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大型催化裂化两器焊接技术代学彦夏吉龙中国石油天然气第七建设企业8月大型催化裂化两器焊接技术第1页两器实物全景大型催化裂化两器焊接技术第2页两器近距离效果图大型催化裂化两器焊接技术第3页装置建成投产大型催化裂化两器焊接技术第4页摘要序言1.焊接工艺方法选择2.焊材选取及管理3.再生器焊接4.沉降器焊接5.焊缝检验6.焊缝返修7.焊后消应力退火结束语大型催化裂化两器焊接技术第5页

摘要本文以广西石化350万吨/年重油催化裂化装置关键设备再生器和沉降器（简称“两器”）现场焊接为例，介绍依据两器到货及现场实际情况，采取立式组装成段，分段组焊成整体，对于再生器采取整体补强筒体，因为焊缝不规则，选取自动焊和手工焊相结合方法；沉降器为热壁式焊缝性能要求高，采取特殊要求焊条进行现场焊接；其它部位采取手工焊焊接方法。全部焊接完成后，无损检测合格后，进行整体消应力热处理技术。该技术为同类型大型设备现场焊接提供借鉴和参考。大型催化裂化两器焊接技术第6页

前言再生器和沉降器是广西石化1000万吨/年炼油工程350万吨/年重油催化裂化装置关键设备。采取美国UOP企业两段逆流再生技术，沉降器采取热壁式设计；再生器包含第一再生器和第二再生器，重合式布置，设计压力0.35MPa，设计温度：介质788℃/壁温350℃。第一再生器在上直径为Φ16000mm，第二再生器直径为Φ8300mm，壳体高度约45m，主体材质为20R和16MnR，壳体重量约860吨，壁厚（含整体补强板）从34mm到80mm十种。焊缝延长米约1403m；沉降器设计压力0.35MPa，设计温度550℃，最大直径Φ7700m，壳体高度31550mm，主体材质15CrMoR，壳体重量约274吨，筒体直径分别为Φ7700mm、Φ4200mm，壳体壁厚（含整体补强板）从30到100mm七种。焊缝延长米约456mm。两台设备均分片到货后在现场进行组焊，焊接接头系数均为1.0。组焊完成后两台设备壳体均需进行现场消应力退炽热处理。大型催化裂化两器焊接技术第7页

图1两器结构形式大型催化裂化两器焊接技术第8页

1.焊接工艺方法选择

依据组装方法及现场吊装要求，选取适当焊接方法。1.1再生器组装分段情况再生器现场分五大段进行组焊，分段情况如表1，最终各段组焊成整体。表1再生器分段一览表分段分段位置标高（mm）分段内容Ⅰ段▽12650～▽14200二再下封头+裙座+接管Ⅱ段▽14200～▽27350二再筒体1~6节（φ8300）+接管Ⅲ段▽27350～▽36150锥形过渡段（φ16000/φ8300）+二再筒节7（φ8300）+一再筒节12（φ16000）+一再烟气分布板筒节1（内件，φ8750）+接管Ⅳ段▽36150～▽52150一再筒体13~19节（φ16000）+接管Ⅴ段▽52150～▽56500再生器上封头+集气室筒节4（内件，φ5580）+接管（整体热处理前）再生器上封头+集气室+10台旋分+接管（整体热处理后）大型催化裂化两器焊接技术第9页

1.2沉降器组装分段情况沉降器现场分5大段进行组焊，分段情况见表2，最终各段组对焊接成整体。分段分段位置标高（mm）分段内容Ⅰ段▽5900～▽44600外提升管反应器（φ2300/φ1440）+接管Ⅱ▽44600～▽56200汽提段（φ4200/φ2300）+接管Ⅲ▽56200～▽61280裙座+锥形过渡段（φ7700/φ4200）＋筒体第9节（φ7700）+接管Ⅳ▽61280～▽69320沉降器筒体10~14节（φ7700）+接管Ⅴ▽69320～▽76150沉降器球形上封头+集气室（内件φ5880）+接管（整体热处理前）沉降器球形上封头+集气室+接管+10台旋分（整体热处理后）表2沉降器分段一览表大型催化裂化两器焊接技术第10页

