CN111331315B - 一种乙烯裂解炉管焊接修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乙烯裂解炉管焊接修复方法，包括如下步骤：（1）旧炉管切割处理：确定旧炉管的受损位置，将受损管段截掉，并对剩余旧炉管的端口内外两侧进行清理和坡口打磨；（2）新炉管切割处理：根据受损管段的长度取同规格等长度的新炉管，将新炉管切割成一段长节和两段等长度的短节，并对长节和短节的端口进行坡口打磨；（3）旧炉管堆焊处理：在旧炉管的坡口表面进行堆焊处理形成堆焊层，并对堆焊层进行坡口打磨；（4）新、旧炉管对接：先将两短节分别与带有堆焊层的旧炉管焊接，再将长节焊接于两短节之间。本发明有效解决了新、旧炉管之间焊接产生的热裂纹现象，具有操作简单、修复效率高、修复效果良好、可靠度高和适用范围广等优点。

Description

一种乙烯裂解炉管焊接修复方法

技术领域

本发明涉及乙烯裂解炉管焊接技术领域，尤其是一种乙烯裂解炉管焊接修复方法。

背景技术

乙烯是世界石化工业的最重要的基础原料之一，被称为“石化工业之母”，而乙烯裂解炉是生产乙烯的核心设备，其主要作用是把天然气、炼厂气、原油及石脑油等各类原材料加工成裂解气。乙烯裂解炉的辐射段主要由炉管、炉墙板、耐火衬里和燃烧器等部件组成，其中炉管位于火焰直接辐射加热的下部炉膛，是辐射段的关键部件，因此其材质通常选用耐高温、抗冲刷、耐热疲劳、蠕变强度高、耐氢蚀且抗渗碳的镍基合金材料，如25Cr-35Ni-Nb+MA等。尽管如此，由于工作环境恶劣，长期工作后，炉管仍会发生变形、蠕变、开裂、甚至爆管，因此需要定期对变形或者受损严重的炉管进行更换，这样就存在这大量的新、旧炉管之间的焊接问题。

根据《焊接》杂志1992年第1期刊发的《乙烯裂解炉辐射段渗碳炉管焊接》、《辽宁工学院学报》2006年4月第2期刊发的《乙烯裂解炉辐射段炉管Cr20Ni32Nb材料的焊接工艺》、《齐鲁石油化工》杂志2008年第1期刊发的《乙烯装置裂解炉辐射段新旧炉管焊接》、《电焊机》杂志2017年第5期刊发的《旧裂解炉管焊接常见缺陷探讨》等相关文献的详细介绍可知：由于服役后的旧炉管材质恶化，可焊性变差，在与新炉管的焊接过程中受到焊接收缩应力或者其他拉应力的作用容易出现热裂纹现象，因此焊接难度较大。目前各生产企业通常都是采用堆焊过渡层的方式，在旧炉管坡口表面先进行钨极氩弧焊堆敷高镍合金，然后与替换新炉管进行对接焊接，从而克服新旧炉管无法直接焊接的技术难题。

但是经多次实践后发现，采用该方法焊接后旧炉管的热影响区仍然会存在热裂纹的现象，这是由于该方法无法有效减小焊接过程中产生的焊接拘束力、炉管自身重力或强制组装应力等多个方面拘束应力，因此在焊接热循环作用下会使焊缝金属产生热裂纹或在高镍合金堆焊的熔合线处产生再热裂纹。由此可知，该方法存在一定的局限性，无法完全克服新、旧炉管之间焊接产生的热裂纹现象。为此，我们提供一种能够有效克服热裂纹现象的乙烯裂解炉管焊接修复方法。

发明内容

本发明提供一种乙烯裂解炉管焊接修复方法，其主要目的在于解决现有乙烯裂解炉管焊接修复方法无法完全克服新、旧炉管之间焊接产生的热裂纹现象，存在一定的局限性的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种乙烯裂解炉管焊接修复方法，包括如下步骤：

