2_25Cr_1Mo不锈复合钢板加氢高压换热器的制造
各种腐蚀对应用钢选择
在常减压三顶及其冷凝冷却系统，低于150℃部位存在H2S-HCl-H2O环境。
由于HCl与H2S相互促进构成循环腐蚀。
碳钢发生严重均匀腐蚀，Cr13钢发生点蚀，18-8钢则发生应力腐蚀玻裂。
国外采用Monel、HastelloyC-4与钛作复合材料与内件，目前国内对塔顶壳体主要采用碳钢+0Cr13Al，内件0Cr13Al也采用3RE60与2205双相钢。
0Cr13Al含碳量小于0.08%，在钢中加铝后组织中含大量铁素体，焊后或热处理后可得少量马氏体，具有较强的抗硫腐蚀能力，由于它比18-8钢价廉，且抗应力腐蚀能力强，而弥补了它抗点蚀差的不足，0Cr13Al 不仅对氯脆，而且对连多硫酸SCC（应力腐蚀裂纹）也不敏感，但该钢复合钢板与钢管多要进口。
国内厂家也有使用2205的，效果不错。
2、低温HCN-H2S-H2O环境催化吸收解吸系统存在HCN-H2S-H2O腐蚀环境。
碳钢发生均匀腐蚀、氢鼓泡与SCC，18-8钢发生SCC。
国内多用0Cr13Al，如分馏塔、吸收塔、解吸塔与稳定塔均采用碳钢+0Cr13Al，塔盘用0Cr13或1Cr13，也可采用12Cr2AlMoV、08Cr2AlMo，但不能用奥化体不锈钢焊条焊接铬钼钢或0Cr13钢，因为易发生SCC。
3、低温RNH2（乙醇胺）-H2S-CO2-H2O环境在干气及液化石油气脱硫的再生塔、气体吸收塔重沸器等部位会形成RNH2-H2S-CO2-H2O环境。
碳钢产生均匀腐蚀与SCC，但一般仍多采用碳钢作设备，必须进行焊后消除应力处理，但对腐蚀环境恶劣的重沸器等设备宁可选用18-8不锈钢，如321。
4、低温H2S+H2O环境湿硫化氢环境在含硫原油加工中普遍存在。
对［H2S］＞50×10-6环境，为抗SCC与SOHIC（定向应力氢诱导开裂）应选用优质的20R16MnR（［Ni］＜1%，碳当量≤0.43，控制S、P含量）设备应焊后热处理，硬度不应大于HB200，组织为铁素体+珠光体。
LH-SBB-32 关键设备设计规范管理规定 (1)
√
√
验
14
NB/T 47018
承压设备用焊接材料订货技术条件
15
NB/T 47041
塔式容器
√
√
16
NB/T 47042
卧式容器
√
17
SH/T 3074
石油化工钢制压力容器
√
18
SH/T 3098
石油化工塔器设计规范
√
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材料
热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及
性评审工作。 六、附则 （一）本规定由设备部制定并负责解释。 （二）对违反本规定的按照公司奖惩实施细则执行。 （二）本规定自下发之日起执行。 附件 3 件：1、《关键动设备设计规范台账》 2、《关键静设备设计规范台账》 3、《加热炉设计规范台账》
附件 1：
关键动设备设计规范台账
单位：
序号 标准代号
压力容器
14 GB18613
中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级
15 GB30254
高压三相笼型异步电动机能效限定值及能效等级
16 GB3836
爆炸性气体环境用电气设备
17 GB50058
爆炸危险环境电力装置设计规范
18 GB755-2008
旋转电机 定额和性能
19 GB7777
往复活塞压缩机机械振动测量与评价
舞钢Cr-Mo系列钢15CrMoR,1.25Cr-0.5Mo,2.25Cr-1Mo-0.25v,12Cr2Mo1R,12Cr2Mo1R(H)
