摘要：

分析了高溫高壓臨氫換熱器腐蝕的原因，對該設備在現場修復的方法進行了全面介紹，包括腐蝕表面加工、預 熱、施焊操作與安全防護、焊后熱處理及檢驗等關鍵工藝。采用er309lsi不銹鋼作為堆焊層，通過合理的焊接工藝，減緩 高溫氫-硫化氫環境下的腐蝕。

關鍵詞：高溫高壓；臨氫設備；腐蝕分析；修復

某石化公司加氫裂化裝置反應進料/反應流出 物換熱器ea101a/b為立式u型管式換熱器，由日 本鋼鐵制造公司按bbs規范設計制造的。由于該 換熱器臨近于反應器，反應產物側所處的腐蝕環 境與反應器基本相同，特點是操作壓力高，溫度 高，介質處于臨氫的硫化氫腐蝕環境。設備在運 行初期運行正常，運行兩年后，發現ea101a/b管 板殼體側及周圍殼體均出現腐蝕，ea101b腐蝕 輕微，ea101a腐蝕較為嚴重。最大腐蝕深度達 12mm。為此對其腐蝕原因進了分析，并進行現場 補焊修復，修復后設備運行正常。

1．設備簡介與腐蝕特征

加氫反應是在高溫高壓催化條件下進行， e a 1 0 1 a/b用來回收反應熱量并加熱原料氣。 壓力為14mpa、溫度為295～300℃的高溫裂解 氣，經由換熱器殼程與管程進料為280～285℃的 原料氣進行熱交換。換熱器管、殼程均處在高 溫臨氫硫化氫腐蝕條件下。管箱是母材材質為 2.25cr1mo的鍛件，內襯兩層不銹鋼堆焊層，底層 材料為308l，表層為309l。殼體和下封頭材質為 2.25cr1mo，沒有不銹鋼堆焊層。

實際操作中，運行初期裝置在設計工況下操 作，殼體腐蝕速率約為0.25mm/a，滿足設計條件 下殼體最大腐蝕速率約3.5mm/a的要求。運行一段 時間后，催化劑逐漸失效，通過提高溫度以保持 相同的產量。年檢中發現ea101a/b均出現腐蝕， 其中ea101a腐蝕嚴重。腐蝕主要發生在墊片的 底部區域（如圖1所示），且向殼體下部延伸約 500mm，其中墊片底座下局部腐蝕最為嚴重，深 度達12mm，隨著延伸距離的增加，腐蝕層厚度減 弱。按此計算平均腐蝕速率大于3mm/a。計算結果 表明，在腐蝕厚度達到16.5mm時，與管板連接處 殼體將出現塌陷，后果不堪設想。

2．腐蝕原因分析

如此高的腐蝕速率產生的原因尚不十分清 楚，初步分析認為是因高溫h2-h2s環境下的h2s腐 蝕所致。

在富氫環境中高溫硫化物腐蝕特性較為復 雜，在氫的促進下，硫化氫可以加速對金屬的腐 蝕。這是因為在富氫氣氛中，氫作為間隙型質子 能夠不斷地侵入硫化物腐蝕層中，造成垢層疏松 多孔，破壞了硫化氫腐蝕膜的保護作用，使金 屬原子和硫化氫介質得以互相擴散滲透，從而引 起硫化氫的腐蝕不斷地進行。影響高溫硫化氫 腐蝕的主要因素是溫度和h2s濃度，其腐蝕速度 一般隨著溫度的升高而增加，干的硫化氫氣體在 200～250℃以下對鋼的腐蝕甚微。研究表明，h2-h2s體系中，當h2s的分壓在3.43～343kpa,操作溫 度大于316℃時，硫化氫的腐蝕加劇，一般的鉻鉬 鋼不能滿足要求。ea101a/b換熱器腐蝕區域為氣 體滯留區，傳熱效果差，且易使h2s聚集導致其濃 度增加，操作過程中進氣溫度波動大，有時可達 到300℃以上，加速了h2s腐蝕。

3．修補方案選擇

在墊片底座以下腐蝕區域采用單層堆焊修 補，修復材料選擇aws er309lsi型不銹鋼。由于 奧氏體不銹鋼覆蓋層氫擴散度低，阻礙了氫的活 動，降低了基層低合金中氫分壓。盡管奧氏體不 銹鋼覆蓋層在操作中會吸收一定量的氫，但它本 身并不變脆，開裂的敏感性也并不提高，只是降 低了脫氫速度，從而保護了基層。aws er309lsi 不銹鋼焊條含cr量大于12%，具有較佳的抗氫脆和 抗硫化氫腐蝕作用。焊接預熱溫度為200℃，防止 馬氏體冷裂紋和脆化。

