乙烯裂解炉大学研究论文

乙烯裂解炉辐射炉管KHR45A材料的焊接工艺 作者：中石化三公司 申大伟 摘要：针对乙烯裂解炉辐射炉管材料KHR45A进行焊接性分析和焊接工艺评定，制定了一套合理的焊接工艺施工措施用于指导焊接生产，并取得了成功。 关键词：KHR45A；焊接；工艺 目前，国内外石化市场主要在具有战略意义的原油储备市场及以乙烯及其产品为龙头的乙烯装置生产两方面竞争激烈。我国现在已拥有3套70万t/年乙烯生产装置，要建好一套乙烯装置，首先要建好乙烯的心脏—— 裂解炉，而保证裂解炉辐射炉管的焊接质量尤为重要。 在以往的30万t/年乙烯裂解炉辐射炉管材质一般为Cr25Ni35，焊接工艺较容易掌握，且工艺较成熟。但是，生产中发现该种材质的炉管抗氧化、抗渗碳等性能较差，使用寿命不长。为了提高炉管的使用寿命，在后来的套70万t/年乙烯裂解炉中，逐步采用Cr25Ni35的高铬镍合金离心铸造管来代替最初的Cr25Ni35材料。如KHR45A材料就是应用于裂解炉辐射炉管的一种。 1 KHR45A材料焊接性能分析 KHR45A材料是江苏标新久保田工业有限公司开发的耐高温、抗氧化、抗渗碳的特种合金，其牌号为Cr35Ni45Si2，富含多种微合金：Nb，Al，Ti，Zr等，母材化学成分详见表1，力学性能见表2。KHR45A材料用于裂解炉辐射炉管时，工作温度为1100℃，工作压力为，工作介质主要为裂解汽油和饱和蒸汽。由此不难看出，该种材料焊接时应主要考虑焊缝的高温耐热强度。从表1可以看出，该种材料化学成分中C，Ni含量较高，主要是为了提高材料的耐高温性能。另外，该种材料Si含量也较高，主要是提高材料的抗氧化性能，同时在焊接过程中KH可以起到一定润湿焊缝熔融金属的作用。 但是，KHR45A材料中所含的Si，Al，Ti，Zr等元素也都不同程度地降低了该材料的焊接性能。因此，KHR45A材料焊接时主要存在以下3方面问题： （1） 焊接热裂纹KHR45A为高Ni奥氏体耐热钢，w（Ni）可达45%。施工中若焊接工艺采用不当，极易在焊缝及近缝区产生热裂纹等缺陷，特别是在焊缝返修中，在焊缝热影响区内母材更易出现热裂纹等缺陷。常见的主要缺陷为焊缝凝固裂纹。产生热裂纹的原因主要是：①该材料的热导率小、热膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却的条件下，焊接接头在冷却过程中可形成较大的拉应力，这是产生凝固裂纹的主要原因；②该材料易形成方向性强的柱状晶焊缝组织，有利于S，P等有害杂质的偏析而促使形成晶间液态夹层，从而易促使产生焊缝凝固裂纹；③所含的Si，Al，Ti，Zr等合金元素因溶解度有限，也能形成有害的易熔夹层，从而使接头中出现热裂纹。 （2）化学成分偏析由于KHR45A材料中C含量和合金元素含量都较高，因此，液-固相区间较大，偏析也严重。C含量越高，焊缝熔融金属在进行初生相转变时，很容易析出S，P杂质，且富集于晶界，增加裂纹倾向。Si含量的增加，使焊接时易形成硅酸盐夹杂，造成晶间偏析，从而加大凝固裂纹的产生。 （3）Y形管坡口裂纹KHR45A材料炉管有两种生产工艺，一是离心铸造辐射炉管，二是静态铸造Y形管。在离心铸造条件下，由于离心力的存在，可以保证许多杂质无法熔进材料本身，这样材料成分含杂质相对较少，不易出现夹层、重皮等问题。而在静态铸造生产工艺下，由于所含杂质较多，所以Y形管材料夹层、重皮等较严重，焊接坡口或母材本身极易产生微小裂纹，如果在焊前不进行严格检验并彻底清除母材缺陷，会给焊接生产带来很大危害。 因此，KHR45A材料的焊接必须制定合理的焊接工艺，尽量减少二次返修、补焊，防止焊接热裂纹的产生和Y形管配件裂纹的存在，保证焊接质量。 