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1、检验与修复 旋风分离器内表面堆焊硬化层的检验 山东省锅炉压力容器检验研究所宋明大 山东建筑工程学院赵亚凡 摘要：通过对进口旋风分离器的检验， 探讨了旋风分离器的检验方法， 对表面硬化层耐磨和开裂的 机理进行了一些探讨， 为了研究旋风分离器堆焊层表面裂纹的扩展情况， 制作了裂纹对比试块， 利 用端点回波法测量了堆焊层裂纹自身高度， 为利用超声波探伤仪测量裂纹深度提供了有效方法。 关键词：旋风分离器； 耐磨； 裂纹； 超声波探伤 中图分类号： !“#$%文献标识码： 87 7?520 A7:7/8?. =0:5;74567 8$“- ( %( -./01203 87 B0350778503 =0:
2、5;79:5 ;( ( +(“ :7?520 2C 5D2871 ?E?6207 :7/8/28:，.7 /;.28 15:?;:71 .7 7F/DG 50503 D7.21: 2C ?E?6207:，/0/6EH71 .7 D7?./05?: 2C /I8/:520 87:5:/0?7 /01 ?8/?J503 2C .7 ./81 :;8C/?503K L:503 701 250 87C67?520 D7.21 .82;3. / ?2D/8503 ?/65I8/520 I62?J，.7 D7/:;871 .7 17. 2C .7 ?8/?J: 50 .7 ./81 :;8C/?503 M
3、.5?. 82N5171 / 07M M/E 2 177? ?8/?J 17.K =68/:205? 7:503 旋风分离器是催化裂化装置的关键设备之一。 其作用是将气流转向或夹带的催化剂颗粒通过离心 作用捕集下来， 返回流化床浓相区， 重新参加反应。 在化工原料顺丁烯二酸酐生产过程中， 旋风分离器 在高温及含有催化剂颗粒的高速气流冲刷下磨损严 重。常常因旋风分离器被磨穿， 催化剂流失而造成 停车事故。因此， 内衬以耐热耐磨的衬里层十分重 要。鉴于旋风分离器所处的苛刻工作条件， 其衬里 层必须满足以下两个条件：（） 绝热： 为了不致使热 量损失过大及外壁温度过高；（%） 耐磨： 为了保护绝 热
4、层或金属壁使其不致受到流化状态催化剂颗粒的 磨损。若衬里结构或施工质量不好， 会严重影响到 设备的使用寿命和操作周期， 造成重大的经济损失， 因此对新造旋风分离器安装使用前的检验尤为重 要。本文就旋风分离器检验过程中发现的问题及所 采取的措施作了探讨。 概况 胜利油田东营胜化精细化工公司 %# 年从国 外某公司进口二级旋风分离器 OP ( #8 T%， 旋风分离器结构与堆焊层布置如图 所示。 %检验过程 %Q检测方法的选择 堆焊硬化层是内衬在筒体内表面的一个平面， 相当于一个大型工件。磁粉检测对大型工件表面只 $ 能分区局部磁化， 一次检测面积和磁化方向受限制， 而且第二次磁化还会使第一次显示
5、的磁痕冲掉， 不 能达到一次整体显示； 同时在圆弧面上磁粉探测时 探头不易与表面完全接触， 也会影响检测灵敏度。 且旋风分离器内表面堆焊层在焊后进行了打磨处 理， 表面光洁、 平整， 符合 !“#$ 第!卷 %1?; 9/0， 以上两种材料的化学成分与国内常见的压力容器用 钢 /9#* 对比见表 /， 由对比可见 “!(/9 :;1?; 9/0， 所 含的 3、 #*、 “7 等元素含量均比筒体母材高， 其中 3、 “7 两种元素含量接近母材的 0 倍。在焊接的过程 中， 堆焊层材料在融化状态下与筒体部分熔为一体 达到原子间的结合， 在冷却液相线以下之后， “7 固溶 到奥氏体中， 对焊缝金属