1.3两器分段组装成整体在每个吊装段上口均布焊接八块导向筋板，并在环缝上下段0主轴线设置一套限位卡具，以利于设备组对就位。利用卡具调整对口间隙及错边，进行定位焊，调整筒体垂直度，进行横缝内外侧焊接。分段组焊流程图2所表示。1.4焊接方法选取两器裙座、封头、沉降器筒体及接管等主要焊接方法为焊条电弧焊；再生器筒体对接横缝采取埋弧自动焊和焊条电弧焊相结合；沉降器裙座Ⅰ与裙座Ⅲ之间对接环缝（BQ3）焊接方法为钨极气体保护焊和焊条电弧焊联合焊接。大型催化裂化两器焊接技术第11页

图2壳体吊装流程示意图大型催化裂化两器焊接技术第12页

2.焊材选取及管理依据采取焊接方法结合焊接工艺指导书，选取适当焊材见表3，用焊材应同时满足JB/T4747《压力容器用焊条订货技术条件》和设计图纸特殊要求，即Cr-Mo钢使用焊材需要控制Sn≤0.015%，P≤0.012%。焊材设专员负责保管、烘干和发放工作。存放焊接材料库房必须严防潮湿，通风条件良好，室内湿度在60%以下，温度不低于5℃。焊材应按其使用说明书进行烘干和保温。大型催化裂化两器焊接技术第13页

表3两器焊接焊材选取表序号设备名称焊接部位焊接方法部位材质焊材牌号备注1再生器壳体横缝SAW20RH10Mn2+SJ101二再壳体横缝SAW16MnRH10Mn2+SJ101一再壳体纵缝SMAW20RJ427R二再壳体纵缝SMAW16MnRJ507R一再横缝、下封头SMAW20RJ427R二再横缝、上封头SMAW16MnRJ507R一再裙座SMAW20RJ427R壳体＋壳体SMAW16MnR+20RJ427R壳体＋接管GTAW、SMAW16MnR+20RH08Mn2SiA、J427R大型催化裂化两器焊接技术第14页

序号设备名称焊接部位焊接方法部位材质焊材牌号备注2沉降器壳体、封头SMAW15CrMoRR307R裙座SMAW15CrMoRR307R内件SMAW15CrMoRR307R壳体＋内件SMAW15CrMoRR307R壳体＋接管GTAW、SMAW15CrMoRH13CrMoA、R307R大型催化裂化两器焊接技术第15页

3.再生器焊接再生器焊缝布置如图3所表示，焊接程序按照先厚板、后薄板，先短缝、后长缝，先纵缝、后环缝，先大坡口、后小坡口标准进行筒体、封头及裙座焊接；筒体横缝先采取自动焊后手工焊补充，接管焊接按照先小接管、后大接管，对称施焊标准焊接。再生器筒体埋弧自动焊焊接大型催化裂化两器焊接技术第16页

图3再生器焊缝布置图大型催化裂化两器焊接技术第17页

3.1再生器第Ⅰ段二再下封头+裙座+接管，焊接采取焊条电弧焊，在预制厂组焊。二再下封头为标准椭圆形封头，分瓜瓣14片，板厚为42mm；顶盖分9片，其中含整体补强板2片，厚52mm，其余板厚为40mm，现场整体组装焊接，焊接采取焊条电弧焊，8名焊工均布，焊接次序为先焊外侧焊接，翻转后清根并按同次序焊接内侧。再生器裙座分3片，板厚40mm。纵缝焊接时3名焊工均布，环缝焊接时6名焊工均布。为确保与下封头对接焊缝全焊透，采取氩弧焊打底，焊后表面打磨圆滑。大型催化裂化两器焊接技术第18页

3.2再生器第Ⅱ段二再筒体1-6节。焊接采取焊条电弧焊。其中筒节1-5上有整体补强板，没有补强板筒节6依据到货次序，在现场组对成单个筒节，先焊接纵缝外侧，清根后焊纵缝内侧，然后按组装次序分别与二再筒体1-5节和再生器第Ⅲ段组对环缝，采取埋弧自动焊焊接环缝外侧，清根后焊环缝内侧，局部不规则焊缝用焊条电焊补充焊接如图4。大型催化裂化两器焊接技术第19页

图4再生器筒体横缝自动焊和手工焊现结合大型催化裂化两器焊接技术第20页

3.3再生器第Ⅲ段即锥形过渡段+二再筒节7+一再筒节12，锥段在现场预制平台上大口向下组焊，完成后翻转与二再1~6节筒体组焊。焊接采取焊条电弧焊。过渡锥段由4节筒体组成如图5，按制造厂编号即筒节8到11，其中筒节9到10上有整体补强板，没有补强板筒节8、11在现场组对成单个筒节，先焊接纵缝外侧，清根后焊纵缝内侧，然后按组装次序与在现场组焊成单节筒体筒节7、筒节12组对环缝，焊接环缝外侧，清根后焊环缝内侧。大型催化裂化两器焊接技术第21页