2 KHR45A材料焊接工艺 焊接方法 为了尽量避免KHR45A焊接过程中出现热裂纹，焊接时应尽量采用热输入相对集中且较小的焊接工艺，并控制道间温度不能过高，所以焊接方法宜采用钨极氩弧焊或熔化极氩弧焊。根据施工现场的实际情况，决定采用手工钨极氩弧焊的焊接方法。 焊接材料选用 选用正确、合适的焊接材料，是完成焊接生产任务的首要条件。尤其是在特殊钢种的焊接施工中，正确选用焊接材料尤为重要。KHR45A材料焊接时，焊材必须采用与母材相当牌号的焊丝，且焊丝的合金元素含量（包括微合金量）应与母材相当，以保证焊材与母材有同一熔点、同一结晶温度、同一热胀（收缩）率等，从而避免在焊接中出现焊肉挂不住、焊缝出现裂纹等缺陷。同时，为了保证焊缝的高温力学性能，焊材的C含量应与母材相当。目前常用的镍基焊材（如ERNiCr-3）C含量偏低，不能满足辐射炉管的工况条件。因此，选用了久保田公司开发的与KHR45A材料相匹配的45A焊丝（φ），该种焊丝可与母材化学成分相匹配，且能保证焊缝高温力学性能，从而保证焊接质量。 焊接工艺制定 从KHR45A材料的焊接性分析中知道，该种材料焊接过程中主要存在3个方面的问题，因此，在制定焊接工艺时必须重点考虑如何来解决这些问题。 首先是焊接热裂纹。要解决这一问题，一是严格限制有害杂质，尽量采用同质填充金属进行焊接。同时应在焊缝组对前彻底清理坡口，必要时可采用丙酮进行坡口清洗工作，以防油污、杂质等熔进焊缝金属，引起热裂纹。二是通过选择合适的焊接材料，适当调整焊缝合金成分，尽可能避免形成单相奥氏体组织。三是应尽量减小焊缝的过热，避免形成粗大柱状晶。焊接时应采用小的热输入和小截面焊道，采用多层多道焊接，严格控制道间温度在100℃以下，以防焊缝及热影响区晶间组织过分增大，造成焊接接头高温韧性下降。 其次是化学成分偏析问题。引起这方面问题的原因除了KHR45A材料中C含量高外，另一个原因就是为了提高KHR45A材料的抗氧化性能，在材料中加入较多量的Si元素(w(Si)高达左右)，由于Si含量的提高使焊接时极易造成化学成分偏析，从而产生焊接热裂纹。解决问题的措施主要是采取合理的焊接工艺，控制焊接热输入量，同时应提高焊接一次合格率，减少返修，避免焊缝金属二次过热，从而降低焊缝化学成分的偏析程度。在焊接施工中，对于需要返修的焊缝，必须首先确定缺陷位置，清除缺陷时要尽可能减小开口面积。开口面积越大，补焊热影响区越大，产生热裂纹的倾向就越大，反之亦然。补焊缺陷开坡口时应采用细焊丝、小电流、多层焊。 第三就是避免Y形管母材本身的微裂纹。应尽量采用机加工坡口，避免火焰切割时母材受热产生缺陷。组对焊接前，必须对坡口进行认真清理，并进行严格的外观和着色渗透检查，坡口表面不得有裂纹、夹渣、分层等缺陷。初层焊后，应再次进行着色渗透检查，确保焊接质量。其它焊层之间应进行目视检查，认真清理层间焊道。焊接完成后，还应对焊缝表面及热影响区附近进行着色渗透检查，确保无裂纹等缺陷。 焊接工艺评定 根据选择好的焊接材料和制定的焊接工艺，编制焊接工艺评定指导书，指导焊接工艺评定的进行。 评定标准 焊接工艺评定所依据的标准为SH J509--1988《石油化工工程焊接工艺评定》。 评定材料 母材 用于焊接工艺评定的KHR45A母材规格为Φ的离心铸造管，化学成分见表3，力学性能见表4。 焊材 评定所用焊材为45A焊丝，规格为φ，金属化学成分见表5。 焊接接头 接头形式对接接头，V形坡口，焊接位置为垂直固定。接头简图见图1。 保护气体 保护气体为氩气，气体流量正面为10~12 L/min，背面为15~25 L/min。 焊接工艺参数 直流正极，选用铈钨极，φ。道间温度控制在100℃以下。焊接工艺参数见表6。 无损检验 对坡口、打底层、盖面层焊缝进行着色渗透检查，合格，对焊缝进行射线透照检查，合格。 