相鄰的管子；采取分道間斷焊接，每根列管角焊縫分三次焊完，即逆時(shí)針方向每次焊120度角。
3）焊縫外觀成形及尺寸：
按圖4所示進(jìn)行控制。
4）宏觀檢查：
①焊縫成形：按圖4要求，不允許凹陷部位的存在。
②外觀缺陷：不允許任何的焊肉表面氣孔、焊縫收弧縮孔、咬邊、裂紋、焊肉過大。
③內(nèi)壁熱影響區(qū)：顏色只能為正常的銀色或金黃色，允許局部淺藍(lán)色存在，不得存在深藍(lán)色及內(nèi)壁燒穿現(xiàn)象。
④換熱管端：除由于管端已經(jīng)存在的原腐蝕減薄及缺口而造成的塌焊以外，不得允許管端熔化現(xiàn)象的存在。
5）滲透探傷：
①焊接后冷卻到40℃進(jìn)行；
②不允許有任何線性及孔型缺陷的存在；凡發(fā)現(xiàn)前述類型缺陷，必須返修；
③探傷確認(rèn)完后清理表面，用脫鹽水沖洗+鋼絲刷清理方式，除去表面殘留的顯像劑，以免影響下一層焊接質(zhì)量。
6）焊縫返修：
①過程返修：焊接過程中，焊工自行發(fā)現(xiàn)的缺陷，可按返修技術(shù)作業(yè)程序自行進(jìn)行。
②通知返修：宏觀檢查及滲透探傷發(fā)現(xiàn)的缺陷，在接到返修通知后進(jìn)行。
③返修技術(shù)作業(yè)程序：焊接冷卻到40℃后，用筆式砂輪打磨消除缺陷，再按焊接要求對(duì)返修部位進(jìn)行補(bǔ)焊；補(bǔ)焊部位焊肉要比其它焊接部位高出1.0mm左右。
④返修后質(zhì)量確認(rèn)：除進(jìn)行宏觀檢查確認(rèn)外，還必須進(jìn)行二次滲透探傷。
3.3第二層焊接
1）焊接參數(shù)：
| 焊接電流 | 外側(cè)保護(hù)氣 | 內(nèi)側(cè)保護(hù)氣 | 焊絲直徑 |
| 80-90A | 10～15L/min | 5～10L/min | ￠1.6 |
2）操作要求：
與第一層焊接相同。
3）焊縫外觀成形及尺寸：
按圖5所示進(jìn)行控制。
4）管橋三角區(qū)成形：
管橋三角區(qū)不得形成凹坑，焊接時(shí)必須補(bǔ)平。見圖6所示。
5）宏觀檢查：
除焊縫成形及官橋三角區(qū)外觀按圖5、圖6所示要求進(jìn)行檢查外，其余檢查要求與第一層焊接相同。
6）滲透探傷：
與第一層焊接相同。
7）焊縫返修：
與第一層焊接相同。
3.4最終檢驗(yàn)確認(rèn)：
由于現(xiàn)場(chǎng)不具備在氨滲漏試驗(yàn)之前進(jìn)行水壓試驗(yàn)的條件，故最終檢驗(yàn)確認(rèn)手段為氨滲漏試驗(yàn)+管程氣壓試驗(yàn)。
1）氨滲漏試驗(yàn)：
按HG/T 3176-2002《尿素高壓設(shè)備氨滲漏試驗(yàn)方法》規(guī)定，進(jìn)行殼側(cè)氨滲漏試驗(yàn)。
2）管程氣壓試驗(yàn)：
結(jié)合系統(tǒng)開車升壓過程進(jìn)行，壓力至操作規(guī)定值。
4 修復(fù)質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果
4.1 第一層焊接
1）宏觀檢查后返修率3%，主要返修原因在于氣孔的處理；
2）PT檢測(cè)后返修率1%，主要返修原因仍然是氣孔的處理。
4.2 第二層焊接
1）宏觀檢查后返修率0.5%，主要返修原因在于官橋三角區(qū)凹陷；
2）PT檢測(cè)后無返修。
4.3 氨滲漏試驗(yàn)
一次合格。
4.4 管程氣壓試驗(yàn)
一次合格。
4.5 遺留問題
1）原內(nèi)件支撐螺柱附近，共約0.5%的換熱列管，管端被電弧熔塌形成小缺口，但缺口底部均高于焊縫，故不再處理。
2)管板邊緣部位，共約0.3%的換熱列管，靠管箱筒體側(cè)，內(nèi)壁熱影響區(qū)顏色發(fā)藍(lán)，保留觀察。
5 運(yùn)行一年后實(shí)際效果
2010年3月，我們對(duì)兩臺(tái)設(shè)備修復(fù)焊接部位，進(jìn)行了全面的腐蝕檢查。
檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)：全部修復(fù)焊縫表面鈍化良好，金屬光澤明顯，不存在異常腐蝕缺陷；原遺留的局部管內(nèi)壁發(fā)藍(lán)處，無疏松條帶存在；原遺留的局部管端熔化形成缺口處，無腐蝕溝槽形成。
實(shí)際腐蝕形貌見圖片4、圖片5。
6 結(jié)束語
1）雙相鋼焊縫腐蝕產(chǎn)物的清理，采用機(jī)械切削方式最為有效快捷；
2）焊接方案的制訂、焊工的技能培訓(xùn)、焊接工藝紀(jì)律的執(zhí)行、焊接檢驗(yàn)控制點(diǎn)的確立，是保障修復(fù)施工質(zhì)量的基礎(chǔ)；
3）在管子-管板角焊縫的修復(fù)焊接過程中，控制管壁熔深是關(guān)鍵，焊接氣孔的處理是難點(diǎn)。
作者簡(jiǎn)介：余竹君，男，42歲，1988年畢業(yè)于重慶大學(xué)機(jī)械工程系，高級(jí)工程師，重慶奧林特機(jī)電技術(shù)有限公司副總經(jīng)理。長(zhǎng)期從事尿素高壓設(shè)備腐蝕監(jiān)測(cè)與維修的技術(shù)管理，先后參加過尿素高壓設(shè)備的腐蝕行為研究、耐蝕材料國(guó)產(chǎn)化研制、修復(fù)技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用等多項(xiàng)國(guó)際國(guó)內(nèi)合作課題。