（1）旧炉管切割处理：确定旧炉管的受损位置，将受损管段截掉，并对剩余旧炉管的端口内外两侧进行清理和坡口打磨；

（2）新炉管切割处理：根据受损管段的长度取同规格等长度的新炉管，将新炉管切割成一段长节和两段等长度的短节，并对上述长节和短节的端口进行坡口打磨；

（3）旧炉管堆焊处理：在旧炉管的坡口表面进行堆焊处理形成堆焊层，并对堆焊层进行坡口打磨；

（4）新、旧炉管对接：先将两上述短节分别与带有堆焊层的旧炉管焊接，再将上述长节焊接于两上述短节之间。

进一步，在步骤（1）中，旧炉管的清理长度为端口内外两侧各25mm，旧炉管的坡口角度为30°，钝边为1mm。

进一步，在步骤（2）中，两上述短节的长度不小于100mm，并且上述长节和短节的坡口角度均为30°，钝边均为1mm。

进一步，在步骤（3）中，堆焊工序分两层进行，第一层堆焊熔合比小于20%，层间温度小于60℃，且堆焊层总厚度大于3mm。

进一步，在步骤（4)中，上述短节与堆焊层之间的焊接工序首先采用组对点固焊，组对间隙小于2mm；接着采用分层焊接，第一层厚度小于2mm，层间温度小于60℃。

进一步，在步骤（3）和（4）中，焊接方式采用手工钨极氩弧焊，焊丝材质为高镍合金。

更进一步，在步骤（3），焊丝牌号为ERNiCr-3。

更进一步，在步骤（4)中，上述短节与堆焊层之间的焊接采用的焊丝牌号为ERNiCr-3，上述长节与短节之间的焊接所采用的焊丝与新炉管同材质。

和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：

本发明创新性地采用堆焊过渡层+新炉管分段焊接的方式对乙烯裂解炉管进行焊接修复，从而克服了旧炉管材质恶化、可焊性差的问题，有效减少了新、旧炉管焊接过程的拘束应力，避免了热裂纹的产生现象，进而解决了新、旧炉管之间的焊接问题，具有操作简单、修复效率高、修复效果良好、可靠度高和适用范围广等优点。

附图说明

图1为本发明的焊接示意图。

图中：1、旧炉管；2、新旧炉管连接焊缝；3、新炉管连接焊缝；4、堆焊层；5、短节；6、长节；δ、堆焊层厚度（δ=3～5mm）；α、焊缝坡口角度（α=60°）。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。

2020年3月福建联合石油化工有限公司的乙烯裂解炉在生产运行中，2#裂解炉辐射段二程的24根炉管出现爆裂，炉管中裂解原料泄漏喷射到炉膛中燃烧，造成2#裂解炉紧急停炉抢修。

2#裂解炉辐射段二程的炉管材质为：25Cr-35Ni-Nb+MA，规格为：φ120×7mm，属于镍基材料，具体材料成分见表1。由于长时间在1000℃左右高温炉膛中运行，炉管容易产生渗碳、蠕变、脆化等现象，导致材料硬度增大、脆性变强，强度、塑性、韧性等变得很差，炉管内壁材料含C量由0.4%左右增加到2.84%左右，碳当量很大，因此可焊性变得很差。

表1 旧炉管材料成分（w，%）

化学成分	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Nb	Mo	Al	Cu
												元素含量	0.42	1.58	1.2	0.003	0.002	23.95	34.25	1.32	0.38	0.04	0.15

参照图1，为了克服旧炉管材质恶化，可焊性差，减少新、旧炉管焊接过程的拘束应力，避免产生热裂纹现象，本发明创新性地采用堆焊过渡层+新炉管分段焊接的方式对爆裂的乙烯裂解炉管进行焊接修复，其具体工艺包括如下步骤：

（1）旧炉管1切割处理：首先确定旧炉管1的爆管位置，将受损管段截掉，检查剩余旧炉管1的形状及壁厚情况，若检查后认为满足继续使用条件，则将旧炉管1的端口内外两侧的氧化层清理掉，并进行坡口打磨加工。其中，旧炉管1的清理长度为端口内外各25mm，旧炉管1的坡口角度为30°，钝边为1mm。

（2）新炉管切割处理：根据受损管段的长度取同规格等长度的新炉管，将新炉管切割成一段长节6和两段长度为100mm的短节5，并对长节6和短节5的端口进行坡口打磨，长节6和短节5的坡口角度均为30°，钝边均为1mm。

（3）旧炉管1堆焊处理：在旧炉管1的坡口表面采用手工钨极氩弧焊进行高镍合金的堆焊处理，形成堆焊层4，并将对堆焊层4进行坡口打磨，使其满足与短节5的焊接坡口要求。堆焊所采用的焊丝牌号为ERNiCr-3，焊丝直径为2.4mm，焊丝具体成分详见表2。堆焊工序分两层进行，第一层堆焊熔合比为18%，各焊道和层间温度为55℃，堆焊层总厚度为4mm。堆焊过程不允许摆动，并且堆焊完成后的堆焊层经100%PT检测合格。堆焊过程的具体工艺参数详见表4。