拉伸试验 根据评定标准截取×试样进行常温拉伸试验，在熔合线部位断裂，σb=575MPa。 另截取规格为×10mm试样，在1075℃下进行高温拉伸试验，断裂部位为母材，σb=81MPa。 金相检验 母材：奥氏体基体，枝晶分布碳化物，σ相。热影响区：奥氏体基体，枝晶分布碳化物，σ相。焊缝：奥氏体基体，等轴网状或长条网状碳化物。 3 焊接实际生产应用 2001年，在上海石化70万t年乙烯改造E-BA-2101裂解炉施工中，针对KHR45A辐射炉管现场焊接施工的特点，制定了正确的焊接工艺，并根据合格焊接工艺评定来编制详细的炉管焊接作业指导书，用以指导焊接生产。同时，结合该钢种容易产生的焊接缺陷，专门组织焊工进行了有针对性的焊接操作技能培训，并经考试合格后再上岗操作。另外，进行炉管焊接时，周围筑炉、衬里的施工全部停止，以防止衬里材料的飞屑、杂质等影响焊接质量，为炉管焊接提供一个良好的焊接环境。 在焊接生产当中，焊接工艺参数可以适当调整为： 电流80~110A，电压10~12V，焊接速度8~15cm/min。除应严格执行该合格焊接工艺外，以下几个方面还应引起高度重视： （1）焊缝组对时要调整好接口位置，必须保证内壁错边量不大于。 （2）打底层焊接时，背面应充氩保护，并严格控制氩气流量。一般开始充氩时，氩气流量适当增大，以确保炉管内空气完全排出；焊接时氩气流量应适当降低，以避免焊缝背面成形因氩气的吹托出现凹陷。 （3）焊接过程中，采用多层多道焊接，每层焊后应派专人用测温计进行温度测量，严格控制道间温度在100℃以下（最好控制在60~70℃）。 （4）应安排焊接水平高、责任心强的焊工进行Cr35Ni45材质的焊接作业，尽量减少焊缝返修。 通过采取以上的焊接工艺和施工控制措施，取得了裂解炉辐射炉管一次焊接合格率100%的好成绩。 4 结 论 只要在焊接生产中选用正确的焊接材料，采用合理的焊接工艺，严格控制焊接过程，尽量减少二次返修、补焊，KHR45A高铬镍材料离心铸造炉管的焊接热裂纹问题是完全可以解决的。 (end)

裂解炉本体管道施工技术的研究具体内容是什么，下面中达咨询为大家解答。裂解炉是石油化工乙烯生产装置的核心设备，在裂解炉施工过程中，必须严格按照各项技术标准和质量要求组织实施。本文以上海石化70万吨/年乙烯改造工程中的裂解炉施工为例，阐述裂解炉本体管道的施工技术，供同类工程参考。一、工程概述及施工特点、难点分析上海石化70万吨/年乙烯改造工程共有4台裂解炉。裂解炉下部为辐射室，上部为对流室。其本体管道由辐射段炉管、跨越管、对流段炉管和上升下降管段4部分组成。辐射段炉管位于辐射室中心，炉管安装受力于上部平衡吊架上，炉管出口部分与废热锅炉对接，横向与联箱分配器连接。裂解炉本体管道施工主要特点和难点：管道材质种类繁多；管道清洁及保护要求高，长的炉管在吊运时必须有防止变形和损伤的措施；管道坡口加工、组装精度及弹簧吊支架的调节要求相当严格；管道焊接工艺复杂、技术含量高、一次拍片合格的难度相当大，焊接管材有各种FeNi基合金、不锈钢、CrMo钢、耐高温碳等，焊接管材种类繁多、焊接性能各异；管道试气试压的技术要求高，一次试压成功难度大；管道施工周围操作空间苛刻，既高又小，操作十分困难。二、施工技术准备裂解炉本体管道施工前必须做好充分的技术准备工作，具体包括：认真阅读施工图纸、技术规范等技术文件，与设计单位沟通，领会各项技术要求和技术要领；与钢结构、设备等专业进行技术协调，编制详细施工方案，并绘制管道单线图，对焊口进行编号；对管材、配件及焊材等材料进行检查和验收，确保材料质量；需进行焊接工艺评定的管材尽早进行评定试验；编制焊接工艺操作要领书；对技术工人应尽早进行操作培训，合格后持证上岗，并储备一定数量的应急人员；对需用的技术装备进行落实检查，并确保完好。