換熱器直立放置，修復過程中不能移動。殼 體的內徑僅1200mm，操作空間受到限制，考慮到 手工電弧焊焊接效率低、尤其是難以保證換熱管 束安裝公差的要求，因此，采用半自動脈沖氣體 保護焊。施焊前制定嚴格焊接工藝及操作程序， 并在碳鋼和1.25cr鋼上進行了試驗，一次堆焊厚大 約5mm，309lsi距熔合面可達3mm。焊接工藝取 得成功后，應用于實際修補操作中。在脈沖氣體 保護焊的過程中，有少量的稀釋物產生。

4．補焊修復

4.1 表面處理

換熱器殼體為鍛造后進行機械加工，具有 一定的制造誤差，不能保證半自動焊要求的橢圓 度。同時因腐蝕產物硫化鐵使殼體表面出現深度 為1～2mm的顆粒層。為防止在這樣的表面上焊 接出現裂紋和氣孔。在現場進行機械加工，除去 大約3mm表層，確保表面清潔、干燥、無潤滑油 等，以保證補焊質量。

4.2預熱

墊片下部的區域，壁厚300mm，材料為 2.25cr1mo。采用高溫預熱的方式進行補焊。預熱 溫度為200℃。焊接完成時，在殼體溫度降到環境 溫度之前，進行焊后熱處理。預熱采用電阻加熱 帶纏繞在殼體的外部。為保證操作人員的安全， 加熱采用手動控制，殼體內放入熱電偶溫度計， 連續監測容器內的溫度。預熱溫度達到時，停止 加熱，通過焊接熱量維持預熱溫度；當溫度低于200℃時，在操作者離開容器后接通電源加熱，預 熱溫度達到要求關閉電源，操作者再次進入容器 內施焊。

4.3施焊操作與防護

施焊分區操作，焊區高度500mm，長度 1250mm。焊機安裝在特制的沿環向自動焊接裝 置上，當完成一段焊道后焊槍返回到開始位置 時，提升焊槍，自動焊下一段焊道。完成一個 焊接作業區后，絕緣箱旋轉120°。重復上述過 程。兩個焊接作業區交界處光滑過渡。整個圓周 帶補焊完畢后，絕緣箱升到補焊區的頂部，在墊 片以下200mm區域腐蝕較為嚴重處，進行第二層 補焊，在墊片下方進行第三層補焊，各焊層間光 滑過渡。

修補施焊是在預熱溫度為200℃的容器內進 行，且有觸電的危險。為保證操作者的安全，特 制了絕緣工作箱，通過設在容器頂部的升降機， 可以隨時將絕緣工作箱提升到容器外面。操作者 在工作箱內有足夠的自由空間。工作箱外保溫， 工作箱底部設有一個環行管通風口不斷吹入冷氣 降溫。工作時間限制在45分鐘之內。操作過程 中，在容器外部通過監測系統嚴密監視操作箱內 的溫度和氧氣。

4.4焊后熱處理

正常的熱處理溫度為695℃。加熱速率為20℃ /h。但由于殼體壁厚在300mm～50mm范圍內變 化，故允許溫差在20℃內波動。實際熱處理過程 中熱電偶測得的溫度為680℃-710℃，達到了預期 目的。保溫時間為6小時，然后冷卻，冷卻速率限 制在20℃/h，冷卻到400℃后，自然冷卻。加熱源 主要在容器外部，在墊片下方壁厚300mm最厚處 內置加熱器，以使整個殼體受熱均勻。在容器內 部補焊層上放置18個熱電偶溫度計，分別測量壁 厚在300mm～50mm間的溫度，溫度記錄儀作全過 程的溫度記錄。

4.5焊后檢驗

焊接過程是半自動過程，工藝參數由試驗 程序設定，層間出現熔接缺陷的可能性很小，且 由于200℃的預熱溫度，避免了馬氏體的轉變， 所以，產生裂紋的可能性被排除。因此，主要的 缺陷類型是針孔或表面裂紋延伸到整個補焊層厚 度。由于超聲波探傷識別熔接面或大約1.5mm以下 的缺陷較為困難。因此，采用著色滲透的方法進 行檢驗，檢驗前清洗補焊區域的殼體表面。檢驗 中沒有發現缺陷，焊接質量合格。

5．結語

實踐證明，此次修補方案工藝先進合理，安 全防護措施得當。修復運行一年后進行的定期檢 修中，該換熱器的殼程補焊層輕微腐蝕，腐蝕速 率在設計允許范圍內。目前這臺設備運轉良好。 這次對高溫高壓臨氫換熱器進行的焊接修復獲得 成功，為石油化工裝備在特殊條件下進行現場修 復積累了經驗。

參考文獻

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