张军利(山西焦化集团有限责任公司,山西洪洞 041606)
0 前 言
我公司尿素生产采用的是碳铵盐水溶液全循环法工艺,1#尿塔由大连金州重机厂制造,塔内衬里厚17mm,材料为XCrNiMo18-12(MoD)。在有氧存在的条件下,钢材表面可形成一层致密坚韧的氧化膜,对甲铵液和尿液有较强的耐蚀作用,外包15MnVgC钢板。塔内径1400mm,总壁厚120mm,总高26320mm,工作压力21.6MPa,工作温度190℃,介质为尿素和氨基甲酸铵,1989年7月投入生产使用。
2003年5月16日入塔检查时发现,8层塔盘支座腐蚀严重,且从塔底向上的支撑厚度呈减薄趋势,最薄处不到10mm,衬里受冲刷程度也较明显。对尿塔外筒体表面进行探伤检查,发现有多处焊缝存在未填满、弧坑、焊瘤等缺陷,第6节与第7节焊接环缝处有一条长约15mm、宽约0.3mm的细小裂纹。介于此种情况,检修指挥部决定对缺陷进行彻底处理。
1 产生缺陷的原因分析
1.1 腐蚀分析尿素[CO(NH2)2]的腐蚀反应机理表明,高温下尿素的腐蚀是由于尿素异构化产生氰酸铵,氰酸铵生成游离氰酸而引起的。反应方程式为:
生成的CNO-对金属表面的氧化膜具有强烈的腐蚀作用。尿塔底部温度为175～183℃,中部温度为180～188℃,顶部温度为183～190℃,符合尿素腐蚀的形成条件。塔内检查时发现,塔体内表面颜色发黑,布满了密密麻麻的针眼小孔,用手触摸有硬毛毡感觉,可以断定属明显的均匀腐蚀。塔盘支座处于尿素氛围中,在受到尿素均匀腐蚀的同时,也受到腐蚀气流由下向上的冲刷腐蚀,因而使支座厚度减薄。
1.2 裂纹分析
尿塔外筒体表面探伤检查结果表明,塔体焊缝的焊接质量较差,焊接弧坑、飞溅、焊缝余高均超过了标准,给尿塔留下了天生缺陷,设备原始出厂资料也证明了这一点。尿塔外筒体第6节与第7节焊接环缝不仅余高超标3.5mm,而且焊缝在此处堆积造成局部过热,破坏了焊缝韧性,使该处拧度偏高,形成过高的集中应力,若受到适当的外力作用,很容易产生微裂,并最终扩展成裂纹。
2 塔盘支座的处理
2.1 焊接工艺评定试验
塔的衬里材料为XCrNiMo18-12(MoD),相当于我国标准钢号00Cr18Ni12Mo2Ti。因市场上采购不到图纸所要求的钢板,我们用与其化学成分和力学性能相近的进口钢板代替支座材料,选用荷兰BM310Mo—L不锈钢焊条,进行了模拟现场焊接工艺评定试验。在试验合格的基础上,制定出了严格的现场施焊焊接工艺。
2.2 现场施焊
原塔盘支座焊缝完好,但支座腐蚀严重。本着减少尿塔内部损伤部位、保持塔内原始状态、利于安全稳定的原则,我们决定保留原支座,在靠近原支座位置的水平圆周面上重新组焊新支座。
首先对确定的施焊部位进行清理打磨,直到露出原母材金属光泽,再用丙酮或无水酒精清洗,最后用干净的白布抛光。选用BM310Mo-L焊条,规格为2.5mm,烘烤温度150～200℃,保温2h。焊接时,置焊条于保温筒内,随焊随取。施焊时从与支座连接的引弧板上引弧(绝不允许在塔体或支座上引燃电弧),随后快速移动到支座与塔体组成的坡口内进行焊接。焊机采用ULF-400直流型电焊机,焊接电流75～80A,焊接电压16～18V,焊接方法采用快速立焊法,焊后清除表面药皮,并渗透检查达JB4730-94 级标准。
2.3 酸洗钝化
首先用丙酮或无水酒精清洗,去除焊缝及其附近50mm范围内的油污,再用总酸度为34%的酸洗液酸洗、清洗焊缝。酸洗液配方为:浓度65%～68%、密度1.43g/cm3的硝酸1kg,密度1.16～1.18g/cm3的氢氰酸0.575kg,蒸馏水3.3kg。酸洗液清洗后,再用大量的化学软水冲洗至酚酞试纸检测焊缝表面无酸性为止,软水中Cl-含量要小于2×10-6。
酸洗合格后,用钝化膏涂于焊缝表面上,钝化膏配方为:浓度65%、密度1.43g/cm3的硝酸64kg,滑石粉0.10kg,蒸馏水40kg。钝化时间为1h。钝化后用大量的化学软水冲洗,直至焊缝表面没有酸性为止。
3 塔体表面的裂纹处理
(1)将裂纹用角向磨光机打磨干净,用C-JEA 型MT设备探伤,磁化时间≥3s。
(2)由持有锅炉压力容器D2—7J项目合格证的焊工施焊。
(3)SMAW J557/3.2,极性 DCEP,焊接电流 120～130A,焊接电压 22～24V。
(4)焊前预热温度为150～180℃,焊接采用多层多道的焊接方法,层间温度250℃,焊后将焊缝表面打磨成与母材圆滑过渡。
(5)用TM—902C型履带式陶瓷电加热器测温仪测量焊缝温度。焊前从外侧对环焊缝整圈预热,保温范围以焊缝中心线为基准,两侧各150mm。焊后电加热回火,15MVR的热处理温度为565±15℃,升温至300℃以上时,升温速度宜控制在60～80℃/h,保温时间1h;降温时,降温速度宜控制在30～50℃/h,降至300℃以下可自然冷却。
经100%MT,按JB4730—94标准检验, 级合格。
4 水压试验
用冷凝液泵通过高压冲洗水管道向尿塔内送水,待塔内注满水后,堵好盲板,用高压清洗泵加压。升压梯度依次为5MPa、10MPa、15MPa、19MPa、23MPa。每升压一个梯度,都要保压10～15min,同时对塔上塔下认真巡回检查,若未发现问题,再进入下一个阶段。当升压至23MPa时,保压15min,检查有无泄漏现象,若塔体无泄漏、无变形、无异常响声,再降至19.6MPa,保持足够长的时间,对塔体表面、塔上塔下、管道、法兰、阀门、透镜垫处进行检查,若未发现出汗、重皮、泄漏等,即认为试压合格。
5 结 论
(1)尿素合成塔是尿素生产系统的核心设备,我公司在用的1#、2#尿素合成塔已安全稳定运行14年,这与多年来强化日常检测和精心设备维护是密不可分的,隐患和缺陷一旦出现,必须将其处理在萌芽状态。根据我公司尿塔多年来的运行数据表明:尿素中的镍含量≤0.07×10-6,尿塔运行正常;尿素中的镍含量达到0.20×10-6,尿塔警报运行;尿素中的镍含量达到0.30×10-6,尿塔须紧急停车。处理后的1#尿素合成塔自2003年6月20日投入运行以来,尿塔中的镍含量波动值为(0.065～0.068)×10-6,证明修理是成功的。
(2)实践证明,此次XCrNiMo18-12(MoD)材料的焊接工艺切实可行,提高了我公司设备缺陷的焊接处理水平,为同行业提供了一定的经验和借鉴。
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