三、施工技术1、施工工艺流程施工准备→炉管尺寸复测→管口打磨坡口→坡口着色检查→组对管调整就位→组对管施焊前充氩→管口拼装→管道焊接→活套法兰紧固→集管定位→联络管、横跨管尺寸复测→弹簧吊架就位→管口打磨坡口、着色检查→ 管口拼装焊接→焊口无损检测→管道完整性检查→管道试气试压2、辐射段炉管安装辐射段炉管由12片炉管组成。每2片炉管出口与相应的废热锅炉下封头连接形成一组辐射段炉管。辐射段炉管组对焊接须在废热锅炉和辐射段炉管安装完毕，尺寸调整后方可进行。在辐射段炉管组对焊接、安装前，必须先将废热锅炉下封头的活套法兰处的变径管与Y型三通组对焊接。组对焊口须进行坡口打磨，坡口形式宜采用 “V”型。焊口组装时须把焊口内外壁的油污、铁锈等污物打磨干净，露出金属光泽。在活套法兰与Y型三通组对拼装时，应先将活套法兰段倒置于平直的槽钢上，然后将Y型三通倒置于法兰口上进行组对拼装，以提高Y型三通安装的精度。组对完毕后，应先将焊口进行搭接，然后再把活套法兰和Y型三通的2只口密封好，焊缝应用金属铝铂纸进行密封，在焊接时对该组件进行充氩保护，保证每道口的施焊质量。预制好的Y型三通与辐射炉管出口连接前，须先将辐射炉管按施工图纸的尺寸进行复测，把炉管标高、间距尺寸和垂直度调整到图纸尺寸和规范要求。Y型三通下口与辐射段炉管出口组对时，应先将预制好的活套法兰紧固好，紧固同时必须把石棉板垫在法兰内，以保证组对施焊充氩时与上部废热锅炉得以隔绝，待施焊结束后再把石棉板抽出。在Y型三通下口与辐射段炉管出口组对时，同时应把辐射段炉管中部组对准备工作做好，在每道焊口的两侧管内张贴两道以上的可溶纸，保证施焊时的充氩质量。3、跨越管安装跨越管即辐射段炉管进口至对流段出口管之间的管线。每台裂解炉的跨越管有6组，跨越管安装，须待辐射段炉管和对流段炉管都已安装就位，并调整好尺寸后进行，并必须自辐射段进口管开始向对流段出口管方向进行安装。将辐射段炉管的进口管段，按照图纸尺寸调整在同一轴线上，再进行后步的组对安装。然后每2片辐射段炉管的进口集合管，用四通进行组对安装，合并成一组跨越管线。安装好的6组集合管四通外侧接口，必须在同一轴线和同一标高上。按照图纸尺寸核对每段管道，根据现场实际复测的尺寸进行下料组对焊接。管线的临时支架安装与管道接触的部位，必须在管道的外壁用石棉板进行包扎。管线组对安装完毕，按图纸尺寸要求进行集合管的平衡吊架和管线上的配重吊架就位安装。待整组跨越管安装结束后，所有焊缝进行酸洗和钝化处理。4、对流段炉管安装对流段炉管安装，须待对流段各模块组炉管调整后进行，以确保对流段炉管安装的准确率。对流段炉管有自身联络段和工艺对接段两个部分。对流段炉管的现场组对焊口均布在每台裂解炉南、北两端面。联络管段现场组对安装时，须按图纸尺寸进行现场复测，根据甲方提供的半成品管段，核实炉子南、北两端管段和管段的程序编号，进行管段下料现场组对安装。高压蒸汽进出口与工艺管道组对安装时，进出口的集管材质为P91，工艺管道材质为P22，由于组对的两种材质等级相差大，所以在P91集管的管口上，迭焊一层5毫米材质为P5的过渡层。迭焊层在施焊时，叠焊的高度必须保证在8毫米以上，待施焊结束后，再进行迭焊层的坡口工作。迭焊层坡口必须用机械坡口机进行，坡口形式采用“V”型，迭焊层的内外壁削刮到与管子壁厚相同为准。每组对焊口的两侧管腔内，必须用布把管内壁揩干净，以确保可溶纸张帖牢固，使充氩质量得以保障。5、上升下降管安装上升下降管安装，须待汽包和废热锅炉安装调整完毕，方可进行，且必须自汽包向废热锅炉方向进行。每台裂解炉有6组上升下降管。安装之前，必须对上升下降管加工好的管段进行外观质量、外型尺寸和角度检验，核对管段编号。