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大型催化裂化兩器焊接技術代學彥夏吉龍中國石油天然氣第七建設企業(yè)8月大型催化裂化兩器焊接技術第1頁兩器實物全景大型催化裂化兩器焊接技術第2頁兩器近距離效果圖大型催化裂化兩器焊接技術第3頁裝置建成投產大型催化裂化兩器焊接技術第4頁摘要序言1.焊接工藝方法選擇2.焊材選取及管理3.再生器焊接4.沉降器焊接5.焊縫檢驗6.焊縫返修7.焊后消應力退火結束語大型催化裂化兩器焊接技術第5頁

摘要本文以廣西石化350萬噸/年重油催化裂化裝置關鍵設備再生器和沉降器（簡稱“兩器”）現(xiàn)場焊接為例，介紹依據(jù)兩器到貨及現(xiàn)場實際情況，采取立式組裝成段，分段組焊成整體，對于再生器采取整體補強筒體，因為焊縫不規(guī)則，選取自動焊和手工焊相結合方法；沉降器為熱壁式焊縫性能要求高，采取特殊要求焊條進行現(xiàn)場焊接；其它部位采取手工焊焊接方法。全部焊接完成后，無損檢測合格后，進行整體消應力熱處理技術。該技術為同類型大型設備現(xiàn)場焊接提供借鑒和參考。大型催化裂化兩器焊接技術第6頁

前言再生器和沉降器是廣西石化1000萬噸/年煉油工程350萬噸/年重油催化裂化裝置關鍵設備。采取美國UOP企業(yè)兩段逆流再生技術，沉降器采取熱壁式設計；再生器包含第一再生器和第二再生器，重合式布置，設計壓力0.35MPa，設計溫度：介質788℃/壁溫350℃。第一再生器在上直徑為Φ16000mm，第二再生器直徑為Φ8300mm，殼體高度約45m，主體材質為20R和16MnR，殼體重量約860噸，壁厚（含整體補強板）從34mm到80mm十種。焊縫延長米約1403m；沉降器設計壓力0.35MPa，設計溫度550℃，最大直徑Φ7700m，殼體高度31550mm，主體材質15CrMoR，殼體重量約274噸，筒體直徑分別為Φ7700mm、Φ4200mm，殼體壁厚（含整體補強板）從30到100mm七種。焊縫延長米約456mm。兩臺設備均分片到貨后在現(xiàn)場進行組焊，焊接接頭系數(shù)均為1.0。組焊完成后兩臺設備殼體均需進行現(xiàn)場消應力退熾熱處理。大型催化裂化兩器焊接技術第7頁

圖1兩器結構形式大型催化裂化兩器焊接技術第8頁

1.焊接工藝方法選擇

依據(jù)組裝方法及現(xiàn)場吊裝要求，選取適當焊接方法。1.1再生器組裝分段情況再生器現(xiàn)場分五大段進行組焊，分段情況如表1，最終各段組焊成整體。表1再生器分段一覽表分段分段位置標高（mm）分段內容Ⅰ段▽12650～▽14200二再下封頭+裙座+接管Ⅱ段▽14200～▽27350二再筒體1~6節(jié)（φ8300）+接管Ⅲ段▽27350～▽36150錐形過渡段（φ16000/φ8300）+二再筒節(jié)7（φ8300）+一再筒節(jié)12（φ16000）+一再煙氣分布板筒節(jié)1（內件，φ8750）+接管Ⅳ段▽36150～▽52150一再筒體13~19節(jié)（φ16000）+接管Ⅴ段▽52150～▽56500再生器上封頭+集氣室筒節(jié)4（內件，φ5580）+接管（整體熱處理前）再生器上封頭+集氣室+10臺旋分+接管（整體熱處理后）大型催化裂化兩器焊接技術第9頁

