乙烯装置P91 管道焊接分析及问题对策

2022-07-21李华兵

设备管理与维修 2022年12期

李华兵

（中国石油广东石化公司化工生产一部，广东揭阳 515200）

0 引言

A335 P91 为超高压蒸汽管道，管壁厚可达46.02 mm，含铬、钼元素较多，淬硬倾向大，若焊接时冷却过快，易产生冷裂纹和延迟裂纹。因管径大、管壁厚，预热、层间温度保持及焊后热处理难度大。2021 年10 月10 日，乙烯装置P91 焊接完成技术交底，开始进行焊接作业，发现保温层厚度表面温度过高等问题，经过复检合格，允许焊接作业。后续发现硬度值偏高或者偏低情况，部分硬度值在150 以下。

以外径609.6 mm、壁厚46.02 mm 规格管道，管线号3100-SS-900502 的11#口为例，文中均为布氏硬度值，其中每个试验位置应至少进行3 次实验，并计算其算术平均值，如果硬度值相互之差超过20 HL，应增加试验次数，并计算算术平均值。现场最终测得硬度值见表1。

表1 11#焊口最终测得硬度值 HB

1 焊接、热处理工艺及过程介绍

1.1 焊接工艺及过程

A335 P91 焊条E9015-B91 不能重复烘烤，焊剂F9PZ（OP 90 W）不能重复烘烤。

焊接采用管道自动焊，工厂化预制采用氩弧焊打底和埋弧焊填充盖面或氩电联焊的工艺，焊接材料选用见表2。工艺管道焊接采用V 形坡口或双V 形坡口，要求坡口形式应符合焊接技术交底、工艺卡的要求。当管道壁厚14≤δ＜20，宜采用V形坡口（图1）；当管道壁厚20≤δ＜60，宜采用双V 形坡口（图2）。

图1 对接坡口

图2 双V 形坡口

表2 焊接材料选用

A335 P91 管子的切割及坡口加工采用机械方法；如果采用等离子或火焰方法加工坡口时，需要采用冷加工法去除影响焊接质量的表面层，并通过硬度检测进行复验，坡口表面硬度不得大于241 HBW。坡口加工后进行外观检查，坡口表面要求无裂纹、分层等缺陷，并进行100%表面PT 检测，Ⅰ级合格；如有缺陷就及时磨除，直至检测I 级合格。

1.2 预热温度及后热温度

A335 P91 材质焊后宜冷却到80～100 ℃，保温1～2 h 后立即进行焊后热处理。若不能及时进行热处理，焊接完毕后立即进行后热：A335 P91 材质焊后冷却到80～100 ℃，保温1～2 h 后进行后热，后热温度为300～350 ℃，保温时间不少于2 h。

焊接过程中层间温度不得低于预热温度，一般控制在200～250 ℃。层间温度过高时应停止焊接，并联系热处理工及时调整参数，确保层间温度在规范要求内，焊接温度具体见表3。

表3 焊接温度

同一部位焊缝的返修次数不应超过1 次，焊缝返修应按照原焊接工艺执行，但预热温度应较原工艺提高50 ℃，预热范围宜适当扩大；第2 次返修时，割口重焊，并做好标识。

1.3 焊后热处理

根据设计文件及标准规范要求，A335 P91 管道需要进行焊后热处理。

管道焊缝焊接完成、经外观检查合格后可立即进行焊后热处理。热处理人员迅速捆绑电加热片、包裹保温棉、开启热处理设备。管道焊缝焊后热处理温度、保温时间、升温温度、降温温度见表4。

表4 焊后热处理温度及保温时间

2 硬度问题分析

开始焊接时，以1#焊口（壁厚46.02 mm）为例，升温速度为110 ℃/h，降温速度为140 ℃/h。根据Q/SY 06082—2017《中合金热强钢管道焊接及热处理施工规范》要求硬度值180～241 HBW，焊口硬度值存在普遍偏高现象，硬度值见表5。分析认为主要为热处理升降温速度过快，将升温速度调整为100 ℃/h，降温速度调整为130 ℃/h，测得硬度值见表6。

表5 1#焊口第一次测得硬度值 HB

由表6 可见硬度值得到明显得下降，通过不断的调整升降温速度，得出降低10 ℃/h 可得到最佳硬度值。但是硬度值出现偏低现象，继续分析其他原因，初始焊接速度约为33 cm/min，焊接线能量为22.8 kJ/cm。经过分析焊接速度存在过快导致焊接线能量过大，致使热量不能有效的散失，存在过烧现象，逐步调整焊接速度至26 cm/min，焊接线能量为12.4 kJ/cm，11#焊口得到最终硬度值见表1。