舞钢Cr-Mo系列钢15CrMoR、14Cr1MoR、1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo-0.25v、12Cr2Mo1R、12Cr2Mo1R(H)、SA387Gr12、SA387Gr11、SA387Gr22舞阳钢铁公司、舞阳钢厂Cr-Mo钢的研发历程1988年以来，舞钢公司在国内率先进行各类Cr-Mo钢板的研制和生产，1991年中国石化总公司发展部和冶金部科技公司联合立项“国产2.25Cr-1Mo钢板焊结构临氢重整反应器的研制”科技开发项目，舞钢按项目要求成功研制出用于制造热壁加氢反应器的2.25Cr-1Mo特厚钢板，制造完毕的加氢设备于1955年6也运往齐鲁石化胜利炼油厂，投产后经479天的工业考核证明，完全可以用国产板代替进口钢板制造此类反应器，1997年通过成果鉴定，在临氢设备上逐步推广使用，就此打开了临氢设备用Cr-Mo钢板国产化的新局面。
随着舞钢设备的改造和完善，主要是大型钢锭、电渣重熔冶炼一级热处理设备的扩建和改造，舞钢形成了15CrMoR、1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo-0.25v等Cr-Mo系列压力容器板，耐高温耐腐蚀的Cr-Mo钢板生产稳定化，合同量逐年增加。
在大单重、大厚度压力容器板开发方面，舞钢公司借助设计院的力量，不短创新,占据国内第一位，进入生产临氢Cr-Mo宽厚板国际上屈指可数的生产厂家方阵，在大单重高韧性技术指标方面不断填补国际空白，领先国际水平。
1993年，国内首次临氢2.25Cr-1Mo钢板（54/60/92）研发成功。
2002年,92/105两个规格的特厚临氢2.25Cr-1Mo成功研发。
2006年，137mm12Cr2Mo1R(H)2008年，150mm12Cr2Mo1R(H)2010年，162mm12Cr2Mo1R2010年，198mm12Cr2Mo1R2011年，256mm/60T临氢12Cr2Mo1R试制成功，大厚度大单重取得突破，创造世界记录。
1.25Cr-0.5Mo-Si钢制加氢反应器焊接
1.25Cr-0.5Mo-Si钢制加氢反应器焊接随着石油化工设备高参数及大型化的发展，对压力容器的焊接要求越来越高。
在国内，我厂首次将国外钢材 1.25Cr-0.5Mo-Si钢（符合ASTM A387Cr11CL2）作为主体材料制造了1台加氢反应器，并为此做了多方面的试验。
1.焊接性。
鉴于1.25Cr-0.5Mo-Si钢及其匹配焊材CM-1A、W-CM1和B-1CM 为国内首次使用，故先选用δ＝80mm的钢板，对其进行焊接性试验，并进行综合评定。
1.1间接法。
（1）碳当量法按国际焊接学会标准，Ceq1＝C＋Mn/6＋（Cr ＋Mo＋V）/5＋（Ni＋Cu）/15≈0.7095，按日本JIS标准，Ceq2＝C＋Mn/6＋Si/24＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14≈0.7746，表明该钢需采取预热措施。
（2）冷裂纹敏感系数经过计算Tp＝250℃，即应预热250℃。
（3）热影响区最高硬度试验判断出该钢淬硬倾向不大，可进行热切割，抗裂性好。
1.2直接法。
用小铁研法测定结果表明，150～200℃可作为生产上的预热温度；用刚性固定法测定结果表明，该钢及匹配的焊材在选取的规范下具有良好的抗裂性能，同时预热150～200℃是可靠的。
2.堆焊。
（1）堆焊材料选择堆焊层必须具有最小的复层厚度，并且有一定的铁素体、化学成分及力学性能要求。
堆焊材料的选用一般以舍佛勒组织图为依据，要求复层组织为奥氏体加少量铁素体。
结合国内外经验，一般堆2层。
过渡层为E309型，复层为E347型。
由于加氢反应器堆焊层在制造过程中要经过多次热处理，致使堆焊层发生敏化和脆化，因此对焊材的C及Nb含量有严格限制。
另外要有较宽的熔合比适应范围。
根据上述原则，对1.25Cr-0.5Mo-Si钢手工堆焊选用SR309L及SR347L，埋弧带极堆焊过渡层为00Cr25Ni13＋HJ107，表层为00Cr20Ni10Nb＋HJ107Nb，TIG小管堆焊的焊材可选用WEL309L及WEL347L。
2.25Cr1Mo0.25V钢焊接材料再热裂纹敏感性评估
2.25Cr1Mo0.25V钢焊接材料再热裂纹敏感性评估2.25Cr1Mo0.25V钢是一种低合金钢，广泛应用于高温高压工况下的石油、化工、热电等行业。
然而，焊接是制造该钢结构的主要工艺之一，焊接中可能引发再热裂纹，从而影响焊接接头的质量和性能。