1.2沉降器組裝分段情況沉降器現(xiàn)場分5大段進行組焊，分段情況見表2，最終各段組對焊接成整體。分段分段位置標高（mm）分段內容Ⅰ段▽5900～▽44600外提升管反應器（φ2300/φ1440）+接管Ⅱ▽44600～▽56200汽提段（φ4200/φ2300）+接管Ⅲ▽56200～▽61280裙座+錐形過渡段（φ7700/φ4200）＋筒體第9節(jié)（φ7700）+接管Ⅳ▽61280～▽69320沉降器筒體10~14節(jié)（φ7700）+接管Ⅴ▽69320～▽76150沉降器球形上封頭+集氣室（內件φ5880）+接管（整體熱處理前）沉降器球形上封頭+集氣室+接管+10臺旋分（整體熱處理后）表2沉降器分段一覽表大型催化裂化兩器焊接技術第10頁

1.3兩器分段組裝成整體在每個吊裝段上口均布焊接八塊導向筋板，并在環(huán)縫上下段0主軸線設置一套限位卡具，以利于設備組對就位。利用卡具調整對口間隙及錯邊，進行定位焊，調整筒體垂直度，進行橫縫內外側焊接。分段組焊流程圖2所表示。1.4焊接方法選取兩器裙座、封頭、沉降器筒體及接管等主要焊接方法為焊條電弧焊；再生器筒體對接橫縫采取埋弧自動焊和焊條電弧焊相結合；沉降器裙座Ⅰ與裙座Ⅲ之間對接環(huán)縫（BQ3）焊接方法為鎢極氣體保護焊和焊條電弧焊聯(lián)合焊接。大型催化裂化兩器焊接技術第11頁

圖2殼體吊裝流程示意圖大型催化裂化兩器焊接技術第12頁

2.焊材選取及管理依據(jù)采取焊接方法結合焊接工藝指導書，選取適當焊材見表3，用焊材應同時滿足JB/T4747《壓力容器用焊條訂貨技術條件》和設計圖紙?zhí)厥庖螅碈r-Mo鋼使用焊材需要控制Sn≤0.015%，P≤0.012%。焊材設專員負責保管、烘干和發(fā)放工作。存放焊接材料庫房必須嚴防潮濕，通風條件良好，室內濕度在60%以下，溫度不低于5℃。焊材應按其使用說明書進行烘干和保溫。大型催化裂化兩器焊接技術第13頁

表3兩器焊接焊材選取表序號設備名稱焊接部位焊接方法部位材質焊材牌號備注1再生器殼體橫縫SAW20RH10Mn2+SJ101二再殼體橫縫SAW16MnRH10Mn2+SJ101一再殼體縱縫SMAW20RJ427R二再殼體縱縫SMAW16MnRJ507R一再橫縫、下封頭SMAW20RJ427R二再橫縫、上封頭SMAW16MnRJ507R一再裙座SMAW20RJ427R殼體＋殼體SMAW16MnR+20RJ427R殼體＋接管GTAW、SMAW16MnR+20RH08Mn2SiA、J427R大型催化裂化兩器焊接技術第14頁

序號設備名稱焊接部位焊接方法部位材質焊材牌號備注2沉降器殼體、封頭SMAW15CrMoRR307R裙座SMAW15CrMoRR307R內件SMAW15CrMoRR307R殼體＋內件SMAW15CrMoRR307R殼體＋接管GTAW、SMAW15CrMoRH13CrMoA、R307R大型催化裂化兩器焊接技術第15頁

3.再生器焊接再生器焊縫布置如圖3所表示，焊接程序按照先厚板、后薄板，先短縫、后長縫，先縱縫、后環(huán)縫，先大坡口、后小坡口標準進行筒體、封頭及裙座焊接；筒體橫縫先采取自動焊后手工焊補充，接管焊接按照先小接管、后大接管，對稱施焊標準焊接。再生器筒體埋弧自動焊焊接大型催化裂化兩器焊接技術第16頁