（4）新、旧炉管对接：采用手工钨极氩弧焊先将两短节5分别与带有堆焊层4的旧炉管1焊接，再将长节6焊接于两短节5之间。其中，短节5与堆焊层4之间的焊接所采用的焊丝牌号为ERNiCr-3，焊丝直径为2.4mm，焊丝具体成分详见表2；长节6与短节5之间的焊接所采用的焊丝与新炉管同材质，牌号为WEL TIG 35CW，焊丝直径为2.4mm，焊丝具体成分详见表3。短节5与堆焊层4之间，长节6与短节5之间的焊接工序首先采用组对点固焊，组对间隙为1mm；接着采用分层焊接，层间温度为55℃，各层施焊时不得摆动，其中短节5与堆焊层4之间焊接的第一层厚度为2mm，焊接过程中的具体工艺参数为见表4。

表2 ERNiCr-3焊丝成分（w，%）

表3 WEL TIG 35CW焊丝成分（w，%）

表4 焊接工艺参数

焊接方法：手工钨极氩弧焊

该焊接修复技术将新炉管切割成一段长节6和两段长度为100mm的短节5，在旧炉管1的堆焊层4处焊接短节5时，新炉管的自身重力和强制组装应力大幅减小，从而使得焊接拘束应力非常小，由此可避免新旧炉管连接焊缝2产生热裂纹。而关于短节5与长节6之间的焊接，由于短节5与长节6均为未受到污染的新炉管，不存在杂质问题，可焊性高，因此即使两者之间存在较大的拘束应力，新炉管连接焊缝3产生热裂纹的概率也很小。此外，由于长节6与旧炉管1之间存在100mm的间距，因此在短节5与长节6焊接时，新炉管连接焊缝3的焊接热循环不会对旧炉管1产生影响，因此不会产生再热裂纹。

采用此焊接修复技术有效解决了新、旧炉管焊接时产生热裂纹的问题，使得乙烯2#裂解炉辐射段二程的24根爆裂炉管得到及时修复，为乙烯裂解炉的重新投产赢得了宝贵时间，具有操作简单、修复效率高、修复效果良好、和可靠度高等优点。需要说明的是，本发明所提供的焊接修复方法并不局限于乙烯裂解炉管的焊接修复，还可适用于制氢转化炉管等高温合金炉管的焊接修复。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (8)

1.一种乙烯裂解炉管焊接修复方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）旧炉管切割处理：确定旧炉管的受损位置，将受损管段截掉，并对剩余旧炉管的端口内外两侧进行清理和坡口打磨；

（2）新炉管切割处理：根据受损管段的长度取同规格等长度的新炉管，将新炉管切割成一段长节和两段等长度的短节，并对所述长节和短节的端口进行坡口打磨；

（3）旧炉管堆焊处理：在旧炉管的坡口表面进行堆焊处理形成堆焊层，并对堆焊层进行坡口打磨；

（4）新、旧炉管对接：先将两所述短节分别与带有堆焊层的旧炉管焊接，再将所述长节焊接于两所述短节之间。

2.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉管焊接修复方法，其特征在于：在步骤（1）中，旧炉管的清理长度为端口内外两侧各25mm，旧炉管的坡口角度为30°，钝边为1mm。

3.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉管焊接修复方法，其特征在于：在步骤（2）中，两所述短节的长度不小于100mm，并且所述长节和短节的坡口角度均为30°，钝边均为1mm。

4.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉管焊接修复方法，其特征在于：在步骤（3）中，堆焊工序分两层进行，第一层堆焊熔合比小于20%，层间温度小于60℃，且堆焊层总厚度大于3mm。

5.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉管焊接修复方法，其特征在于：在步骤（4）中，所述短节与堆焊层之间的焊接工序首先采用组对点固焊，组对间隙小于2mm；接着采用分层焊接，第一层厚度小于2mm，层间温度小于60℃。

6.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉管焊接修复方法，其特征在于：在步骤（3）和（4）中，焊接方式采用手工钨极氩弧焊，焊丝材质为高镍合金。

7.如权利要求6所述的一种乙烯裂解炉管焊接修复方法，其特征在于：在步骤（3），焊丝牌号为ERNiCr-3。

8.如权利要求6所述的一种乙烯裂解炉管焊接修复方法，其特征在于：在步骤（4）中，所述短节与堆焊层之间的焊接采用的焊丝牌号为ERNiCr-3，所述长节与短节之间的焊接所采用的焊丝与新炉管同材质。

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