因此，对2.25Cr1Mo0.25V钢焊接材料再热裂纹敏感性的评估和研究具有重要意义。
本文将详细介绍2.25Cr1Mo0.25V钢焊接材料再热裂纹的敏感性评估，内容包括再热裂纹的形成原因、影响因素以及评估方法等。
再热裂纹是指在焊接过程中，在热输入和冷却过程中形成的裂纹。
主要原因有应力集中、组织不均匀以及各种原因引起的局部应力超限。
2.25Cr1Mo0.25V钢焊接材料再热裂纹敏感性的评估主要是通过实验和数字模拟两方面进行。
实验方法主要包括裂纹敏感指数试验、热变形试验和裂纹扩展试验等。
裂纹敏感指数试验是通过在试样上施加恒定应力和热输入，观察裂纹的出现时间和形态来评估材料的再热裂纹敏感性。
热变形试验是通过模拟焊接的热输入和变形情况来评估材料的再热裂纹敏感性。
裂纹扩展试验是通过在已有裂纹的试样上施加恒定应力并进行一定循环次数的加载，观察裂纹扩展的性质和速度来评估材料的再热裂纹敏感性。
数字模拟方法主要包括有限元法和相场模型等。
有限元法是通过建立材料的几何模型和物理模型，模拟焊接过程中的应力和变形分布，进而评估材料的再热裂纹敏感性。
相场模型是根据相场理论，通过建立相场场函数，模拟焊接过程中的相变和相分离，进而评估材料的再热裂纹敏感性。
影响2.25Cr1Mo0.25V钢焊接材料再热裂纹敏感性的因素主要包括材料本身的化学成分、组织结构以及外界焊接工艺的参数等。
化学成分中的碳含量越高，凝固温度和焊接温度范围越窄，裂纹敏感性越大；添加合适的合金元素可以提高材料的抗裂纹能力。
组织结构中的晶界特征、相变组织以及残余应力等也会对裂纹敏感性产生影响。
外界焊接工艺的参数主要包括焊接温度、焊接速度、预热温度以及焊缝形状等。
加氢反应器材料和焊接
加氢反应器材和焊接近30年来，加氢技术发展迅速，加氢反应器由内部衬非金属隔热层的冷壁结构发展成为壳体内壁堆焊不锈钢层的热壁结构即热壁加氢反应器。
热壁加氢反应器具有有效体积利用率高、施工周期短、生产维护方便、器壁不易过热及安全可靠等特点，因此为世界各国普遍应用。
我国从20世纪80年代初开发热壁加氢反应器获得成功后，近20年来，由兰州石油化工机器总厂（简称兰石厂）、第一重机厂（简称一重）和上海锅炉厂（简称上锅厂）等单位制造了板焊式、锻焊式结构的热壁加氢反应器近百台，满足了国内使用厂家的需求，这些设备已投入使用多年，运行情况良好。
加氢反应器在10～25MPa高压、400～480℃高温、临氢及硫化氢等条件下工作，为防止氢脆、氢腐蚀、硫化物腐蚀、Cr－Mo钢回火脆化以及难焊层的剥离等严重损伤，对该设备设计要求高、难度大，制造工艺复杂，对材料、焊接技术以及焊接质量都有很高要求。
1 壳体材料应用及发展在热壁加氢反应器壳体内壁堆焊不锈钢防蚀层，形成双金属结构。
其壳体材料在临氢条件下工作，主要依据耐尔逊（Nelson）曲线来确定，自20世纪60年代以来， 2．25Cr－1Mo钢被广泛应用于加氢设备上，是热壁加氢反应器主选材料。
随着人们对设备损伤认识上的深入以及冶炼技术的不断提高，该钢的纯洁性、均质性、抗氢性和综合力学性能不断得到改善和提高，表1为不同时期对板焊式加氢反应器钢板化学成分的要求。
表1 不同时期对板焊式加氢反应器钢板化学成分要求％┌─────────────┬──────────────────────┐│化学成分80年代90年代│化学成分80年代90年代│├─────────────┼──────────────────────┤│C ≤0．15 ≤0．15│ Ni ≤0．18 ││Si ≤0．25 ≤0．10│ Cu ≤0．20 ││Mn 0．3～0.6 0.3～0.6│ As ≤0．016 ││S ≤0．010 ≤0.010│ Sn ≤0．015 ││P ≤0．012 ≤0.012│ Sb ≤0．003 ││Cr 2．0～2.5 2.0～2.5│X／×10－6 ≤25 ≤20 ││Mo 0．9～1.1 0.9～1.1│ J ≤200 ≤150 │└─────────────┴──────────────────────┘注：X=（Si＋Mn）（P＋Sn）×104；J=（10P＋Sb＋4Sn＋As）×10－2。