圖3再生器焊縫布置圖大型催化裂化兩器焊接技術第17頁

3.1再生器第Ⅰ段二再下封頭+裙座+接管，焊接采取焊條電弧焊，在預制廠組焊。二再下封頭為標準橢圓形封頭，分瓜瓣14片，板厚為42mm；頂蓋分9片，其中含整體補強板2片，厚52mm，其余板厚為40mm，現(xiàn)場整體組裝焊接，焊接采取焊條電弧焊，8名焊工均布，焊接次序為先焊外側焊接，翻轉后清根并按同次序焊接內側。再生器裙座分3片，板厚40mm?？v縫焊接時3名焊工均布，環(huán)縫焊接時6名焊工均布。為確保與下封頭對接焊縫全焊透，采取氬弧焊打底，焊后表面打磨圓滑。大型催化裂化兩器焊接技術第18頁

3.2再生器第Ⅱ段二再筒體1-6節(jié)。焊接采取焊條電弧焊。其中筒節(jié)1-5上有整體補強板，沒有補強板筒節(jié)6依據(jù)到貨次序，在現(xiàn)場組對成單個筒節(jié)，先焊接縱縫外側，清根后焊縱縫內側，然后按組裝次序分別與二再筒體1-5節(jié)和再生器第Ⅲ段組對環(huán)縫，采取埋弧自動焊焊接環(huán)縫外側，清根后焊環(huán)縫內側，局部不規(guī)則焊縫用焊條電焊補充焊接如圖4。大型催化裂化兩器焊接技術第19頁

圖4再生器筒體橫縫自動焊和手工焊現(xiàn)結合大型催化裂化兩器焊接技術第20頁

3.3再生器第Ⅲ段即錐形過渡段+二再筒節(jié)7+一再筒節(jié)12，錐段在現(xiàn)場預制平臺上大口向下組焊，完成后翻轉與二再1~6節(jié)筒體組焊。焊接采取焊條電弧焊。過渡錐段由4節(jié)筒體組成如圖5，按制造廠編號即筒節(jié)8到11，其中筒節(jié)9到10上有整體補強板，沒有補強板筒節(jié)8、11在現(xiàn)場組對成單個筒節(jié)，先焊接縱縫外側，清根后焊縱縫內側，然后按組裝次序與在現(xiàn)場組焊成單節(jié)筒體筒節(jié)7、筒節(jié)12組對環(huán)縫，焊接環(huán)縫外側，清根后焊環(huán)縫內側。大型催化裂化兩器焊接技術第21頁

圖5再生器錐段焊接大型催化裂化兩器焊接技術第22頁

3.4再生器第Ⅳ段一再筒體13-19節(jié)，14-18節(jié)上有整體補強板，沒有補強板筒體13、19在現(xiàn)場組對成單個筒節(jié)，先焊接縱縫外側，清根后焊縱縫內側，然后按組裝次序與再生器第Ⅲ段及其它相連筒節(jié)組對環(huán)縫，用埋弧自動焊焊接環(huán)縫外側，清根后焊環(huán)縫內側，整體補強板處不規(guī)則焊縫采取焊條電弧焊，其余均采取焊條電弧焊。本段開孔共32個，大開孔接管3個，分別為裝卸孔(φ2900mm)、人孔（φ900mm）待生催化劑入口(φ1210mm)。在兩大筒節(jié)各自組焊完成后開孔、焊接。大型催化裂化兩器焊接技術第23頁

3.5再生器第Ⅴ段再生器上封頭。再生器上封頭為標準橢圓形封頭，共由48片板組成，其中瓜瓣26片，板厚為36mm；頂蓋22片，其中含整體補強板4片，厚52mm，其余板厚為36mm，現(xiàn)場整體組裝焊接，焊接采取焊條電弧焊，焊接時13名焊工均布，焊接次序為F2-A1-1～26外側焊接→F2-A2-1～18外側焊接→F2-A3-1～4外側焊接→BF2-2外側焊接→BF2-1外側焊接→翻轉后清根并按同次序焊接內側。大型催化裂化兩器焊接技術第24頁