加工好的管段均有预留长度100毫米左右，安装前要求精确测量，正确下料和坡口，并将管内吹扫干净。在管口拼装时，须用专用对口夹具进行组对安装，使组对口在施焊过程中始终处于无应力状态。各管段在组对拼装时，须用拉线进行纵向和横向的尺寸复测，使上升下降管始终符合图纸尺寸要求。6、管道安装应遵循的原则对焊材必须进行严格的检查和验收。对管道坡口必须进行100%PT检验，对焊缝必须进行100%PT和RT检验。在焊口组对时，决不允许用常规的组对拼装方法，而必须用专用的组对夹具进行组对拼装，并应先调整好管道的位置，决不允许强制组对，以免产生焊接应力或焊缝裂纹等现象。在焊接时，焊工必须持证上岗，必须严格遵守焊接工艺操作要领书。所有的计量检测仪器仪表必须是有效期内的合格量具。管道试气试压时，必须严格遵守试压方案中规定的试压程序、试压要求和试压的安全技术措施，确保万无一失。上海石化70万吨/年乙烯改造工程裂解炉本体管道施工方案实践证明合理、科学、可行，其焊接拍片的合格率为99%，系统试气试压一次成功。该装置自2002年投料运营，4台裂解炉本体管道约910个左右的现场组对焊口至今安然无恙。更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：

信息学院瞄准国际学术前沿，取得了一批具有国际先进水平的研究成果。2002年-2005年共承担国家高技术发展计划（863）、国家自然科学基金、国家“973”项目、省部级和横向合同项目近200项，经费达4000多万元，其中国家和省部级项目占。获国家科技进步二等奖2项，省部级科研奖励17项，专利（授权）10余项。在国内外重要学术期刊和会议上发表论文700余篇，其中被SCI、EI和ISTP收录200多篇。 具体成果如下：1、乙烯生产过程基于神经网络的软测量和智能控制技术，2002年国家科学进步二等奖，2001年中国高校科技进步一等奖（钱锋等）；2、大型精对苯二甲酸生产过程智能建模、控制与优化技术，2004年教育部科技进步一等奖；2005年国家科技进步二等奖（钱锋等）；3、双塔脱丙烷和丙烯精馏装置先进控制与优化操作，2002年教育部科技进步一等奖（钱锋等）；4、重整反应器软测量及优化系统，2002年上海市科技进步三等奖（顾幸生等）；5、裂解炉先进控制技术开发，2002年江苏省科学技术进步二等奖（钱锋等）；6、大规模分布并行智能处理的理论和方法，2003年上海市科技进步三等奖（帅典勋等）；7、函数逼近理论及其在系统控制与生产过程监控中的应用，2003年上海市科技进步三等步奖（顾幸生等）；8、PTA装置对二甲苯氧化反应过程建模和优化操作，2004年中国石油化工集团公司（部级）科学技术进步二等奖；2004年河南省科技进步二等奖（钱锋等）；9、PTA装置结晶过程优化操作技术研究开发，2004年中国石油化工集团公司（部级）科学技术进步三等奖（钱锋等）；10、三井工艺PX氧化反应过程模型化与操作优化，2004年天津市科技进步二等奖（钱锋等）；11、乙烯精馏装置软测量和智能控制技术，2004年上海市科技进步奖一等奖（钱锋等）； 乙烯装置中裂解炉的智能控制方法，2004年上海市发明创造专利奖一等奖（钱锋等）；12、非纤聚酯生产装置软测量技术和先进控制管理软件开发》，2004年上海市科技进步三等奖（张素贞等）13、基于windows平台一级、二级VB、VFP等级上机考试软件系统，2004年上海市科技进步三等奖（高玻等）14、高可信度 软件系统的形式化设计和分析，2005年上海市科技进步三等奖（虞慧群等）；15、模式识别若干关键理论问题和机器嗅觉方法研究，2006年上海市科技进步三等奖（高大启等）；16、常减压装置流程模拟和优化操作技术研究开发，2006年上海市科技进步三等奖（钱锋等）。