浅谈换热器制造过程中的控制要点
浅谈换热器制造过程中的控制要点摘要：换热器是目前国内石油化工行业中最常用的设备之一,被广泛地应用于连续重整、重整加氢装置中。
根据大型立式换热器的结构特点和技术原理,针对设备在使用过程中可能出现的问题,在制造过程中对设备的焊接等一些关键部位予以控制,使设备在制造完毕后能够正常运行。
关键词：换热器制造过程设计标准焊接膨胀节Abstract: The heat exchanger is the present domestic oil chemical industry in one of the most commonly used equipment, and is widely used continuous reforming, reforming hydrogenation. According to the structure characteristics of large vertical heat exchanger and technical principle, in view of the equipment in use process problems that may occur, in the process of welding equipment in some key parts to control, make the equipment in manufacturing after the completion of the working.Keywords: exchanger; design standard; welding; expansion; joint;process 在化工生产中随着热量释放与交换的频繁发生，加热能使化学反应达到最佳工艺条件,而化学反应产生的热量也需要其他介质吸收,化工反应吸热或放热都在换热容器中进行。
电解生产,盐水经过处理后由盐水预热器蒸汽加热进入电解槽电解；烧碱生产,顺流和三效四体蒸发都是在蒸发汽箱由蒸汽加热成品液碱；氯乙烯生产过程中,干EDC经过E203炉子进料预热器、E213裂解炉进料预热器、E201EDC汽化器等加热后进入F201裂解炉,以最佳的温度裂解产生VCM。
2.25Cr1Mo0.25V化学成分、力学性能
2.25Cr1Mo0.25V化学成分、力学性能
合金耐热钢2.25Cr1Mo0.25V简介
2.25Cr1Mo0.25V钢属于合金耐热钢，是改进型的制造加氢反应器用钢，舞钢科技部牌号，2.25Cr1Mo0.25V执行标准为WYJ，期货定轧，四切理计，交货期快，现货库存切割加工。
2.25Cr1Mo0.25V 广发的应用于石油、化工、电站、锅炉等行业，用于制作反应器、换热器、分离器、球罐、油气罐、液化气罐、核能反应堆压力壳、锅炉汽包、液化石油汽瓶、水电站高压水管、水轮机蜗壳等设备及构件。
2.25Cr1Mo0.25V钢板热处理交货状态为正火、正火+回火、退火+回火等。
2.25Cr1Mo0.25V钢板化学成分
2.25Cr1Mo0.25V钢板力学性能
2.25Cr1Mo0.25V研发背景
为了适应以煤加氢液化反应器为代表的高温(设计温度约为454~482C)、高压(设计压力为20~ 30MPa)加氢反应器市场的需求，国外在原有多年制造和使用2.25Cr- 1Mo钢经验的基础上，美国、日本、欧洲等国家相继开发研制出2.25Cr-1Mo- 0.25V钢，在ASME标准中的牌号为SA336- F22V，由于相应的焊材开发时间较长，所以该钢到1995 年才用于制造加氢反应器。
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2 设备简介
高压 、临氢且有硫化氢等工况中运行 ,主体材料选用
本设备由二台高压 U 型管式换热器重叠组装
了 2125Cr - 1Mo + 0Cr18Ni11Ti 复合钢板 , 我厂在进 而成 ,属三类压力容器 ,总重量达 43 吨 ,主要设计参
行焊接 、热处理以及抗回火脆性等实验的基础上 ,制 数见表 1 。
表 2 SA387 Gr22CL2 + SA240TP321 钢板化学成分 ( %)