4.沉降器焊接4.1沉降器第Ⅰ段、Ⅱ段焊接沉降器附件外提升管反應器，分3段進廠，現(xiàn)場臥式組焊完2道環(huán)縫后，吊入框架內暫時固定。焊接時，每條環(huán)縫由2名焊工均布，對稱施焊。沉降器汽提段，分2段進廠，現(xiàn)場臥式組焊完對接環(huán)縫后，吊裝至框架內暫時固定。焊接對接環(huán)縫時由2名焊工均布，對稱施焊。4.2沉降器第Ⅲ段沉降器裙座+錐形過渡段+筒體第9節(jié)。沉降器裙座由3節(jié)筒體組成，共分9片，見圖6，厚度為30mm。現(xiàn)場采取單節(jié)正裝法組對，焊接時3名焊工均布。焊接次序為：裙座單節(jié)筒體縱縫外側焊接→清根后內側焊接→BQ1外側焊接→清根后內側焊接→BQ2外側焊接→清根后內側焊接→BQ3外側焊接→內側焊接大型催化裂化兩器焊接技術第25頁

圖6沉降器裙座焊縫布置及坡口形式圖大型催化裂化兩器焊接技術第26頁

沉降器錐形過渡段共有12片板組成，厚度為74mm，焊接時12名焊工均布，大口向上焊接外側，清根后焊接內側。焊接完成后焊接裙座角焊縫BQ4內側，清根后焊接外側。筒體第9節(jié)共有3片板，如圖6現(xiàn)場采取3名焊工均布，按照先外后內方法焊接成單個筒節(jié)后與錐形過渡段焊接環(huán)縫B9。B9焊接次序為外側焊接、清根后焊接內側。大型催化裂化兩器焊接技術第27頁

圖7沉降器第Ⅲ段焊縫布置及坡口形式圖大型催化裂化兩器焊接技術第28頁

4.3沉降器第Ⅳ段筒體第10～14節(jié)，如圖8，筒體厚度44mm。第11～14節(jié)上有整體補強板，補強板厚度為100mm，沒有補強板筒體10在現(xiàn)場組對成單個筒節(jié)，先焊接縱縫外側，清根后焊縱縫內側，然后按組裝次序與沉降器第Ⅲ段組對環(huán)縫，焊接環(huán)縫外側，清根后焊環(huán)縫內側。筒節(jié)11～14焊接時4名焊工均布，焊接次序以下：BBQ1-1外側焊接→清根、內側焊接→A11-1～4外側焊接→B11外側焊接→內側清根后同次序焊接BBQ1-3外側焊接→清根、內側焊接→A12-1～2、ABQ1-1～2外側焊接→B12外側焊接→內側清根后同次序焊接BBQ1-4外側焊接→清根、內側焊接→A13-1～2、ABQ1-1～2外側焊接→B13外側焊接→內側清根后同次序焊接→A14-1～4外側焊接→B14外側焊接→內側清根后同次序焊接大型催化裂化兩器焊接技術第29頁

圖8沉降器第Ⅳ段焊縫布置及坡口形式圖大型催化裂化兩器焊接技術第30頁

4.4沉降器第Ⅴ段上封頭。上封頭瓜瓣12等分，厚度30mm；頂蓋2等分，為整體補強板，厚度42mm。焊接次序為：補強板對接焊縫FT14～15外側焊接→瓜瓣對接焊縫FT01～12外側焊接→瓜瓣與頂蓋對接焊縫FT13外側焊接→內側清根后同次序焊接→B15（與筒體對接）外側焊接、內側清根、焊接大型催化裂化兩器焊接技術第31頁

5.焊縫檢驗5.1外觀檢驗焊接完成后焊縫與母材應圓滑過渡，成形良好。焊縫表面不得低于母材。焊接接頭表面不得有裂紋、未熔合、氣孔、夾渣、飛濺存在；母材上不應有電弧擦傷。上述缺點處理合格后，在距離焊縫50-500mm范圍內用記號筆標識焊縫號、焊工代號和焊接日期。設備殼體焊縫對接接頭錯邊量、余高符合下表4、圖9要求：大型催化裂化兩器焊接技術第32頁