图5再生器锥段焊接大型催化裂化两器焊接技术第22页

3.4再生器第Ⅳ段一再筒体13-19节，14-18节上有整体补强板，没有补强板筒体13、19在现场组对成单个筒节，先焊接纵缝外侧，清根后焊纵缝内侧，然后按组装次序与再生器第Ⅲ段及其它相连筒节组对环缝，用埋弧自动焊焊接环缝外侧，清根后焊环缝内侧，整体补强板处不规则焊缝采取焊条电弧焊，其余均采取焊条电弧焊。本段开孔共32个，大开孔接管3个，分别为装卸孔(φ2900mm)、人孔（φ900mm）待生催化剂入口(φ1210mm)。在两大筒节各自组焊完成后开孔、焊接。大型催化裂化两器焊接技术第23页

3.5再生器第Ⅴ段再生器上封头。再生器上封头为标准椭圆形封头，共由48片板组成，其中瓜瓣26片，板厚为36mm；顶盖22片，其中含整体补强板4片，厚52mm，其余板厚为36mm，现场整体组装焊接，焊接采取焊条电弧焊，焊接时13名焊工均布，焊接次序为F2-A1-1～26外侧焊接→F2-A2-1～18外侧焊接→F2-A3-1～4外侧焊接→BF2-2外侧焊接→BF2-1外侧焊接→翻转后清根并按同次序焊接内侧。大型催化裂化两器焊接技术第24页

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应器，分3段进厂，现场卧式组焊完2道环缝后，吊入框架内暂时固定。焊接时，每条环缝由2名焊工均布，对称施焊。沉降器汽提段，分2段进厂，现场卧式组焊完对接环缝后，吊装至框架内暂时固定。焊接对接环缝时由2名焊工均布，对称施焊。4.2沉降器第Ⅲ段沉降器裙座+锥形过渡段+筒体第9节。沉降器裙座由3节筒体组成，共分9片，见图6，厚度为30mm。现场采取单节正装法组对，焊接时3名焊工均布。焊接次序为：裙座单节筒体纵缝外侧焊接→清根后内侧焊接→BQ1外侧焊接→清根后内侧焊接→BQ2外侧焊接→清根后内侧焊接→BQ3外侧焊接→内侧焊接大型催化裂化两器焊接技术第25页

图6沉降器裙座焊缝布置及坡口形式图大型催化裂化两器焊接技术第26页

沉降器锥形过渡段共有12片板组成，厚度为74mm，焊接时12名焊工均布，大口向上焊接外侧，清根后焊接内侧。焊接完成后焊接裙座角焊缝BQ4内侧，清根后焊接外侧。筒体第9节共有3片板，如图6现场采取3名焊工均布，按照先外后内方法焊接成单个筒节后与锥形过渡段焊接环缝B9。B9焊接次序为外侧焊接、清根后焊接内侧。大型催化裂化两器焊接技术第27页

图7沉降器第Ⅲ段焊缝布置及坡口形式图大型催化裂化两器焊接技术第28页

4.3沉降器第Ⅳ段筒体第10～14节，如图8，筒体厚度44mm。第11～14节上有整体补强板，补强板厚度为100mm，没有补强板筒体10在现场组对成单个筒节，先焊接纵缝外侧，清根后焊纵缝内侧，然后按组装次序与沉降器第Ⅲ段组对环缝，焊接环缝外侧，清根后焊环缝内侧。筒节11～14焊接时4名焊工均布，焊接次序以下：BBQ1-1外侧焊接→清根、内侧焊接→A11-1～4外侧焊接→B11外侧焊接→内侧清根后同次序焊接BBQ1-3外侧焊接→清根、内侧焊接→A12-1～2、ABQ1-1～2外侧焊接→B12外侧焊接→内侧清根后同次序焊接BBQ1-4外侧焊接→清根、内侧焊接→A13-1～2、ABQ1-1～2外侧焊接→B13外侧焊接→内侧清根后同次序焊接→A14-1～4外侧焊接→B14外侧焊接→内侧清根后同次序焊接大型催化裂化两器焊接技术第29页

图8沉降器第Ⅳ段焊缝布置及坡口形式图大型催化裂化两器焊接技术第30页

4.4沉降器第Ⅴ段上封头。上封头瓜瓣12等分，厚度30mm；顶盖2等分，为整体补强板，厚度42mm。焊接次序为：补强板对接焊缝FT14～15外侧焊接→瓜瓣对接焊缝FT01～12外侧焊接→瓜瓣与顶盖对接焊缝FT13外侧焊接→内侧清根后同次序焊接→B15（与筒体对接）外侧焊接、内侧清根、焊接大型催化裂化两器焊接技术第31页

