关于Incoloy825加氢高压空冷器的加工技术分析

尹继英

摘 要：加氢裂化装置中，由于腐蚀原因导致的空冷器泄露，进而导致装置停车状况危害性大，是高压空冷设备的关键研究问题，从管材成本、耐蚀作用分析，Incoloy 825作为高压空冷器管束材料逐渐成为研究热点。本文针对incoloy825高压空冷器制造技术、焊接工艺等进行了分析，并充分借鉴国内自行设计制造的加氢高压空冷器案例进行了分析，旨在提高设备的防腐蚀性能。

关键词：Incoloy825材料；高压空冷器；加氢装置

中图分类号：TQ051 文献标识码：A

齐鲁石化公司1.5Mt/a渣油加氢脱硫装置中的反应物空冷设备于2002年发生泄露，带来了巨大经济损失。泄露原因为基管内部被介质腐蚀、冲刷进而导致设备材料变薄漏孔。为了解决空冷设备问题，需要进行更换，作为国内首台Incoloy 825空冷器，设计制造存在大量难点问题，主要由我公司（哈尔滨空调股份有限公司）进行制造。

一、空冷器设计

1.Incoloy825材料分析

Incoloy材料作為一种合金材料，一般称为铁镍基合金，其化学成分中：C含量最高，为90%，还包括Ni、Cr、Mo等元素。Ni对于合金作用体现在增加了抗Cl- 应力腐蚀作用，避免基管开裂，Cr提高了合金整体的抗氧化能力，通过添加微量钛，一般控制在0.6%～1.2%范围之内，能够增强合金稳定化作用。传统加氢高压空冷设备中的管束一般选取10#，管箱材质为16MnR（HIC），该材质在H2S、CL-介质中，抗腐蚀性能较差，易发生基管内部铵盐污垢的影响，正是由于碳钢、铬钼钢的耐腐蚀能力差，Incoloy825合金材料在现代加氢空冷设备中应用越来越广泛。

2.主体材料选择分析

以齐鲁石化项目为例，对装置改造过程中，主要加工原材料为高硫原油，装置中的反应物经高压换热设备后进入第一空冷器，针对该项目特点分析，其主体材质的选取至关重要。首先，从介质腐蚀角度分析，反应产物中不仅包含硫化氢、氨气、氯离子等酸性介质，空冷器从操作温度为130℃～200℃，铵盐结晶温度亦在此区间，容易导致氯化铵结晶生成，造成基管腐蚀，该工况长期运行，导致腐蚀作用变强。

理论计算中，一般采用流体腐蚀系数Kp进行衡量介质的腐蚀效果，对空冷设备操作负面影响大，空冷设备正常工况下，Kp数值也不高，介质流速低于6m/s，但实际工程中腐蚀严重，分析原因与NH4Cl的垢下腐蚀关联较大，碳钢、铬钼钢此工况下腐蚀严重。国外研究发现，对于反应产物空冷设备来说，Incoloy825材料效果较好。设计时，管子规格定为Φ25×2.5的无缝管，管子除需符合ASME SB- 163中UNS No.8825的所有规定外，还要求逐根进行水压试验，以及按SE- 571（GB7735 B级）逐根进行涡流检测，管子交货状态为退火状态。

3.结构设计

该空冷设备从维修方便出发，采用丝堵式板焊的方形管箱，同时在管箱中间设置支撑隔板孔，便于管内介质的上下流动。管板和丝堵板设计为54mm厚的15CrMoR（H）钢板；若不设置隔板，则管板和丝堵板须106mm厚，管箱中部的加强隔板是丝堵式结构的主要优势结构。具体空冷器管束图如图1所示。

该空冷器管束设计过程中个，从介质凝结角度出发，采用倾斜设计，同时为了避免热膨胀作用影响，管箱支撑结构设计过程中充分运行延长度方向的滑动作用，避免管束挠度、振动作用影响，间隔1500mm处设置相应的支撑部件。采用双金属轧制型加工，加工制造较为快捷，对基管厚度负面影响少。

二、空冷器制造

该类空冷设备的加工制造难点在于Incoloy825管与管板焊接问题，由于异种钢焊接难度大，为了保证制造质量，需要进行充分的焊接评定。

其一，焊接工艺评定作为实际工况的模拟，需要严格控制焊接管子的接头数量，一般不可超过10个。

其二，对3个以上的焊接罐头进行拉脱试验，保证焊接的抗拉响度高于管子、管板的抗拉强度较大者。

其三，沿评定用管中心线进行切开作业，保证焊接接头处不存在未焊接彻底、未融合等缺陷。

其四，对所有焊接试件接头处进行着色检测处理，参考JB4730-94标准进行合格验收。

其五，焊接前应进行预热，预热温度由制造厂确定，并通过焊接工艺评定验证，焊后应缓冷。

最终管头的焊接采用手工电弧焊，焊条为哈焊所研制的Inconel 112型焊条。外坡口需要采用U形坡口焊接。Incoloy825材料焊接熔深浅，由此需要在内角焊后外侧彻底清根。

三、高压空冷管箱丝堵泄露原因及处理措施

1.泄露原因分析

针对国内高压空冷设备项目泄露原因分析，其丝堵泄露状况的主要原因分析如下：制造误差、安装误差等原因导致密封性未达到设计效果；其次，垫片材料的影响，垫片的设计选材为316 L，一般316 L 的硬度比Incoloy 825低 30-40 HB，实际硬度高；再者，丝堵结构的影响，设计过程中垫片安装位置为密封面的中心位置处，丝堵螺纹根部制造出锥形角，保证垫片丝堵的稳妥配合，现场拆卸发现，锥形角导致了安装过程的丝堵，密封面存在坡度等状况。

2.处理措施分析

针对丝堵式管箱的泄露状况进行处理措施分析，具体方法如下。

方法一：现场拆卸，加强密封面杂质清理作业，对变形明显部位进行更换垫片、丝堵，重新安装处理，装配过程中在帝都表面涂抹二硫化钼，防止螺纹咬死，控制装配力度，便于后期拆卸维修处理。

方法二：密封焊接处理，焊条选用AWSA5.11 ENi Cr Mo-3，焊丝选用AWS A5.14 ERNi-Cr Mo-3，所有焊接材料应是低氢型镍基焊材。碳钢材料空冷设备的处理过程中发现，焊接热量容易导致周边未焊接丝堵部位的泄露，需要充分降低焊接热量，避免周围丝堵的热变形作用，降低整体密封效果，对于焊接丝堵泄露问题，需要反复着色检测，保证合格后方可验收。

方法三：做卡具对泄漏的丝堵进行带压堵漏。由于管箱的表面精度不够，首次加工的卡具密封效果较差，必须对卡具不断进行改进后合适。高压部位采用卡具，卡具的四周会轻微渗漏介质，说明采用卡具不能完全解决泄漏问题，该方法可作为管箱丝堵泄漏的临时处理措施，避免非计划停工。

结语

国产化高压空冷器经受了加氢裂化工艺过程在役运行的各项考验，其运行成功不仅提高了国内石油化工设备核心技术的设计能力，同时也提高了民族工业的制造能力，对我国未来空冷器的生产制造具有重大影响，具有长远的社会效益、经济效益。

参考文献

[1]高晖.国产Incoloy 825高压空冷器的设计制造[J].石油化工设计，2005（22）：5-7.

[2]朱金兵.Incoloy825 高压空冷丝堵泄漏分析及处理[J].广东化工，2011，4（38）：197-198+207.endprint