6、起固溶强化作用 / 。由于 3 含量较高， 液相的过冷度较大， 同时 “7 和 #* 的加 入使淬透性进一步提高， 在冷却到室温的过程中冷 却曲线偏向 “33B” 曲线的左侧 0， ) 。因此室温下得 到的透镜片状马氏体组织， 另外还有少量珠光体和 残余奥氏体， 金相组织照片见图。透镜片状马氏体 是一种硬度极高的金属组织， 因此， “7 的固溶强化作 用和透镜片状马氏体组织的出现是堆焊层硬度得到 加强的原因。 在内表面堆焊硬化层焊接的过程中， 焊丝融化 的同时筒体母材受热膨胀， 但金属固、 液两相的热膨 胀系数不同， 在冷却过程中在固相线附近由于堆焊 硬化层凝固金属的收缩， 残余液体金属不足而
7、不能 及时填充 ， 从而使堆焊层在较大面积上产生较大的 表 / 旋风分离器筒体材料和堆焊层材料与 /9#* 化学成分对比 材料 元素 3#*“7“C ! （#CD） !“ （#CD） /9#* !=10= =1E( F /10=1/( F =1= !=1=)(!=1=)(“)0( G= F 9)( “!(/9 :;1?; 9/0=1(/10/=1G= 内部拉应力 。而透镜片状马氏体是一种脆性相， 当堆焊层内部的拉应力超过了其断裂强度时， 就会 图 0 3H4 /=/! 内表面堆焊层渗透探伤发现的裂纹 造成如图 0、 ) 所示的开裂。对造成开裂的堆焊层表 面应进行返修， 并改进焊接材料和焊接工艺
8、避免再 图 ) 3H4 /=/I 内表面堆焊层渗透探伤发现的裂纹 9( 3C2B旋风分离器内表面堆焊硬化层的检验2+J0=KL+/ 0=) 次出现裂纹。 图 ! 旋风分离器内表面堆焊层金相组织 “#$裂纹扩展情况的检测 对于检验出现的结果， 我们向外商进行了简单 的通报， 对渗透发现的表面开口缺陷， 外商认为堆焊 层是一种硬质合金， 没有参加强度计算， 不属于旋风 分离器的一部分， 旋风分离器入口处堆焊一层硬质 合金只是为了增加壳体的耐磨性。因此认为堆焊硬 化层层存在裂纹是允许的， 这是一个正常的企业标 准， 裂纹的存在以宽度不超过 %# ， 如图 ; 所示。端点反射回波法是通过测量主 声束入
9、射到裂纹两个端点时， 所产生的端点回波声 程计算裂纹的高度， 是一种较为可行的方法。 在检验过程中， 除了对仪器利用标准试块进行 调试外， 还采用与旋风分离器相同的材料和焊接工 艺制作了裂纹对比试块， 裂纹对比试块中裂纹的自 然高度为 $!#;， 将超探仪对准自然裂纹 $!#; 处， 调整超探仪到满屏的 ; （#$? #9） 310! （#$? #9） （$ % #$） （9 ? #9% #$） $（9） 不用!值， 表面开口裂纹自身高度用 （9） 式计 算可得到较高的精度 A 。 表 $ 为 BC ? 9%98、 BC ? 9%9= 堆焊硬化层周向 等分后， 每一分区裂纹分布最严重部位端点回
10、波与 根部回波声程及用 （9） 式计算得到的裂纹自身高度。 由表中的数据可以看出旋风分离器内表面堆焊硬化 层有多处裂纹的自身高度大于堆焊层的厚度。 为进一步验证表 $ 中数据的准确性， 对 BC ? 9%9= 中序号为 ! 的裂纹在探伤的过程中探头的移 动位置进行了连续记录。图 A 是 BC ? 9%9= 内表面 表 $ BC? 9%98、 BC? 9%9= 堆焊硬化层表面裂纹端点与根部回波声程及裂纹高度 数据 编号 BC? 9%98BC? 9%9= D1#9$“!;A9$“!;A $“#E!“#E!“;#%F“$#;$“#A;“#$“$#!%“#E!“$#AA #$;!A#AA!F#“F!F#;9!#$;!F#!;#%E#“%9%#%E#;%E#A%E#$%9%#;% 第 $% 卷第 9 期压力容器总第 9$ 期 的声程为 !“#$“%， 垂直距离为 *+=: *+&