5.焊缝检验5.1外观检验焊接完成后焊缝与母材应圆滑过渡，成形良好。焊缝表面不得低于母材。焊接接头表面不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、飞溅存在；母材上不应有电弧擦伤。上述缺点处理合格后，在距离焊缝50-500mm范围内用记号笔标识焊缝号、焊工代号和焊接日期。设备壳体焊缝对接接头错边量、余高符合下表4、图9要求：大型催化裂化两器焊接技术第32页

沉降器再生器单面坡口双面坡口单面坡口双面坡口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4两器焊缝要求图8-1（a）双面坡口图8-2（b）单面坡口角焊缝焊角高度应符合设计要求，设计无要求时取焊件中较薄者之厚度，表面应向母材圆滑过渡。补强圈焊角高度应为补强圈厚度70%，且大于8mm。大型催化裂化两器焊接技术第33页

5.2无损检测1)表面检测设备与裙座连接处角焊缝、汽提段与壳体角焊缝根部及表面，均进行100%渗透检测，内集气室筒体与壳体角焊缝进行100%渗透检测，Ⅰ级合格。无补强圈接管与设备壳体角焊缝应进行煤油试漏。开孔补强圈应通入0.4～0.5Mpa压缩空气检验焊缝质量，油气阻挡圈焊缝应经煤油试漏合格。大型催化裂化两器焊接技术第34页

2)内部检测再生器、沉降器壳体无损检测项目见表5：表5再生器、沉降器壳体无损检测项目再生器沉降器A、B类焊接接头C、D类焊接接头A、B类焊接接头C、D类焊接接头100%TOFDII级+UTI级检测，且进行20%UT复验，I级合格；内外表面100%MT，I级为合格。100%MT或PT，I级合格100%TOFDII级+UTI级检测，20%RT复验，II级合格；内外表面100%MT，I级合格，气压试验后（包含裙座）进行20%UT或TOFD复验+20%MT或PT。焊后24h和气压试验后进行100%MT或PT，I级合格。大型催化裂化两器焊接技术第35页

再生器、沉降器裙座无损检测项目以下：(1)再生器裙座对接焊缝焊后应进行100%超声检测，Ⅰ级合格，并进行20%TOFDII级+UTI级复验，II级合格；裙座与下封头对接焊缝，焊后进行100%磁粉检测，Ⅰ级合格。(2)沉降器裙座上15CrMoR对接接头及15CrMoR与16MnR之间对接接头焊后应进行100%TOFDII级+UTI级；16MnR对接接头焊后应进行20%TOFDII级+UTI级复检；裙座III与锥段I之间角接头焊后进行100%磁粉或渗透检测，Ⅰ级合格。大型催化裂化两器焊接技术第36页

6.焊缝返修6.1表面缺点焊接接头缺点允许修磨，缺点经修磨消除后，其厚度不应小于名义厚度减去钢板负偏差，不然进行补焊。焊接接头修磨范围内斜度小于1:3。返修结束后应经MT检验合格。6.2非表面缺点非表面缺点全部返修必须经质量检验人员会同焊接技术员，确定缺点位置、深度，制订返修办法后通知焊工返修。返修工作必须由有资质技术熟练焊工负担。非表面缺点返修采取碳弧气刨和打磨方式进行去除，焊接坡口打磨成圆滑过渡形式并去除坡口渗碳层和氧化层，补焊坡口表面采取渗透方法进行检测，检测合格后方能施焊。大型催化裂化两器焊接技术第37页

消除缺点应控制在钢板厚度2/3以内(从返修侧表面计算)，如超出焊接接头深度2/3仍残留缺点时，马上停顿去除并进行补焊，然后在其后面再次去除缺点，进行补焊。补焊长度大于50mm。补焊预、后热及焊接工艺参数与正式焊接工艺相同。同一部位返修次数不得超出两次，如超出两次，必须在项目焊接责任工程师同意情况下，制订方案，采取办法并立案统计。对存在角变形返修部位，从角变形凸侧位进行返修，以免产生更大角变形，缺点消除后进行外观检验，焊缝表面应光滑平整，迟缓过渡。对于有没有损检测要求焊缝，补焊完成后应采取与焊补前相同方法对焊补处内部质量进行无损检测