沉降器再生器單面坡口雙面坡口單面坡口雙面坡口e1e2e1e2e1e2e1e20～10%δ1且≤3≤1.50～10%δ1且≤30～10δ2且≤30～15%δ1且≤4≤1.50～15%δ1且≤40～15%δ2且≤4表4兩器焊縫要求圖8-1（a）雙面坡口圖8-2（b）單面坡口角焊縫焊角高度應符合設計要求，設計無要求時取焊件中較薄者之厚度，表面應向母材圓滑過渡。補強圈焊角高度應為補強圈厚度70%，且大于8mm。大型催化裂化兩器焊接技術第33頁

5.2無損檢測1)表面檢測設備與裙座連接處角焊縫、汽提段與殼體角焊縫根部及表面，均進行100%滲透檢測，內集氣室筒體與殼體角焊縫進行100%滲透檢測，Ⅰ級合格。無補強圈接管與設備殼體角焊縫應進行煤油試漏。開孔補強圈應通入0.4～0.5Mpa壓縮空氣檢驗焊縫質量，油氣阻擋圈焊縫應經煤油試漏合格。大型催化裂化兩器焊接技術第34頁

2)內部檢測再生器、沉降器殼體無損檢測項目見表5：表5再生器、沉降器殼體無損檢測項目再生器沉降器A、B類焊接接頭C、D類焊接接頭A、B類焊接接頭C、D類焊接接頭100%TOFDII級+UTI級檢測，且進行20%UT復驗，I級合格；內外表面100%MT，I級為合格。100%MT或PT，I級合格100%TOFDII級+UTI級檢測，20%RT復驗，II級合格；內外表面100%MT，I級合格，氣壓試驗后（包含裙座）進行20%UT或TOFD復驗+20%MT或PT。焊后24h和氣壓試驗后進行100%MT或PT，I級合格。大型催化裂化兩器焊接技術第35頁

再生器、沉降器裙座無損檢測項目以下：(1)再生器裙座對接焊縫焊后應進行100%超聲檢測，Ⅰ級合格，并進行20%TOFDII級+UTI級復驗，II級合格；裙座與下封頭對接焊縫，焊后進行100%磁粉檢測，Ⅰ級合格。(2)沉降器裙座上15CrMoR對接接頭及15CrMoR與16MnR之間對接接頭焊后應進行100%TOFDII級+UTI級；16MnR對接接頭焊后應進行20%TOFDII級+UTI級復檢；裙座III與錐段I之間角接頭焊后進行100%磁粉或滲透檢測，Ⅰ級合格。大型催化裂化兩器焊接技術第36頁

6.焊縫返修6.1表面缺點焊接接頭缺點允許修磨，缺點經修磨消除后，其厚度不應小于名義厚度減去鋼板負偏差，不然進行補焊。焊接接頭修磨范圍內斜度小于1:3。返修結束后應經MT檢驗合格。6.2非表面缺點非表面缺點全部返修必須經質量檢驗人員會同焊接技術員，確定缺點位置、深度，制訂返修辦法后通知焊工返修。返修工作必須由有資質技術熟練焊工負擔。非表面缺點返修采取碳弧氣刨和打磨方式進行去除，焊接坡口打磨成圓滑過渡形式并去除坡口滲碳層和氧化層，補焊坡口表面采取滲透方法進行檢測，檢測合格后方能施焊。大型催化裂化兩器焊接技術第37頁

消除缺點應控制在鋼板厚度2/3以內(從返修側表面計算)，如超出焊接接頭深度2/3仍殘留缺點時，馬上停頓去除并進行補焊，然后在其后面再次去除缺點，進行補焊。補焊長度大于50mm。補焊預、后熱及焊接工藝參數(shù)與正式焊接工藝相同。同一部位返修次數(shù)不得超出兩次，如超出兩次，必須在項目焊接責任工程師同意情況下，制訂方案，采取辦法并立案統(tǒng)計。對存在角變形返修部位，從角變形凸側位進行返修，以免產生更大角變形，缺點消除后進行外觀檢驗，焊縫表面應光滑平整，遲緩過渡。對于有沒有損檢測要求焊縫，補焊完成后應采取與焊補前相同方法對焊補處內部質量進行無損檢測