元素 材质
脆化系数
C
Si
Mn
P
S
Ni
Cr
Mo
Ti
J X (ppm)
采购 技术
基层
≤0115
≤0125
013～ 016
≤0101 ≤0101 ≤0125
2～ 215
019～111
—
≤200 ≤20
要求 值
复层
≤0108 ≤0175
中图分类号 :TQ05115 文献标识码 :A 文章编号 :1001 - 4837 (2002) 01 - 0023 - 06
Fabrication for the High Pressure Hydrogenation Heat Exchanger Made of the Compound Steel 2. 25Cr - 1Mo and Stainless Steel
图 2 筒体纵缝坡口
413 筒体下料与卷制 由于复合钢板筒节与封头组对复层错边要求 高 ,仅为 2mm ,为了保证错边量不超标 , 筒节周长展 开要以封头内直径为基准 , 换算成筒节中径进行展 开计算 ,且对封头和筒节的圆度在工艺上提出了比
环缝焊接工作量大 , 为提高焊接效率 , 节约焊 材 ,改善接头应力集中 , 采用了刨制的 YU 型坡口
制 造 与 安 装
2125Cr - 1Mo 不锈复合钢板加氢高压换热器的制造
安庆石化机械厂 徐卫东 黄栋林
摘 要 :主要介绍了 2125Cr - 1Mo 不锈复合钢板加氢高压换热器的制造工艺技术 。在分析研究的基 础上通过采取合理的焊接及热处理工艺 ,不但成功地保证了复合钢板基材的力学性能和抗回火脆 性性能 ,而且还有效地保证了复层的耐蚀性能 。 关键词 :2125Cr - 1Mo 不锈复合钢 ;加氢换热器 ;制造
少其影响 。如加热时 ,在遵循 Cr - Mo 钢加热规范的
前提下 ,尽可能缩短不锈钢在敏化区的停留时间 ,尽
表 5 焊接材料熔敷金属力学性能
项目
室温性能
440 ℃性能
σb
σs
δ5
焊材名称
MPa MPa %
CMA - 说明书值 630 470 26
106N 复验值 665 540 20
A KV σ012
封头 产品 试板
母材
随封头同炉经 历所有热过程
650
510
421
22
77 261/ 241 3 合格 - 50 6～7 合格
注 :封头母材产品试板冲击功 241J 为步冷试验 - 30 ℃的冲击功 (与常温冲击功相差不大 ,说明封头热成形工艺及措施可靠有效)
从表 6 可以看出 , 严格控制封头热压时的加热 (如图 3) ,为过渡层焊接质量控制提供了保障 。
σb
J MPa MPa
— 360 470
139 447 507
图 1 封头热成形加热曲线
量减少加热次数并通过控制热压时的加热温度 、终 压温度 ,尽量使基材的机械性能少受影响 ,为此我们 取二块试板进行了试验 , 先按图 1 模拟热压受热过 程 (主要是严格控制加热及终压温度) 将一块按 N +
US - 52 说明书值 610 470 27 1S + PF
温度 、终压温度 , 热压后是否再进行 N + T 处理 , 对
基层材料力学性能没有明显影响 。对复层耐蚀性能
影响不大 ,为避免复合钢板的复层与基层的结合性
能及封头与壳体环缝处耐蚀层的性能下降 , 4 只封
头采取严格控制加热 、终压温度措施 ,热压后不再进
行正火加回火处理 。封头几何尺寸 、壁厚减薄 、基复
第 19 卷第 1 期 压 力 容 器 总第 110 期
过分析 ,我们认为应主要保证铬钼钢的力学性能 。
因为不锈钢复层虽在 550～850 ℃缓冷时 , 可能晶界
有 Cr23C6 析出 , 引起晶间腐蚀 , 但其含碳量较低 , 且 含稳定性元素 ,只要在施工中采取相应的措施以减
1 前言
了厚壁复合钢板的卷制 、封头成形 、组对 、焊接等问 题 ,设备经最终检验 , 各项指标均合格 , 满足了设计
反应产物 —混氢原料油换热器是安庆石化炼油 要求 ,目前该设备已正常运行三年多 。
厂第二套加氢精制装置改扩建的关键设备 , 1998 年 该厂承担了该设备的制造 。该类设备长期在高温 、
定了合理的工艺方案 ,并在制造过程严格实施 ,解决
表 1 设备主要设计参数
