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裂解汽油加氢装置二段反应器缺陷分析
裂解汽油加氢装置二段反应器缺陷分析兰韭渡术乙烯工业2005,17(3)32~36E1].ENEINDUY裂解汽油加氢装置●一反应器缺陷分析廖.赵福瑞,尹国志,牛岚岚2
(1中国石油吉林石化公司,吉林,132022;2上海孚宝港务有限公司,上海,201507)摘要:对中国石油吉林石化公司300kt/a乙烯装置汽油加氢二段反应器接管与筒体焊接接头的缺陷进行详细分析.阐明了缺陷的产生是由于在焊接过程中焊缝熔舍区内形成马氏体,增碳层并伴有8一铁素体的分解而使熔舍区内及焊缝处的材质脆化由于选用焊接材料的错误,产生较高的焊接残余应力致使焊缝开裂分析了焊缝马氏体,增碳层及8一铁紊体分解的原因.关键词:裂纹;焊接:马氏体
1前言中国石油吉林石化公司(以下简称吉化乙烯)
300kt/a乙烯装置汽油加氢二段反应器(R6401),于1996年投用,运行至1997年4月19日发现中断冷却裂解汽油人口接管(L2)存在穿透性裂纹.在韩国DOOSAN制造厂专家指导下多次返修,仍无法消除裂纹.同时对反应器其它接管进行超声波探伤(UT)和渗透探伤(PI1),均存在不同程度裂纹.下文对反应器接管与简体相连焊缝的裂纹进行分析.
2反应器的基本状况汽油加氢二段反应器为直立式容器:内径
2100mm;壁厚31+3mm;总高11224IYIITI.
2.1主要技术参数(见表1)表1反应器技术参数
2.2主要用材反应器简体及上,下封头由复合板制成,衬里采用爆炸熔敷.壳体主材:A387Gr.12一CL.2(1Cr一1/2Mo),厚3IYIITI.所有11个接管均为铸造管,材质:A182一
F321.设计中选用的焊接材料牌号为:E309L或
E309Nb.反应器主要材料的化学成分见表2,机械性能见表3.由表3可看出,反应器筒体母材属1Cr一1/
2Mo珠光体耐热钢;简体衬里和接管材质属18—8型奥氏体不锈钢.这两种类型材质在20~6OOoC的线性膨胀系数见表4.简体母材,接管以及二者相连焊缝金属的室温平衡组织见表5.收稿日期:2004—06—06;修改稿收到日期:2005—08—06.作者简介:赵福瑞(1970一),男,工程师,1990年大学毕业,本科学历,工学学士,现从事机械设备管理工作.第17卷赵福瑞等.裂解汽油加氢装置二段反应器缺陷分析.33.表3反应器主要材料机械性能表4简体及接管材质线性膨胀系数lo—K材质线性膨胀系数珠光体耐热钢奥氏体不锈钢
l3.5—14.5
l6一l8.5表5简体及接管材质的平衡组织项日室温下的平衡组织简体母材接管焊缝金属珠光体奥氏体+6一铁素体奥氏体+6一铁素体
3接管与简体相连焊缝裂纹的基本情况经过对反应器所有11个接管与简体焊缝进行的超声波探伤,渗透探伤和解剖发现,有10个接管焊缝熔合区中(rw1,TW2,TW3,TW4,TW5,
TW6,rw7,TW8,TC,PDI,I2)存在裂纹,最长达接管焊缝总长的四分之三(rw7)见图1.烙合
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=.图17接管焊缝融合区裂纹示意图通过射线探伤和解剖发现,在rrC接管焊缝金属中存在3条放射状裂纹,见图2.对rrC接管焊接区取焊缝金属”v”形缺口冲击试样.室温冲击韧性为:6J,18J,24J.显然,焊
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\二I图2TC接管焊缝融合区裂纹示意图缝金属已严重脆化.
4缺陷及损伤分析
(1)现场进行金相复膜和取样分析发现,反应器11个接管和简体相连焊缝母材侧熔合区中均存在马氏体带,宽度为50~100.个别搅拌不充分的焊缝熔合区中出现大块马氏体岛,宽度约为1n1m.在上述熔合区中还存在碳的扩散层,在熔合线焊缝侧有增碳层,在熔合线简体母材侧有脱碳层.熔合区中马氏体带和增碳层相重叠,使该区的显微硬度达HV500左右(母材过热区硬度为
HV242左右).另外,由于焊缝金属为奥氏体(18—8)不锈钢,简体母材为珠光体耐热钢.二者在20~030℃时的线性膨胀系数相差约40%,从而导致异种钢焊接接头存在较高的焊接残余应力.并且焊接残余应力的峰值处于上述焊缝熔合区上(马氏体带和增碳层重叠处).综上所述可知,接管与简体焊缝熔合区中存在较宽的,高脆硬的马氏体带和较高的焊接残余应力是导致沿熔合区开裂的决定性因素.
(2)通过金相检验发现,反应器接管与简体相连焊缝金属中6一铁素体含量较高,约为15%,呈
?
34?乙烯工业第l7卷网状.6一铁素体已发生明显的分解,6相向.相转变,使焊缝金属严重脆化,结果不仅导致焊缝金属冲击韧性下降(6J),而且在高的焊接残余应力作用下,沿分解的6一铁素体网产生脆性开裂.
5焊缝熔合区马氏体及增碳层,焊缝金属6一铁素体分解原因反应器制造厂家提供的焊接工艺如下:选用ER一309Nb及ER一347焊条.焊前预热:150℃层间温度:177℃焊后热处理:61
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