加氢裂化反应器新型铬钼钒钢焊接与带极堆焊——文献学习体会

文献概况与工程背景

本文发表于《中国化工装备》2001年第3卷第2期，作者张良成来自上海锅炉厂有限公司，陶群来自德国蒂森克虏伯股份公司上海代表处。加氢裂化反应器是炼油装置中的核心设备，工作温度高达400~500℃，压力可达15~25MPa，内部介质含有氢气、硫化氢等，服役条件极为苛刻。反应器的内衬材料通常为Cr-Mo-V类低合金钢，需要在内壁堆焊一层合金层以抵抗高温氢腐蚀（HTH）和冲刷磨损。

本文介绍了2-1/4Cr1Mo1/4V和3Cr1Mo1/4V两种新型低合金钢的焊接和带极堆焊技术，这些材料是德国蒂森克虏伯（TK）开发的新型材料，具有优异的蠕变强度和抗氢腐蚀性能。本文的技术内容对于国内加氢裂化反应器的制造和修复具有重要的参考价值。

新型铬钼钒钢的材料特性

材料成分与性能

2-1/4Cr1Mo1/4V和3Cr1Mo1/4V是在传统2-1/4Cr1Mo钢基础上添加V元素并调整Cr含量的新型低合金钢。V的添加主要通过形成稳定的VN和V₄C₃碳化物/氮化物，提高材料的高温强度和抗蠕变性能。

焊接性分析

铬钼钒钢的焊接性主要受以下因素影响：

1. 淬硬倾向：Cr、Mo、V元素提高了碳当量，增加了焊接接头的淬硬倾向。焊接时需严格控制预热温度和热输入。
2. 氢致裂纹敏感性：铬钼钒钢对氢致裂纹敏感，需采用低氢焊材并充分预热。
3. 回火脆性：焊接热影响区在550~620℃区间存在回火脆性，焊后热处理需避免在此温度区间停留。
4. 蠕变强度匹配：焊接接头应具有良好的蠕变强度，以满足高温长期服役要求。

焊接工艺与焊后热处理

焊接工艺方案

焊后热处理（PWHT）的关键性

焊后热处理对于铬钼钒钢焊接接头至关重要，其作用包括：

1. 消除焊接残余应力：降低接头中的残余拉应力，减少应力腐蚀开裂和蠕变裂纹的风险。
2. 改善热影响区组织：使淬火组织回火，提高韧性和塑性。
3. 促进氢扩散逸出：消除焊接过程中渗入的扩散氢，防止延迟裂纹。
4. 稳定接头性能：使焊接接头的力学性能达到设计要求。

PWHT温度控制在720~740℃，此温度范围既能有效消除残余应力，又能避免回火脆性。保温时间根据壁厚确定，一般按每25mm壁厚保温1h计算。

带极堆焊工艺分析

带极堆焊的原理与优势

带极堆焊（Strip Cladding）是一种高效堆焊方法，采用带材作为填充金属，配合埋弧焊或电渣焊工艺，实现大面积、高速度的堆焊。相较于传统的焊丝堆焊，带极堆焊具有以下优势：

两种带极堆焊工艺

本文介绍了两种带极堆焊工艺：

1. 埋弧带极堆焊（SAC）：采用埋弧焊工艺，带材作为填充金属，焊剂作为保护。适用于反应器的内壁堆焊，熔敷效率高，堆焊层质量好。
2. 电渣带极堆焊（ESC）：采用电渣焊工艺，带材作为填充金属，熔渣作为保护和热输入介质。适用于厚壁反应器的内壁堆焊，熔透性好，堆焊层与基体的结合强度高。

带极堆焊的工艺要点

• 带材选择：带材成分应与母材匹配或略高，如309Mo、347、321等不锈钢带材。
• 堆焊层厚度：根据反应器的设计要求和工况条件确定，一般为5~10mm。
• 堆焊顺序：采用分段堆焊、对称堆焊等方式，控制堆焊变形和应力。
• 堆焊道间清理：每道堆焊后清理表面氧化皮和飞溅，确保层间结合质量。
• 堆焊后检测：进行MT/UT检测，检查堆焊层表面和内部的缺陷。

工程实践思考与启示

加氢裂化反应器的制造和修复是石油化工装备领域的技术难点之一。新型2-1/4Cr1Mo1/4V和3Cr1Mo1/4V钢的应用，代表了低合金钢在高温高压氢环境下的技术进步。从工程实践角度，以下问题值得深入思考：

1. 焊接接头的长期性能：焊接接头在高温长期服役下的蠕变性能、抗氢腐蚀性能和抗疲劳性能，需要通过长期运行数据来验证。
2. 带极堆焊的变形控制：大面积带极堆焊会产生较大的热输入，导致反应器筒体产生变形。需采用合理的堆焊顺序和反变形措施。
3. 堆焊层与基体的结合质量：堆焊层与基体的结合强度是堆焊质量的关键指标，需通过剥离试验或剪切试验验证。
4. 堆焊层的耐冲刷性能：加氢裂化反应器内部流体流速高，堆焊层需具有良好的耐冲刷性能。

本文的技术内容对于国内加氢裂化反应器的制造和修复具有重要的参考价值。随着国内炼油能力的不断提升，加氢裂化装置的大型化和长周期运行要求越来越高，对反应器的材料性能和焊接质量提出了更严格的要求。新型铬钼钒钢和带极堆焊技术的应用，将为我国加氢裂化装置的可靠运行提供有力的技术支撑。同时，焊接工艺的不断优化和焊后热处理技术的完善，也将进一步提高焊接接头的服役性能，延长设备的使用寿命。