设计压力 (MPa)
设计温度 ( ℃)
工作介质
最高操作压力 (MPa) 最高操作温度 ( ℃)
管程
9
400
反应物
819
400
壳程
10
320
混氢原料油
914
320
设备规格 (mm)
1000 ×(46 + 4) ×8078
壳体材质
项目 类别
表 3 SA387 Gr22CL2 + SA240TP321 钢板力学性能
σb
σs
MPa
MPa
常温性能
δ5
ψ
剪切
%
%
MPa
冷弯
4a 180°
A KV + 10 ℃
J
440 ℃σ012 晶间腐蚀
MPa
T法
回火脆 性倾向 Tr1 ( ℃) 3
采购技术要求值 516～689 ≥310
≥18
≥45
411 封头压制 ·24 ·
由于 封 头 母 材 钢 板 厚 达 50mm , 且 直 径 仅 为 1000mm , 因此封头成形须采取热压 , 但钢材基层为 铬钼钢 ,复层为奥氏体不锈钢的复合钢板 ,基层和复 层的热成形温度 、热处理温度及控制方式要求不一 致 ,即在热成形或热处理过程中既要兼顾复层不锈 钢的耐蚀性能又要确保基层铬钼钢的力学性能 。通
σb MPa
σs MPa
440 ℃ σ012
MPa
δ5 %
ψ %
A KV J
冷弯 180°
回火脆 性倾向
℃
晶粒度
复层耐 蚀性能 T 法试
验
1# 模拟
成形加热 + N + T + PWHT 685
575
试板 2#
成形加热 + PWHT
690
582
—
22
79
—
22
78
258
合格 — 6～7 合格
264
合格 — 6～7 合格
≥210 无缺陷 ≥61
≥233
无超标 缺陷
≤38
质保书数值
604
414
30
77
275
合格
261
360
合格
- 49
复验值
630
460
25
7416
330
合格
258
375
合格
- 55
注 :抗回火脆性指标 TR1 = Tγ0 + 215ΔTr
表 4 焊接材料熔敷金属化学成分 ( %)
元素
焊材名称
C
Si
层结合性能均满足要求 , 随炉封头产品试板在产品
整体热处理后进行各项性能检验 ,结果见表 6 。
412 焊接坡口的确定与加工 根据我厂卷板机能力 , 钢板卷圆时留有预弯直 边 ,以确保筒体纵缝处曲率 。预弯后将直边除去 ,故 纵缝坡口只能采用 X 型坡口 ,如图 2 所示 ,该坡口采 用等离子切割 ,切割时复层面朝上 ,从复层面开始切 割 ,并采取预热 ,保温措施 。
设备壳体及管箱圆筒和椭圆封头均采用 2125Cr TP321 的规定供货 ,并由神钢复合成形 , 订货时要求
- 1Mo + 0Cr18Ni11Ti 不锈钢复合钢板 , 接管法兰 、壳 化学成分 、力学性能均在复合后取样试验 ,基材供货
体及管箱法兰为整体锻件 ,内壁堆焊双层不锈钢 ,即 状态为正火 + 回火 , 钢板进厂后逐批进行化学成分
Anqing Petrochemical Machinery Works XU Weidong HUANG Dongling
Abstract :This paper mainly introduced the manufacturing technology of the high pressure hydrogenation heat exchanger made of the compound steel 2125Cr - 1Mo and stainless steel ,through adopted reasonable welding and treatment procedure ,both ensured the machine and the resist temper embrittlement capability of the base steel and the resist corrode capability of the compound layer. Key words :compound steel 2125Cr - 1Mo and stainless steel ;hydrogenation heat exchanger ;fabrication